WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Глобулярных областей аморфизации в исходных кристаллах синтетического кварца не наблюдалось. Они появляются при облучении нейтронами как включения другой фазы, а не дефекты самой решетки. Радиус инерции для таких крупных дефектов RG 40-50 nm.

Радиус инерции дефектов типа цилиндрических каналов (треков) найден равным rg = 1.4-1.6 nm, причем он практически не меняется с ростом флюенса нейтронов.

Таким образом, в облученном быстрыми нейтронами кварце генерируются все типы дефектов. Размер Рис. 8. Параметры интенсивности нейтронного рассеяния для крупных дефектов возрастает в силу их взаимодействия протяженных и точечных дефектов для образцов кварца с намежду собой и с исходными дефектами. Интересно, что чальной плотностью дислокаций = 54 и 570 cm-2. a —парабольшая плотность исходных дислокаций замедляет раз- метр интенсивности рассеяния AP для протяженных дефектов;

витие глобулярных дефектов. В кварце с = 570 cm-2 b — параметр интенсивности некогерентного рассеяния BL для точечных дефектов.

их размер и количество меньше, чем в образце с меньшей начальной плотностью дислокаций ( = 54 cm-2) (рис. 7). Для других видов дефектов подобного явления не наблюдается (рис. 8).

Для оценки объемной доли дефектов, возникающих в искусственном кварце при облучении нейтронами, в тех же условиях (диафрагма на образце 6 · 6mm2, t = 20C) измерена интенсивность рассеяния на модельном образце. Известно, что полиметилметакрилат (ПММА) толщиной 1 mm рассеивает практически так же, как слой воды толщиной 1 mm в аналогичных условиях. Поэтому мы заменили стандартную калибровку по H2O (1mm) на более удобную — по стеклу ПММА, используя известное значение сечения рассеяния для 1 cm3 воды в единицу телесного угла d/d = 0.762 cm-1 при длине волны n = 0.3 nm. Интенсивность рассеяния на образце ПММА составила IGL = 3.386 · 10-5 в произвольных единицах. Зная толщину калибровочного образца (0.1 cm) и кварца (1cm), можно вычислить дифференциальное сечение нейтронного рассеяния на 1 cm3 для образцов кварца d/d из приведенных выше интенсивностей рассеяния в произРис. 7. Параметры глобулярных дефектов для образцов кварвольных единицах IS (рис. 5 и 6) ца с начальными плотностями дислокаций = 54 и 570 cm-2.

a — интенсивность нейтронного рассеяния I0; b — радиус инерции RG крупных дефектов. = d/d = 0.0762 · (IS/IGL). (2) 5 Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 642 В.М. Лебедев, В.Т. Лебедев, С.П. Орлов, Б.З. Певзнер, И.Н. Толстихин Таблица 1. Сечения нейтронного рассеяния и характеристики глобулярных дефектов в облученном быстрыми нейтронами синтетическом кварце с начальной плотностью дислокаций = 54 cm-Флюенс нейтронов, Сечение рассеяния Радиус глобулярных Концентрация глобулярных Объемная доля 1017 n/cm2 G, cm-1 дефектов RG, nm дефектов NG, 1012 cm-3 G, % 0.2 1.39 ± 0.33 28.8 ± 3.6 7.9 0.7.7 5.74 ± 0.16 52.2 ± 0.7 0.92 0.18 10.15 ± 0.42 61.6 ± 1.0 0.60 0.50 4.49 ± 0.12 29.0 ± 0.5 24.5 0.Таблица 2. Сечения нейтронного рассеяния и характеристики глобулярных дефектов в облученном быстрыми нейтронами синтетическом кварце с начальной плотностью дислокаций = 570 cm-Флюенс нейтронов, Сечение рассеяния Радиус глобулярных Концентрация глобулярных Объемная доля 1017 n/cm2 G, cm-1 дефектов RG, nm дефектов NG, 1012 cm-3 G, % 0.2 0.043 ± 0.040 16.0 ± 9.7 8.3 0.7.7 1.23 ± 0.07 33.6 ± 0.9 2.8 0.18 3.54 ± 0.08 42.9 ± 0.6 1.8 0.50 19.6 ± 1.0 46.6 ± 1.1 6.3 0.Таблица 3. Сечения нейтронного рассеяния и концентрации точечных дефектов в облученном кварце с плотностями начальных дислокаций = 54 и 570 cm-Сечение рассеяния P, cm-1 Доля точечных дефектов P, % Флюенс нейтронов, 1017 n/cm = 54 cm-2 = 570 cm-2 = 54 cm-2 = 570 cm-0.2 - 0.0044 ± 0.0040 - 0.7.7 0.007 ± 0.005 0.024 ± 0.006 0.4 18 0.020 ± 0.004 0.056 ± 0.004 1 50 0.024 ± 0.004 0.073 ± 0.005 1 Для того чтобы из сечений G найти концентрации Исходя из этого, были вычислены концентрации NG и дефектов NG и их объемные доли G, предварительно объемные доли дефектов G.

