РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ


РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ
РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ

       
структурные повреждения, образующиеся при облучении тв. тел потоками ч-ц и жёстким электромагн. (гамма- и рентгеновским) излучением. Переданная тв. телу энергия расходуется (частично) на разрыв межатомных связей. Для образования простейшего Р. д.— вакансии и междоузельного атома (п а р а Ф р е н к е л я) необходима энергия, превышающая пороговую eп (14—35 эВ). При облучении быстрыми ч-цами (нейтронами, протонами с энергией в десятки МэВ и др.) энергия, сообщаемая смещаемым атомам, может достигать десятков кэВ, т. е. в неск. сотен и в тысячи раз превышать ?п. Ускоренный смещённый атом, двигаясь в плотной среде, ионизует атомы вдоль своей траектории и образует каскад смещений. Р. д. явл. также примеси, образующиеся в результате деления атомных ядер, хим. и ядерных реакций, а также сами бомбардирующие ч-цы (ионное внедрение). В результате в сравнительно небольшой области, размером в сотни А, возникают сотни и тысячи точечных дефектов, образующих скопления (дивакансии, тривакансии, тетравакансии и т. д.).
Нагреванием можно изменить концентрацию Р. д. вплоть до полного их исчезновения (отжиг). Р. д. типа скоплений или разупорядоченных областей можно наблюдать с помощью электронных микроскопов, а точечные Р. д.— с помощью ионных проекторов. Исследования Р. д. позволяют создавать радиационно-стойкие материалы и использовать облучение для целенаправленного изменения их св-в (см. РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ

- дефекты кристал-лич. структуры, образующиеся при их облучении потоками частиц или квантов эл.-магн. излучения. Энергия, переданная твёрдому телу (мишени), может привести к разрыву межатомных связей и смещению атомов с образованием первичного Р. д. типа Френкеля пары (вакансия и межузельный атом).

Эл.-магн. излучение (оптич. фотоны, g-кванты, рентг. кванты) непосредственно возбуждает электронную систему кристалла, и лишь на след. этапе включаются разл. механизмы смещения атомов. Это - взаимодействие атомов с электронами, энергия к-рых достаточна для смещения атома; смещение ионизиров. электронным ударом атома из-за электрич. отталкивания от одноимённого заряженного, близко расположенного примесного иона; смещение соседних, одновременно ионизиров. атомов, и др. Возможно также смещение атомов из-за отдачи при фотоядерных реакциях(g, n).

При нейтронном облучении налетающая частица смещает атом в том случае, если передаёт ему в упругих соударениях (без возбуждения электронной системы) энергию 4021-17.jpg превышающую нек-рую пороговую 4021-18.jpg

Типичные значения 4021-19.jpg составляют 10-80 эВ. Вылет из ядра продуктов ядерных реакций, инициируемых нейтронами, также может вызвать смещение атомов в результате отдачи. Облучение заряж. частицами (электронами, позитронами, протонами, ионами) сопровождается как неупругой (передача энергии электрона), так и упругой передачей энергии атомам мишени. Соответственно образование Р. д. при таких воздействиях протекает по механизмам, характерным для облучения как нейтронами, так и эл.-магн. квантами.

Образование Р. д. при передаче энергии электронам возможно гл. обр. в диэлектриках и полупроводниках. В металлах энергия, "растраченная" радиацией на возбуждение атомарных электронов, преим. превращается в тепло, не создавая дефектов структуры.

Если энергия, к-рой обладает первичный смещённый в междоузлие атом, значительно превосходит 4021-20.jpg такой атом в свою очередь может при движении генерировать пары Френкеля вблизи своей траектории и т. д. Результатом каскада соударений является образование дефектных разупорядоченных областей - радиационных кластеров с характерным линейным размером ~10-6-10-5 см. При этом концентрация компонентов пар Френкеля в кластере может достигать 1021-1022 см -3. При ионной имплантации (энергия ионов ~102 кэВ) локализация кластеров в тонких слоях, определяемых пробегом ионов (~10-4 см), ведёт к образованию слоев с большей концентрацией дефектов (см. Ионная бомбардировка).

