Радиационно-индуцированные малоинерционные процессы в ионно-молекулярных кристаллах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат физико-математических наук Сахарчук, Юрий Петрович

• Сахарчук, Юрий Петрович
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Сахарчук, Юрий Петрович

ВВЕДЕНИЕ,,.,.,,.

ГЛАВА 1. БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИЕ РАДИАЦИОННОЕ СТИМУЛИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНЫХ КРИСТАЛЛАХ (обзор литературных данных).,.

1.1. Еыстропротекающие радиационно-стимулированные процессы в радиационно-неустойчивьш оксианионных системах.,.,,.,.,.,.,.,.

1.2. Еыстропротекающие радиационно-стимулированные процессы в радиационно-стойкихгоксианионных системах.

1.3. Быстропротекающие радиационно-стимулированные процессы в азидах тяжёлых и щелочных металлов

ГЛАВА2. ТЕХНИКАМ МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1. Экспериментальные установки.

2.1.1, Наносекундный оптический спектрометр на базе ускорителя электронов,.,.,.

2.1.2, Наносекундный оптический спектрометр на базе эксимерного лазера

2.1.3, Установка для измерения импульсной проводимости твердых тел.,.,,,,,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,,.,.,,.,

2.1.4, Установка для исследования спектрально-кинетических параметров взрывного разложения ATM,,,,,.,.,,,,.

2.1.5, Оптический спектрометр на базе УАО:МсГг лазера.,,,

2.2. Обработка результатов экспериментов.

2.3. Мониторирование импульсного излучения.

2.4. Подготовка экспериментальных образцов.

ГЛАВА 3. ИМПУЛЬСНЫЙ РАДНОДНЗ И ФОТОЛИЗ ;

ОКСИАНИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

3.1, Первичные радиационно-химические процессы в океигалоидных кристаллах, разлагающихся под действием .излучения. ?

3.1.1. Импульсная проводимость хлоратов и нитратов ,.,,.,.,.

3; 1,2. Импульсный, фотолиз оксишшонных кристаллов при облучении эксимерным лазером-.

3.2. Образование первичных радиационных дефектов в радшцианно-стойких соединениях,.

3.2.1, Оптическое поглощение в кристаллах a-LiI03 под действием электронных импульсов.

3.2.2. Импульсная радиолюминееценция кристаллов a~Líí03.

3,2.3 Импульсная радиолюминееценция кристаллов калийтитанил фосфата (КТР).

3,3 Различия радиационной стойкости оксианиониых соединений. .,.,.,.,.

ГЛАВА 4. ПЕРВИЧНЫЕ РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В АЗИДАХ ТЯЖЁЛЫХ И ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ.

4.1. Импульсная радиашонно-стимулированная люминесценция и оптическое поглощение азидов щелочных металлов.

4.1.1. Импульсная радиолюминееценция

4.1.2. Оптическое поглощение под действием электронных импульсов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Радиационно-индуцированные малоинерционные процессы в ионно-молекулярных кристаллах»

Актуальность работы

Изучение процессов взаимодействия ионизирующего излучения с ионно-молекулярными кристаллами (ИМК) представляет собой одну из актуальных проблем физической химии. Более сложное строение ИМК, по сравнению с классическими объектами исследований. ЩГК и полупроводниками, обуславливает качественно новый уровень протекающих в ИМК радиационно-стимулированных процессов и требует существенной корректировки сложившихся при изучении ЩГК представлений. Несмотря на большой объём накопленного по этой тематике материала, остаётся неразрешённым большое число принципиальных вопросов. В частности, до сих пор неясны причины различий в радиационной стойкости веществ, обладающих сходным химическим строением, как например, нитраты и хлораты щелочных металлов с одной стороны, и иодаты щелочных металлов -с другой. Ещё больший интерес представляет свойство таких соединений, как азиды тяжёлых металлов, испытывать взрывное разложение под действием относительно малых доз ионизирующего излучения. Различными авторами высказывались предположения об определяющей роли в этих различиях первичных процессов, протекающих за времена порядка наносекунд. Однако, экспериментальных работ в этом направлении до сих пор явно недостаточно. Изложенные выше соображения определяют актуальность выбранной для исследования темы.