была вычислена плотность длины когерентного ядерного В табл. 1 и 2 приведены для обоих видов кварца рассеяния для -кварца плотностью 2.65 g/cm( = 54 и 570 cm-2) сечения рассеяния G, радиусы инерции RG, концентрации NG и объемные доли G K = Nm · bm = 4.19 · 1010 cm-2, (3) глобулярных дефектов как функции флюенса нейтронов.

Сравнивая параметры глобулярных дефектов в кригде Nm = 2.66 · 1022 cm-3 — число молекул SiO2 на сталлах облученного быстрыми нейтронами синтетичеединицу объема, bm = 1.58 · 10-12 cm — когерентная ского кварца (табл. 1 и 2), видно, что их объемная додлина SiO2. ля G практически одинакова и не зависит от начального числа дислокаций. Начальная концентрация дислокаций Контраст для крупных дефектов K =( d/d) · K, влияет в основном на размер и число дефектов. При т. е. пропорционален изменению плотности вещества введении большего числа дислокаций размер дефектов d/d при радиационных повреждениях. При полной стал меньше. Следовательно, дислокации действуют как аморфизации -кварца (флюенс 2 · 1020 n/cm2) плотцентры коагуляции, притягивающие дефекты. При больность вещества уменьшается [14,15]. Из диффузношем числе центров дефекты мельче при сохранении го рассеяния рентгеновских лучей установлено [15]:

суммарного объема.

в -кварце при флюенсе 3 · 1018 n/cm2 возникают аморфТочечные и протяженные дефекты всегда присутствуные области радиусом 1 nm, имеющие плотность на 9% ниже, чем в исходном -кварце. Эти об- ют в решетке. Ее напряжения вокруг неупорядоченных ласти занимают 4% объема. В наших экспери- областей стимулируют рост дислокаций, взаимодействующих с исходными и новыми дефектами с образованием ментах накоплен близкий флюенс F4 = 5 · 1018 n/cm2, поэтому было принято d/d = 10%. Тогда изме- сетки дислокаций, скоплений вакансий и нанопор.

ренное сечение =( K)2 · N · V =( K)2 · · V, где Далее из интенсивностей некогерентного рассеяния V =(4/3) · R3 — объем дефекта. были вычислены абсолютные сечения P для точечных G Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Исследование радиационных дефектов в синтетическом кварце методом малоуглового рассеяния... Таблица 4. Сечения нейтронного рассеяния и параметры занимая малый суммарный объем 0.3% даже при протяженных дефектов в облученном кварце с плотностями максимальном флюенсе 5 · 1018 n/cm2. Основной объначальных дислокаций = 54 cm-ем повреждений (до 5%) приходится на точечные и линейные дефекты, вносящие сопоставимые вклады Флюенс Параметр Суммарная дли- Объемная 1-4%.

нейтронов, сечения AL, на каналов LT, доля каналов Протяженные структуры радиусом 2nm даже при 1017 n/cm2 104 cm-2 1010 cm/cm3 L, % умеренном флюенсе нейтронов F = 7.7 · 1017 n/cm2 имеют значительную интегральную длину на единицу объ0.2 - - ема: LT 1011 cm/cm3.

7.7 5.4 ± 2.5 6.2 ± 2.8 0.8 ± 0.18 8.8 ± 1.8 10.1 ± 2.1 1.3 ± 0.3 Формируют ли эти каналы связную сетку, в которой 50 11.7 ± 1.8 13.4 ± 2.1 1.7 ± 0.возможна миграция (протекание) посторонних атомов (или молекул) Если каналы образуют сетку из связей длиной L1, то в единице объема будет 1/L3 связей. Из Таблица 5. Сечения нейтронного рассеяния и параметры протяженных дефектов в облученном кварце с плотностями суммарной длины LT 1011 cm/cm= L1/L3 можно поначальных дислокаций = 570 cm-лучить оценку длины связи L1 1/ LT 30 nm. В кварце максимум распределения смещенных атомов вдоль Флюенс Параметр Суммарная дли- Объемная пробега ионов находится на расстоянии 36-130 nm для нейтронов, сечения AL, на каналов LT, доля каналов выбитых быстрым нейтроном ионов кислорода (энергии 1017 n/cm2 104 cm-2 1010 cm/cm3 L, % 20-100 keV) и 18-80 nm для ионов кремния (энергии 20-100 keV) [7,8], поэтому появление сетки с ячейкой 0.2 - - 7.7 8.9 ± 2.5 10.2 ± 2.9 1.3 ± 0.4 размером 30 nm вполне реально. Подобные сетчатые 18 4.5 ± 2.0 5.1 ± 2.3 0.6 ± 0.структуры наблюдались в металлах, облученных бы50 7.9 ± 2.3 9.0 ± 2.6 1.1 ± 0.стрыми нейтронами [12].