Во мн. случаях образование пар Френкеля и кластеров является лишь первой стадией формирования устойчивых Р. д. После возникновения вакансии и междоузельные атомы частично рекомбинируют, частично начинают движение по мишени, вступая в т. н. квазихим. реакции друг с другом и с др. дефектами структуры мишени (примесными атомами, дислокациями или границами раздела фаз).

Типы и концентрация устойчивых Р. д. определяются как условиями облучения, так и свойствами самих твёрдых тел. При этом для лёгких частиц и фотонов не слишком высоких энергий наиб. характерно образование устойчивых точечных дефектов (изолиров. вакансии или междоузельные атомы, дивакансии, комплексы компонентов пары Френкеля с примесными атомами и т. п.). При облучении нейтронами устойчивый кластер представляет собой дивакансионное ядро, окружённое примесно-дефектными комплексами. При ионной бомбардировке плотность точечных дефектов в кластере больше, чем при нейтронной, и она тем выше, чем больше масса нона. При этом важную роль в формировании устойчивых кластеров играет процесс пространственного разделения вакансий и междоузельных атомов, предшествующий стадии квазихим. реакций. В силу этого устойчивые кластеры, возникающие при ионной бомбардировке, имеют более сложную структуру и состоят из вакансионных комплексов с разл. числом вакансий, примесно-дефектных комплексов, а также атомов внедрённой примеси. При облучении кристаллов тяжёлыми ионами устойчивые кластеры представляют собой локальные аморфные области.

Р. д.- метастабильные образования, их концентрацию и природу можно изменить нагревом (термич. отжиг дефектов). Такая термообработка иногда может сопровождаться полным восстановлением исходной структуры. В то же время в зависимости от условий отжига (темп-pa, скорость ее изменения, время, газовая среда, характер возбуждения электронной системы атомов и дефектов) квазихим. реакции могут сопровождаться появлением новых типов дефектов. Напр., типичный для технологии микроэлектроники отжиг бездислокационного Si, имплантированного большими дозами ионов Р, сопровождается образованием дислокаций, плотность к-рых особенно высока, если нагрев осуществляется в окислит. атмосфере. При термич. отжиге Р. Д. приобретают энергию, достаточную для разрыва связи между ними, миграции освободившихся частиц и протекания реакций с их участием.

В качестве источника энергии при отжиге иногда может служить облучение (радиац. отжиг). При этом механизмы радиац. отжига могут быть обусловлены как повышением темп-ры мишени (радиац. разогрев), так и реакциями взаимодействия рождающихся компонентов пар Френкеля с ранее образовавшимися Р. д. Примером радиац. отжига является стимулированная ионами кристаллизация, благодаря к-рой аморфный слой, образующийся в кристаллич. полупроводниках в результате ионной бомбардировки, вновь кристаллизуется при продолжении облучения.

Взаимодействие излучений с твёрдым телом сопровождается рядом т. н. радиац. эффектов. В их числе: распыление; изменение коэф. диффузии; удаление атомов с облучаемой поверхности; т. н. трансмутац. легирование (образование примесных атомов в результате ядерных реакций); ионный синтез (хим. реакции, приводящие к образованию новых соединений, в имплантированных химически активными ионами объектах в процессе облучения или последующего отжига).

Генерация Р. д. в твердотельных материалах сопровождается изменением их свойств. Так изменяются форма и размеры облучённых образцов (радиац. рас-пухание), причём анизотропный характер этих изменений зависит как от концентрации, так и от конфигурации Р. д. Изменяются механич. свойства твёрдых тел, что проявляется в увеличении предела текучести пластичных материалов, нек-ром повышении модуля упругости, ускорении ползучести. Накопление Р. д. изменяет степень упорядоченности структуры сплавов и ускоряет фазовые переходы. Электропроводность облучённых тел изменяется прежде всего из-за появления заряж. дефектов. Особенно сильно это проявляется в полупроводниках, где Р. д. не только выступают как центры рассеяния носителей заряда, но способны изменить концентрацию и природу осн. носителей заряда. Нейтральные дефекты также влияют на проводимость, т. к. являются центрами рассеяния носителей. Для оптич. свойств характерно появление новых областей поглощения в разл. спектральных областях (см. Центры окраски). Специфически влияет облучение на поверхность твёрдых тел, не только вызывая образование иных, не свойственных объёму дефектных структур, но и изменяя физ.-хим. свойства поверхности (напр., кинетику окисления и адсорбции).

