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 радиационного
дефекта 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
превышающую нек-рую пороговую
Типичные значения
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 радиационного дефекта при таких воздействиях
протекает по механизмам, характерным для облучения как нейтронами, так и эл--магн.
квантами.
Образование радиационного дефекта 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
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 радиационных дефектов.
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 радиационных дефектов 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.
Радиационные дефекты - 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 радиационные дефекты 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 температуры мишени (радиац. разогрев), так и реакциями
взаимодействия рождающихся компонентов пар Френкеля с ранее образовавшимися
радиационными дефектами. 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 радиационных дефектов 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 радиационных дефектов. Изменяются механич. свойства твёрдых тел, что проявляется
в увеличении предела текучести пластичных материалов, нек-ром повышении
модуля упругости, ускорении ползучести. Накопление
радиационных дефектов 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 радиационные дефекты 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 радиационных дефектов 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
радиационных дефектов облучение полупроводников
даже при низких дозах радиации может сопровождаться существ. изменениями параметров
полупроводниковых приборов.
В то же время образование радиационных дефектов в твёрдых телах,
особенно в сочетании с др. воздействиями (с изменением температуры, механич. нагрузки,
электрич. поля, освещения), позволяет направленно регулировать свойства твердотельных
материалов.
Примерами применений радиационно-технологияечких процессов, осн. на использовании свойств радиационных дефектов, 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.
В. Н. Мордкович
Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.