ТЕНЕЙ ЭФФЕКТ

ТЕНЕЙ ЭФФЕКТ

       

возникновение характерных минимумов интенсивности (теней) в угловом распределении ч-ц, вылетающих из узлов крист. решётки. Т. э. наблюдается для положительно заряж. ч-ц: протонов, дейтронов, a-частиц и более тяжёлых ионов. Тени образуются в направлениях кристаллографич. осей (осевая тень) и плоскостей (плоскостная тень). Тени обусловлены отклонением ч-ц, движущихся в направлении оси или плоскости, внутриатомными электрич. полями атомов, встречающихся на их пути. Угловые размеры тени определяются соотношением:

x0 »?(Z1•Z2e2/?l),

где TO — полуширина тени, Z1e и ? — заряд и энергия движущейся ч-цы, Z2e — заряд ядра атома кристалла, l — расстояние между соседними атомами цепочки. Интенсивность потока ч-ц (I) в центре тени для кристалла (без дефектов) примерно в 100 раз меньше, чем на периферии (рис. 2).

Рис. 2. Угловое распределение интенсивности потока вылетающих из кристалла ч-ц в области тени.

Т. э. был обнаружен в 1964 независимо А. Ф. Туликовым и Б. Домеем, К. Бьёрквистом (Швеция). В работах Тулинова тени наблюдались в потоках ч-ц — продуктов яд. реакций на ядрах крист. мишени, облучённой ускоренными ч-цами. В опытах Домея и Бьёрквиста источником заряж. ч-ц являлись a-радиоактивные ядра, введённые в узлы крист. решётки (методом ионного внедрения). Из-за большей универсальности первого метода практически все последующие эксперименты проводились по его схеме. В частности, с помощью этого метода удалось наблюдать плоскостные тени, имеющие форму прямых линий.

Риз. 3. Ионограмма кристалла (плоскостная тень, негативное изображение).

При использовании фотографических эмульсий можно регистрировать теневую картину (ионограмму) в большом телесном угле (рис. 3). Расположение пятен и линий на ионограмме зависит от структуры кристалла и геом. условий опыта. Распределение интенсивности в пределах одной тени (осевой или плоскостной) определяется многими факторами (составом и структурой кристалла, сортом и энергией движущихся ч-ц, темп-рой кристалла, кол-вом дефектов). Пятна и линии на ионограмме по своей природе принципиально отличны от пятен и линий, получаемых при изучении кристалла дифракц. методами (см. РЕНТГЕНОВСКИЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ, ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ, НЕЙТРОНОГРАФИЯ). Из-за малой длины волны де Бройля у тяжёлых ч-ц дифракц. явления практически не оказывают влияния на образование теней. Т. э. используется в яд. физике и физике тв. тела. На базе Т. э. разработан метод измерения времени т протекания яд. реакций в диапазоне 10-6 — 10-18 с. Информация о величине т извлекается из формы теней в угловых распределениях заряж. ч-ц — продуктов яд. реакций (форма тени определяется смещением составного ядра за время его жизни из узла решётки). Т. э. используется для исследования структуры кристаллов, распределения примесных атомов и дефектов. Т. э. относится к группе ориентационных явлений, наблюдаемых при облучении кристаллов потоками ч-ц (см. КАНАЛИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ТЕНЕЙ ЭФФЕКТ

- возникновение характерных минимумов интенсивности (теней) в угл. распределении частиц, вылетающих из узлов кристаллич. решётки. Т, э. был обнаружен в 1964 А. Ф. Туликовым и независимо Б, До "леем и К. Бьёрквистом. В работах Туликова тени наблюдались в потоках частиц - продуктов ядерных реакций на кристаллич. мишени, облучённой ускоренными частицами. В опытах Домея и Бьёрквиста источником заряж. частиц были a-радиоакт. ядра, введённые в узлы кристаллич. ре-шётки методом ионной имплантации. Все последующие эксперименты проводились по первой схеме.

Для положительно заряж. частиц (протонов, a-частиц и более тяжёлых ионов), испускаемых из узлов кристаллич. решётки, не все направления в кристалле оказываются доступными. Вылет частиц в направлениях кристаллографич. осей и плоскостей "блокирован" из-за рассеяния их электрич. полем атомных ядер, образующих эти оси или плоскости. В угл. распределении частиц, регистрируемых вне кристалла, наблюдаются минимумы интенсивности - "тени" от кристаллография, осей и плоскостей (рис. 1).

Угл. размеры осевой тени определяются соотношением

где y₀ -полуширина тени, Z₁e, E- заряд и энергия движущейся частицы, Z₂e - заряд ядра атома кристалла, d -расстояние между соседними атомами вдоль оси. Для протонов с МэВ величина . Интенсивность частиц в центре тени для бездефектного кристалла примерно в 100 раз меньше, чем на периферии (рис. 2).