Инициированные Р. д. изменения свойств материалов нередко затрудняют их практич. использование. Так, изменение механич. свойств, однородности состава и геом. размеров конструкц. элементов ограничивает срок работы ядерных реакторов. Особенно сильно влияет радиация на полупроводниковые материалы и приборы. В силу высокой чувствительности электрич. характеристик полупроводников к появлению малой концентрации Р. д. облучение полупроводников даже при низких дозах радиации может сопровождаться существ. изменениями параметров полупроводниковых приборов.

В то же время образование Р. д. в твёрдых телах, особенно в сочетании с др. воздействиями (с изменением темп-ры, механич. нагрузки, электрич. поля, освещения), позволяет направленно регулировать свойства твердотельных материалов.

Примерами применений радиац.-технол. процессов, осн. на использовании свойств Р. д., являются повышение коррозионной стойкости металлов под влиянием ионной имплантации, деформац. упрочнение облучённых ионных кристаллов, ускоренная полимеризация пластмасс, нейтронное трансмутац. легирование Si и др. Совокупность методов для создания материалов, устойчивых к облучению, а также для придания материалам нужных свойств под действием облучения составляют предмет радиац. материаловедения.

Лит,.: Келли Б., Радиационное повреждение твердых тел, пер. с англ., М-, 1970; Физические процессы в облученных полупроводниках, под ред. Л. С. Смирнова, Новосиб., 1977.

В. Н. Мордкович.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ" в других словарях:

  • РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ — повреждения кристаллической решетки, образующиеся при воздействии на кристаллы ионизирующих излучений (нейтронов, ? частиц, ? квантов и т. д.) …   Большой Энциклопедический словарь

  • радиационные дефекты — дефекты кристаллической решётки, образующиеся при воздействии на кристаллы ионизирующих излучений (нейтронов, α частиц, γ квантов и т. д.). * * * РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ, повреждения кристаллической решетки, образующиеся при… …   Энциклопедический словарь

  • радиационные дефекты — radiaciniai defektai statusas T sritis chemija apibrėžtis Dėl jonizuojančiosios spinduliuotės atsirandantys kristalo defektai. atitikmenys: angl. radiation defects rus. радиационные дефекты …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ — дефекты кри сталлич. решётки, образующиеся при воздействии на кристаллы ионизирующих излучений (нейтронов, ex частиц, у квантов и т.д.) …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Радиационные дефекты в кристаллах —         структурные повреждения, образующиеся при облучении кристаллов потоками ядерных частиц и жёстким электромагнитным (гамма и рентгеновским) излучением. Структурные микроповреждения вызывают изменения механических и др. физических свойств… …   Большая советская энциклопедия

  • ДЕФЕКТЫ — кристаллической решётки (от лат. defectus недостаток, изъян), любое отклонение от её идеального периодич. ат. строения. Д. могут быть либо атомарного масштаба, либо макроскопич. размеров. Образуются в процессе кристаллизации, под влиянием… …   Физическая энциклопедия

  • Дефекты в кристаллах — (от лат. defectus недостаток, изъян)         нарушения периодичности кристаллической структуры в реальных монокристаллах. В идеализированных структурах кристаллов атомы занимают строго определённые положения, образуя правильные трёхмерные решётки …   Большая советская энциклопедия

  • Радиационные эффекты в твёрдом теле —         различные явления в твёрдом теле, вызванные воздействием ионизирующих излучений (потоков ядерных частиц, рентгеновского и γ излучений). Взаимодействуя с кристаллической решёткой, частицы и кванты вызывают образование в ней вакансий (См.… …   Большая советская энциклопедия

  • Радиационные свойства горной породы — – свойства, характеризующие выделение, поглощение, распространение и воздействие на минеральные составляющие радиоактивного излучения и потоков микрочастиц в горной породе. [ГОСТ Р 50544 93] Рубрика термина: Свойства горной породы Рубрики… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ — (нульмерные дефекты) нарушения идеальной кристаллич. решётки, ограниченные одним или неск. узлами. Т …   Физическая энциклопедия

Книги