Исследование радиационных дефектов в кристаллах под действием тяжелых ионов

1. Исследование радиационных дефектов в кристаллах под действием тяжелых ионов Дубна – 2013

2. ЦЕЛЬ • пьезоспектроскопический анализ механических напряжений в монокристаллах Al2O3:Cr в процессе и после облучения тяжелыми ионами с энергиями в диапазоне 1÷3 МэВ/нуклон.

3. АКТУАЛЬНОСТЬ • Изучение динамики накопления напряжений в кристаллах, облученных в режимах ниже и выше порога образования радиационных дефектов, до и после перекрытия треков. • Установление взаимосвязи между характером радиационных повреждений и напряжениями важны для описания эволюции дефектной структуры в различных экспериментальных условиях • Прогноз долговременной радиационной стабильности керамических и оксидных материалов, используемых в ядерно-энергетических установках

4. Схема экспериментов по изучению ионолюминесценции монокристаллов Al2O3:Cr на циклотронах ИЦ-100 и У-400

5. Условия проведения экспериментов по изучению люминесценции R-линий температура мишени Т плотность потока ионов  сечение дефектообразования по каналу упругого рассеяния D значения удельных ионизационных потерь Se угол падения ионов на мишень  проективный пробег частиц Rp

6. Изменение частоты излучения R-линий Δν в зависимости от напряжений Δν = ij×ij ij - пьезоспектроскопические коэффициенты ij- компоненты тензора напряжений. Δν– смещение R-линий Δν1=3,26(11+22) + 1,5333 Δν2=2,73(11+22) + 2,1633 Уровни энергии и энергитические переходы ионов хрома в решетке Al2O3:Cr

7. Воздействие различных факторов на смещение R-линий в спектрах люминесценции Al2O3:Cr

8. Изменение спектров ионолюминесценции R-линий рубина с накоплением флюенса ионов Xe 167 МэВ

9. a Cхема хода лучей для аксиального разрешения конфокального микроскопа b2 b1 1 F 2 b’2 3 a’ b’1 1 – объектив микроскопа 2 – собирающая линза 3 – точечное отверстие F– фокальная плоскость

10. Конфокальный микроскоп Solar TII

11. Принципиальная схема 1 - He-Cd лазер λ=441,6 мощностью 100мВт 8 - сменный нейтральный фильтр 3 - зеркало-фильтр 5 – гальванозеркала 6 - объектив микроскопа (обзорный х10 и рабочий х100) 9 – линза 10 – пинхолл 11 – дифракционная решетка 12 - детектор

12. Определение профиля функции пространственного разрешения спектрометра

13. Определение положения поверхности образца по максимуму отражения на длине волны лазерной линии. Образец Al2O3Cr, облученный ионами Bi энергии 700MeV, флюэнс F=1,5e12

14. Профили люминесценции по глубине в трехмерном представлении. Образец Al2O3Cr, облученный ионами Xeэнергии 167МэВ, флюэнс 1.3е14 см-1.

15. Уточнение профилей люминесценции по глубине образца с учетом функции разрешения Профиль интенсивности R2 линии люминесценции по глубине облученного образца в сравнении с функцией разрешения

16. Итеративная деконволюция

17. Методика расчета внутренних напряжений h(ГПа) = (11+ 22+ 33)/3 Δν2(см-1)/7,61 ϭ22= ϭ33 = (Δν 2-0,83 Δν 1)/0,88 ϭ11 = (Δν 2-2,16 ϭ33)/5,46

18. образец Al2O3Cr облученный ионами Xe энергии 167МэВ, флюэнс = 9е13 Величины смещения R1 и R2 линий по глубине образца Компоненты тензора напряжений по глубине образца

19. Изменение спектров люминесценции с накоплением флюенса различных ионов

20. Изменение спектров люминесценции с накоплением флюенса. Образец облучался ионами Xe(167 МэВ)

21. Изменение компонент внутренних напряжений в зависимости от накопленного флюенса. Облучение ионами Kr Облучение ионами Bi Облучение ионами Xe

22. Уровень удельных ионизационных потерь энергии ионов Kr в кристаллах Al2O3:Crменьше порога образования структурных нарушений по каналу электронного торможения Sthr.  20 кэВ/нм. Таким образом, различия в дозовых зависимостях спектров R линий, генерируемых ионами ксенона и криптона, обусловлены разной морфологией радиационных повреждений. При уровне удельных ионизационных потерь энергии выше порога образования структурных нарушений по каналу электронного торможения наблюдается релаксация напряжений. Эффект релаксации проявляется в интервале ионных флюенсов, соответствующих началу перекрытия трековых областей.

23. Изменение компонент внутренних напряжений в зависимости от глубины СпектрR-линийнаобразцах необлученноми облученномионами 710 MeV Bi Ф=1.6×1012 cm-2

24. Профиль люминесценции по глубине образца Al2O3Cr облученного ионами Xe 167 Мэв, флюэнс 9е13 см-1

25. Профиливнутреннихнапряжений и ионизационныхпотерьпоглубинеобразца

26. Установлена корреляция профилей гидростатических напряжений и потерь энергии на ионизацию. Показано, что облучение тяжелыми ионами с энергиями 1,2÷3 МэВ/нуклон вызывает сжимающие механические напряжения в базисной плоскости кристалла и растягивающие напряжения вдоль основной кристаллографической оси.