Т. э. относится к группе т. н. ориентационных явлений, наблюдаемых при облучении кристаллов потоками частиц. Два ориентационных эффекта - каналироваиие заряженных частиц и Т. э.- дополняют друг друга: первый относится к частицам, движущимся в областях кристалла с пониженной плотностью вещества, второй - к частицам, оказавшимся в местах, где плотность вещества максимальна. В экспериментах, связанных с Т, э., определяют вероятность попадания в определённым образом ориентированный детектор частицы, вылетающей из узла решётки, тогда как в экспериментах по каналированию измеряют вероятность попадания ориентированного пучка частиц в ядро атома кристалла.

Т. э. может наблюдаться и в угл. распределении частиц, испытавших резерфордовское рассеяние на большой угол при столкновении с ядрами кристалла. Так как прицельные расстояния, соответствующие рассеянию на большие углы, значительно меньше амплитуды тепловых колебаний атомов в кристаллич. решётке, то можно считать, что рассеянные частицы начинают своё движение практически из узлов решётки. Регистрация угл. распределения рассеянных частиц в большом телесном угле, напр. с помощью ядерной фотографической эмульсии, позволяет получить систему теней - и о н о г р а м м у (рис. 3). Пятна и линии на ионограмме принципиально отличны от пятен и линий, получаемых при изучении кристаллов дифракц. методами ( рентгенография материалов, электронография, нейтронография). Из-за малой длины волны де Бройля тяжёлых частиц см для протонов с энергией МэВ) дифракц. явления практически не оказывают влияния на образование теней. Наблюдаемые пятна и линии являются результатом чисто корпускулярного характера движения частиц в кристалле и соответствуют пересечению с плоскостью фотопластинки кристаллографии. осей и плоскостей. Как следствие этого, элементам монограммы не свойственны ограничения на разрешающую способность, присущие дифракц. картинам (волновое размытие пятен). Распределение интенсивности частиц в пределах одной тени, осевой или плоскостной, определяется такими факторами, как состав и структура кристалла, вид и энергия частиц, темп-pa кристалла, тип и кол-во дефектов.

Основанный на Т. э. метод монографии нашёл применение в физике твёрдого тела. Он используется в тех областях исследования, где дифракц. методы неэффективны: изучение структуры тонких монокристаллич. плёнок, послойное исследование структуры кристалла вблизи его поверхности и измерение распределения дефектов и примесных атомов по глубине кристалла без разрушения образца, определение положения примесного атома в ячейке кристалла.

На базе Т. э. разработан метод измерения времён протекания ядерных реакций в диапазоне 10^-18-10^-15 с. При облучении монокристаллич. мишени быстрыми частицами образующаяся составная ядерная система смещается из узла кристаллич. решётки под действием импульса частицы. Продукты реакции испускаются на нек-рых расстояниях от узлов решётки; эти расстояния определяются скоростью составной системы uи временем протекания ядерной реакции t. При ср. смещении см степень запрета на движение заряж. продуктов реакции в направлении кристаллография, оси (или плоскости) ослабевает, что отражается на форме тени (рис. 4). По изменению формы тени определяется ср. величина смещения источников частиц и находится время протекания ядерной реакции т.

Метод измерения т на основе Т. э. является прямым: сравнивается время жизни составной ядерной системы с временем пролёта ею межатомного расстояния в кристалле. Отсюда следует его применимость как в случае возбуждения изолированных уровней энергии составной ядерной системы, так и в условиях перекрывающихся уровней. Этим методом исследовались временные характеристики процесса деления тяжёлых ядер. Впервые измерена длительность деления возбуждённых ядер урана и трансурановых элементов в диапазоне -10^-1б с. Данные по длительности деления используются для получения информации о высоковозбуждённых состояниях ядер при больших деформациях, соответствующих второй потенц. яме двугорбого барьера деления (см. Деление ядер).

Лит.: Тулинов А. Ф., Влияние кристаллической решетки на некоторые атомные и ядерные процессы, "УФН", 1965, т. 87, в. 4, с. 585; Карамян С. А., Меликов Ю. В., Тулинов А. Ф., Об использовании эффекта теней для измерения времени протекания ядерных реакций, "ЭЧАЯ", 1973, т. 4, с. 456; Меликов Ю. В., Туликов А. Ф., Юминов О. А., Использование эффекта теней при изучении ядерных реакций и деления, в кн.: Итоги науки и техники, сер. Пучки заряженных частиц и твердое тело, т. 1, М., 1990, с. 94. Ю. В. Метков.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.