Список литературы дефектов (табл. 3). Взяв характерный объем точечного [1] E. Roedder. Miner. Soc. Amer. 14, 644 (1984).

дефекта 1nm3 при максимальном контрасте K = K, [2] J.L.R. Touret. Lithos 55, 1 (2001).

можно оценить объемную долю мелких повреждений [3] D.E. Granger, P.F. Muzikar. Earth Planet. Sci. Lett. 188, P 1-4% при флюенсе F 5 · 1018 n/cm2.

(2001).

Остановимся на протяженных радиационных дефектах [4] K.J. Kim, P.A.J. Englert. Earth Planet. Sci. Lett. 223, (табл. 4 и 5). При описании экспериментальных данных (2004).

функцией (1) в кварцах с = 54 и 570 cm-2 при каждом [5] B.E. Lehmann, H.N. Waber, I.N. Tolstikhin, I.L. Kamensky, флюенсе нейтронов найден пропорциональный сечению M. Gannibal, E. Kalashnikov, B. Pevzner. Geophys. Res. Lett.

2 параметр AL = · KL · VL NL/L, где KL = 0.1 · K — 30, 3, 1128 (2003).

контраст дефекта в кристалле, L —длина, VL = r2L — [6] А.Р. Силинь, А.Н. Трухин. Точечные дефекты и элементаробъем канала, NL — число каналов в 1 cm3.

ные возбуждения в кристаллическом и стеклообразном Контраст взят таким же, как для крупных областей SiO2. Зинатне, Рига (1985). С. 36.

неупорядочения. При разных флюенсах в образце кварца [7] Ш.А. Вахидов, Э.М. Гасанов, М.И. Самойлович, У. Яркулов. Радиационные эффекты в кварце. ФАН, Ташкент с = 54 cm-2 радиусы инерции для каналов оказались (1975). 187 с.

близкими: rg = 1.63 ± 0.74 nm при F2 = 7.7 · 1017 n/cm2;

[8] Радиационно-стимулированные явления в кислородrg=1.49 ± 0.33 nm при F3 = 1.7 · 1018 n/cm2; rg = содержащих кристаллах. Сборник / Под ред. Ш.А. Ва= 1.43 ± 0.25 nm при F4 = 5 · 1018 n/cm2.

хидова. ФАН, Ташкент (1978). 264 с.

В кварце с = 570 cm-2 для флюенса F2 = [9] E. Kalashnikov, I.N. Tolstikhin, B.E. Lehmann, B.Z. Pevzner.

= 7.7 · 1017 n/cm2 радиус инерции канала rg = J. Phys. Chem. Sol. 64, 2293 (2003).

= 1.45 ± 0.49 nm. Поэтому в расчетах был принят [10] B.A. Mamyrin, I.N. Tolstikhin. In: Devel opments in средний радиус инерции rg = 1.46 nm и радиус канала Geochemistry 3. Elsevier Sci. Pub., Amsterdam (1984). 273 p.

[11] T.W. Trull, M.D. Kurz, W.J. Jenkins. Earth Planet. Sci. Lett.

r = 2 · rg = 2 nm. Затем была оценена суммарная 101, 241 (1991).

длина LT = L · NL и объемная доля каналов L [12] М. Томпсон. Дефекты и радиационные повреждения в (табл. 4 и 5).

металлах. Мир, М., (1971). 368 с.

[13] V.M. Lebedev, V.T. Lebedev, S.P. Orlov, K.A. Konoplev, 5. Заключение I.N. Tolstikhin. Cryst. Rep. 49, 1, 89 (2004).

[14] J.B. Bates, R.W. Hendricks, L.B. Shaffer. J. Chem. Phys. 61, 10, 4163 (1974).

Анализ структуры радиационных дефектов в кварце [15] D. Grasse, O. Kocar, H. Peisl, S.C. Moss, B. Golding. Phys.

показывает, что быстрые нейтроны создают в решетке Rev. Lett. 46, 4, 261 (1981).

точечные, протяженные и объемные дефекты. Крупные глобулярные структуры достигают размеров до 100 nm, 5 Физика твердого тела, 2006, том 48, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.