2.3. 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 энергиюЕ
>
,
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.
2.4. Дислокации
Рассмотрим резиновый цилиндр . Разрежем его вдоль плоскости S, сместим края разреза и склеим. Линию ОО', отделяющую область, где сдвиг произошёл, от области, где сдвига не произошло, называют дислокацией (рис.2.3).
Аналогичные
дефекты могут существовать и в кристаллах.
В отличие от классической упругой среды,
где относительные смещения края разреза
могут быть любыми, в кристаллах
дискретность структуры и анизотропия
накладывают ограничения на характер
возможных смещений . Допускаются только
такие смещения, которые соответствуют
свойствам кристаллической решётки.
Рассмотрим дислокацию ОО', которая возникает в результате сдвига части кристалла на одно межатомное расстояние (рис.2.4). Покажем расположение атомов в плоскости, перпендикулярной линии дислокации. На n атомных плоскостей, расположенных ниже плоскости скольжения, приходится n+1 плоскостей выше плоскости скольжения .
Дислокация
ОО',
представляющая собой часть край лишней
полуплоскости MNO'O,
называется краевой. Краевая дислокация
перпендикулярна вектору сдвига. Можно
представить, как образуется краевая
дислокация, если вставить дополнительную
плоскость MNO'O
между плоскостями идеального кристалла.
Винтовая
дислокация показана на рисунке 2.5. Линия
дислокации ОО',
отделяющая область, где сдвиг произошёл,
от области, где сдвига нет, здесь не
перпендикулярна, а параллельна вектору
сдвига. Кристалл в этом случае можно
представить состоящим из одной атомной
плоскости, закрученной вокруг дислокации
ОО',
как винтовая лестница (рис.2.5) .
Рассмотрим случай, когда зона сдвига ограничена внутри кристалла не прямой линией, а произвольной кривой. Линия ОО' - криволинейная дислокация. В точке О дислокация параллельна вектору сдвига (рис.2.6.) и, следовательно, имеет винтовой характер. В точке О' линия дислокации перпендикулярна вектору сдвига, т.е., имеет краевую ориентацию, такие дислокации называются смешанными.
Для обозначения
дислокации применяют символ "
". В случае краевой дислокации "ножка"
этого символа направлена в сторону
расположения избыточного материала.