Эффекты разгорания рентгенолюминесценции галита. Для того, чтобы получить детальную картину разгорания рекомбинационной люминесценции F-центров в кристаллах галита, были проведены следующие эксперименты. Рентгенолюминесцентная установка регистрировала изменение интенсивности излучения в полосе 390 нм по мере экспозиции образца рентгеновским излучением.
При этом на ленте самописца регистрировалась кривая разгорания РЛ. В результате зарегистрированы монотонные кривые разгорания, аналогичные показанным на рис. 17. Рис. 17. Кривые разгорания РЛ в монокристаллах польской соли слева и сопоставление кривых разгорания в монокристаллическом и порошковом препаратах прозрачной польской соли справа. Маркеры - значения, снятые с экспериментальных кривых разгорания, кривые - аппроксимация теоретическими зависимостями.
Как уже отмечалось, кривые разгорания РЛ в порошке и монокристалле сильно различаются рис.17 . В начальный момент времени для порошков характерна более высокая интенсивность рекомбинационной люминесценции нежели, чем в монокристалле.
Но в дальнейшем их интенсивности свечения выравниваются. 3.6.3. Кинетика накопления F-центров Кинетика накопления F-центров в кристаллах щелочных галоидов рассматривается во многих работах. Например, в 24 рассматривается кинетика разгорания люминесценции различных электронно-дырочных центров с учетом процессов перезахвата свободных носителей заряда конкурирующими ловушками электронов и дырок.
Наличие в кристалле предцентров постулируется. В монографии К. Пшибрама 11 рассматриваются различные модели накопления F-центров в щелочных галоидах, в которых учитываются электронно-дырочные процессы, происходящие в кристаллах под действием b- и g-радиации и возможность радиационного отжига потенциальных центров.
При рентгеновском облучение в галите возможно как образование, так и рекомбинация предцентров. Кроме того, в изучаемых кристаллах некоторые следы агрегатных F-центров начинают появляться только после больших времен рентгеновской экспозиции кристаллов, поэтому такими каналами уменьшения концентрации F-центров можно пренебречь, что значительно упростит вид теоретических зависимостей. Кинетику образования F-центров рассмотрим в рамках следующей простой модели. Процесс образования F-центров должен учитывать образование вакансий Cl, их рекомбинацию, захват вакансией электронов зоны проводимости с образованием F-центров и их рекомбинацию с дырками валентной зоны в поле рентгеновского излучения.
Опишем сначала процесс образования вакансий Cl - потенциальных F-центров. Допустим, что скорость образования вакансий Cl -пропорциональна мощности потока рентгеновского излучения - D. Скорость их рекомбинации пропорциональна числу имеющихся вакансий N, умноженному на вероятность рекомбинации R. Тогда скорость накопления вакансий запишется в виде дифференциального уравнения . 3.8 Если принять, что до облучения в кристалле присутствовало N t 0 N0 вакансий, а в стационарном состоянии N t Ґ NҐ D R, то получим следующее решение 3.8 . 3.9 Рис.18. Энергетическая схема кристалла NaCl с примесными уровнями F-центров.
Теперь рассмотрим собственно процесс образования F-центров рис.18 . Под действием радиации в кристалле с вероятностью g образуются пары свободных электронов и дырок.
В кристалле имеется N потенциальных F-центров. С вероятностью a электрон захватывается предцентром с образованием F-центра, их текущая концентрации - n. Скорость их образования будет пропорциональна a N. С вероятностью b происходит рекомбинация захваченного электрона с дыркой, скорость этого процесса b n. Возможностью агрегатизации F-центров пренебрегаем. Изменение количества F-центров запишется в виде дифференциального уравнения . 3.10 После подстановки 3.9 имеем . 3.11 В исходных кристаллах независимо от их окраски концентрация F-центров близка к нулю, т. к. их полоса поглощения в оптических спектрах практически отсутствует. С учетом этого решение уравнения 3.11 запишется в виде . 3.12 В стационарном состоянии t Ґ n nҐ NҐa b. Рассмотрим частные случаи решения. 1. Качественные кристаллы без вакансий, N0 0. Если принять, что скорость рекомбинации потенциальных центров гораздо ниже скорости рекомбинации F-центров R b, то ур-е 3.12 сводится к простой зависимости n nҐ 1-e- Rt 3.13 . Такое уравнение используется многими авторами для описания накопления F-центров например 11 . Оно плохо описывает начальный этап накопления центров и дает ассимптотически приближающуюся к nҐ кривую.
Именно такие кривые характерны для разгорания РЛ наших монокристаллов галита. 2. Дефектные кристаллы, N0 NҐ 1, R b 3.14 . Исключая область вблизи t 0 такая функция описывает монотонно убывающую к значению nҐ кривую накопления F-центров.
Зависимость 3.12 должна описывать процесс роста интенсивности поглощения в полосе F-центра в ходе облучения кристалла.
Концентрация F-центров пропорциональна площади под их полосой поглощения, или коэффициенту поглощения в максимуме полосы при неизменной ее полуширине. Поэтому для описания эволюции поглощения в выражении 3.12 нужно заменить n на k t, а nҐ на kҐ. С другой стороны процесс рекомбинации дырок на F-центрах идет с выделением энергии в виде квантов света оптического диапазона. Т.е. в ходе облучения наблюдается свечение с интенсивностью пропорциональной I bn. Для описания ее изменения в ходе облучения в выражении 3.12 n заменяется на I t, а nҐ на IҐ. Рис.19. Зависимость коэффициента поглощения от времени облучения рентгеновским излучением в полосе F-центра на примере образцов из Польши.
Маркеры - экспериментальные значения, линии - аппроксимированные значения ур-ем.