Цель и задачи исследования

Целью исследования являлось сравнение радиационно-химических процессов на начальных стадиях взаимодействия излучения с веществами различной радиационной стойкости. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач;

1) измерить спектры поглощения нитрата калия под действием нано-секундных импульсов УФ-света, не создающего в кристалле электрон-дырочных пар;

2) измерить проводимость кристаллов нитратов и хлоратов под действием мощных наносекундных электронных импульсов;

3) расширить спектральный, температурный и дозовый диапазоны измерения спектров поглощения и люминесценции иодата лития под действием наносекундных электронных импульсов;

4) исследовать влияние исходной дефектности кристалла 1лЮ3 на свойства короткоживущих продуктов;

5) получить спектры предвзрывного оптического поглощения азида з) получить кинетические кривые предвзрывнои Люминесценции азида серебра с учётом поправок на реабсорбцню и описать их математически:

7) изучить спектры оптического поглощения и импульсной люминесценции АЩМ и провести их предварительную идентификацию.

Выбор объектов исследования и методический подход

Объектами исследования были выбраны наиболее типичные и достаточно изученные представители своих классов соединений: нитраты и хлораты натрия и калия, как типичные представители радаационно-нестойких оксианионных солей; иодат лития, как одно из наиболее изученных радиационно-стойких оксианионных соединений: новый перспективный нелинейно-оптический материал калий-титанил фосфат, обладающий ещё большей радиационной стойкостью; азиды натрия и калия, как-наиболее полно изученные стационарными методиками представители не-взрывающихся азидов; азид серебра, на котором получен наибольший объём данных по взрывному разложению.

Так как исследовать предполагалось начальные, быотропротекающие стадии радиационно-химических процессов, то в качестве методов исследования были выбраны различные варианты импульсных методик абсорбционной и люминесцентной спектроскопии и измерения проводимости твёрдых тел,

Практическая значимость работы

Исследованные в работе соединения широко применяются на практике: нитраты и хлораты как твёрдотельные окислители и компоненты пиротехнических составов; иодат лития используется в нелинейно-оптических системах; азид серебра как инициирующее взрывчатое вещество. Кроме того, исследованные в работе соединения широко используются как модельные объекты при изучении физики взрыва и процессов взаимодействия веществ различной радиационной стойкости с излучением. Полученные в работе результаты могут быть использованы при оценке работоспособности вышеперечисленных материалов в мощных импульсных радиационных полях, а также при разработке новых материалов с аналогичной областью применения.

Научная новизна работы

Использованный в работе методический подход обеспечивает новизну полученных экспериментальных данных и основных выводов, изложенных в разделе "Защищаемые положения".

Защищаемые положения

1. Эффективная масса зонных электронов в хлоратах и нитратах щелочных металлов, по крайней мере, на порядок превосходит эффективную массу зонных электронов в ЩГК.

2. Первичные радиационные дефекты в иодате лития создаются в основном на биографических дефектах. Возможная модель первичного радиационного дефекта, имеющего полосу поглощения с максимумом на л.=590 им - электрон, локализованный на примесной молекуле ШСЦ, изоморфно замещающей матричный анион.

3. Спектры импульсной радиолюминесценции АЩМ представляют собой широкую полосу с максимумом на 4,1 зВ и интенсивный подъём в области Еьу<2 зВ, Длительность затухания импульса люминесценции не превышает единиц наносекунд. Вероятным механизмом импульсной радиолюминесценции АЩМ является излучательная релаксация горячих носителей заряда.

4. Спектр радиационно-ивдуцированного переходного оптического поглощения KN3 представляет собой широкую неэлементарную полосу с максимумом в районе 600 нм и асимметричным крылом, вытянутым в сторону длинных волн.

5. Спектр предвзрывного оптического поглощения AgN3 представляет собой широкую неэлементарную полосу с максимумом, смещающимся в ходе разложения кристалла от 450 до 580 нм. Возможным источником поглощения является смесь растущих в ходе реакции коллоидных частиц серебра.

6. Кинетическая зависимость предвзрывной люминесценции AgN3 представляет собой кривую, выходящую на плато, и описывается в предположении о мономолекулярном процессе развития цепи и бимолекулярном обрыве.

Апробация работы

Материалы диссертации доложены на 80й конференции «Радиационная физика и химия неорганических материалов» (г. 'Томск, 1993), 60Я Международной конференции «Радиационные гетерогенные процессы» (г. Кемерово, 1995), 4ои Международной конференции «Прочность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий» (г. Новокузнецк, 1995), 1ой Всероссийском симпозиуме по твердотельным детекторам иониз1фующих излучений (г. Екатеринбург, 1997), 7ой Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (г. Кемерово, 1998) и 4ий Всероссийской школе-семинаре «Люминесценция и сопутствующие явления» (г. Иркутск, 1998).

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15 печатных: работах.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка цитируемой литературы.