Радиационные дефекты

Точечные дефекты, возникающие при облучении кристаллов быстрыми частицами (нейтронами, протонами, электронами), а также осколками деления ядер и ускоренными ионами, получили название радиационных дефектов. Эти дефекты термодинамически неравновесны, так что после прекращения облучения состояние кристалла не является стационарным.

Рассмотрим механизм возникновения радиационных дефектов при облучении кристаллов нейтральными и заряженными частицами. Прохождение частиц через кристалл сопровождается сложными процессами, среди которых основными являются:

- упругие столкновения быстрых частиц с атомами кристалла;

- возбуждение электронных оболочек атомов кристалла;

- ядерные превращения - переход части атомов в кристалле в радиоактивное состояние и превращение их после радиоактивного перехода в примесные центры.

Для возникновения радиационных дефектов наибольшее значение имеют упругие столкновения быстрых частиц с атомами кристалла. Если энергия, переданная в результате столкновения, превышает некоторое значение, то атом, выбитый из узла решётки, оставляет вакансию и движется через кристалл. Наименьшее значение энергии , которую необходимо передать одному из атомов кристалла, чтобы он оказался в ближайшей междоузельной позиции, называют пороговой энергией. Если энергия, переданная атому быстрой частицей, меньше , то смещения не происходит, а возникают лишь упругие волны, энергия которых переходит в энергию теплового движения атомов. Для большинства кристаллов 25 эВ (для сравнения, энергия связи кристаллов 10 эВ). Каждый атом кристалла, получивший от быстрой частицы энергию Е >, может сместиться в междоузлие, в результате чего одновременно возникает вакансия и атом в междоузлии. При этом если значение энергии смещённых атомов, называемых атомами отдачи, значительно превышает , то эти первичные атомы отдачи создают в свою очередь вторичные атомы отдачи и т.д., до тех пор, пока энергия смещённых атомов не приблизится к пороговому значению . Возникает каскад атомных смещений.

Таким образом, радиационные точечные дефекты всегда парные, т.е., это дефекты по Френкелю.

Вдоль пути движущейся частицы образуется сильно разупорядоченная область, размеры и форма этой области зависят от энергии, массы и природы бомбардирующей частицы, массы атомов мишени, её температуры и структуры кристалла.