ИОНДУК КРИСТАЛЛДАРДАГЫ РАДИАЦИЯЛЫК ДЕФЕКТТЕРДИ ТҮЗҮҮ МЕХАНИЗМИ ЖАНА АНЫ МОДЕЛДЕШТИРҮҮ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ФИЗИКА

УДК. 537.86.535.343 Б01: 10.52754/16947452_2022_4_7 ИОНДУК КРИСТАЛЛДАРДАГЫ РАДИАЦИЯЛЫК ДЕФЕКТТЕРДИ ТУЗУУ МЕХАНИЗМИ ЖАНА АНЫ МОДЕЛДЕШТИРУУ

Каденова Батмакан Ажимаматовна к.ф. -м.н.

[email protected] Назирова Инобат Нуралиевна, магистрант Маматкабыл кызы СонунбY, магистрант Калмурза кызы Асылзат, магистрант Ош мамлекеттик университети Ош, Кыргызстан

Аннотация. Иондоштуруучу нурлануунун катуу заттарга тийгизген таасири аларда жацы структуралык дефекттердин пайда болушуна жана нурланууга чейин болгон дефекттердин взгврYШYнв алып келет. Нурлануу аркылуу кристаллдардын структурасында жацы дефекттердин пайда болушу нурлануу аяктагандан кийин квптвгвн физикалык жана химиялык касиеттердин взгврYШYнвн кврYнвт. Катуу заттардын радиациялык физикасында радиациялык дефекттердин табиятын жана алардын ар кандай материалдарга айлануу механизмдерин ачууга байланышкан маселелер негизги орундардын бирин ээлейт. Бул жумушта катуу заттардагы анын иондоштуруучу нурдануулардын вз ара аракеттенишYY учурундагы внYктYPYлгвн иондук кристаллдардын согулган жана согулбаган механизмдери каралган жана математикалык берилиши алынган.

Ачкыч свздвр: радиациялык дефекттер, согулуу механизми, френкелдик дефекттер, чектик энергия, дефекттердин диффузиясы.

МЕХАНИЗМЫ СОЗДАНИЯ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В ИОННЫХ КРИСТАЛЛАХ И ЕГО МОДЕЛИРОВАНИЕ

Каденова Батмакан Ажимаматовна к.ф.-м.н.

[email protected] Назирова Инобат Нуралиевна, магистрант Маматкабыл кызы СонунбY, магистрант Калмурза кызы Асылзат, магистрант Ошский государственный университет

Ош, Кыргызстан

Аннотация. Воздействие ионизирующей радиации на твердые тела приводит к возникновению в них новых дефектов структуры и преобразованию дефектов, существовавших до облучения. Создание радиацией новых дефектов структуры кристаллов проявляется после окончания облучения в изменении многих физических и химических свойств. Вопросы, связанные с выяснением природы радиационных дефектов и механизмов их преобразования в различных материалах, занимают одно из центральных

мест в радиационной физике твердого тела. В данной работе рассмотрена ударный и не ударный механизм ионного кристалла, развивающийся в твердом теле при взаимодействии его ионизирующим излучением и получены математическое описание.

Ключевые слова: радиационные дефекты, ударный механизм, френкелевские дефекты, пороговая энергия, диффузии дефекты.

MECHANISMS FOR CREATING RADIATION DEFECTS IN IONIC CRYSTALS AND ITS SIMULATION

Kadenova Batmakan Azhimatovna Ph.D.

[email protected] Nazirova Inobat Nuralieva, master student Mamatkabyl kyzy Sonunbu, master student Kalmurza kyzy Asylzat, master student Osh State University, Osh, Kyrgyzstan

Abstract. The impact of ionizing radiation on solids leads to the appearance of new structural defects in them and the transformation of defects that existed before irradiation. The creation of new defects in the structure of crystals by radiation manifests itself after the end of irradiation in a change in many physical and chemical properties. Questions related to the elucidation of the nature of radiation defects and the mechanisms of their transformation in various materials occupy one of the central places in the radiation physics of solids. In this paper, the impact and non-impact mechanism of an ionic crystal, which develops in a solid body when it interacts with ionizing radiation, is considered, and a mathematical formula is obtained.

Keywords: radiation-induced defects, impact mechanism, frenkel defects, threshold energy, diffusion defects

Киришуу- Иондук кристаллдарда радиациялык дефекттерди пайда кылуу, аларды оптикалык (лазердик, ультра кызгылткек, инфра кызыл жана радиациялык (рентген, а-,/-,¡-) нурлар менен белYкчелердYн (электрон, протон, нейтрон, иондор) агымы жана башка механикалык, электрдик, химиялык таасир этYYлердYн натыйжасында жYргYЗYлет. Иондук кристаллдарды иондоштуруучу нурлар менен нурдантууда радиациялык дефекттердин пайда болуу механизмдерин эки класска белYYге болот [1, 2]; тYЙYндер аралык атомдордун жана тYгейлYY вакансиялардын пайда болуусунун универсалдуу согулуу (ударный) механизми жана электрондук ДYYЛYГYYHYH ажыроосундагы дефекттердин пайда болуусунун механизмдери.

Изилдеенун объектиси жана ыкмалары: изилдеенYн объектилери катарында катуу заттар физикасынын мазмуну жана NaCl, KCl, NaCl-Ag жана KCl-Ag жегич-галоиддик кристаллдары алынат, ал эми изилдеенYн

ыкмасы катарында радиациялык дефекттердин согулуу механизмине негизделген математикалык моделдештирYYCY каралат.

Жыйынтыктар жана талкуулар. Кенен жылчыктуу иондук кристаллдарда дефект пайда болуунун согулуу механизми менен катар дефект пайда болуусунун согулуу эмес механизмдери да эффективдYY иштеп келет. Бул учурда согулган бeлYкчe-фотондун энергиясынын негизги бeлYГY катуу заттын ядролук эмес, электрондук подсистемасына берилет да кристаллдык торчону тYЗYYЧY атомдордун (иондордун) дYYЛYгYCY жана иондошуусу ишке ашат [2]. Тез eтYYЧY орто аралыктык процесстерден кийин кристаллда eткeрYмдYYЛYк электрондору жана валенттик кезенекчелер, ошондой эле аниондук жана катиондук электрондук дYYЛYГYлeр пайда болушат. Эгерде ДYYЛYГYHYH жашоо убактысы жетишээрлик кеп болсо, анда электрондор (е-) менен кезенекчелердун (е+) рекомбинациясында, же (е 0) аниондук экситондордун ажыроосунда Френкелдик дефект (ФД) пайда болуусу мYмкYн. Дефект пайда кылуунун согулуу механизмине караганда ФД мындай жол менен пайда кылуу YЧYн азыраак энергия сарпталат.

Дефекттердин согулуу механизми боюнча радиациялык дефекттердин пайда болуусу негизинен кристаллга келип тушкен электрондордун, протондордун жана башка бeлYкчeлeрдYн кристаллдын иондорунун же атомдорунун ядролору менен серпилгичтYY кагылышуусунун натыйжасында аткарылат [1,3]. Эгерде серпилгичтYY кагылышуунун натыйжасында кыймылдагы бeлYкчeдeн атомго (ионго) берилген энергия кандайдыр бир пределдик маанисинен чоц болсо, анда торчонун тYЙYHYнeн учуп чыккан атом кристаллдык торчо боюнча кыймылдап бош орун-вакансияны пайда кылат.

Кристаллдын иону (атому) жакынкы тYЙYндeр аралык боштука чыгуу YЧYн берилYYЧY энергиянын эц кичинекей мааниси чектик (пороговый) энергия деп аталат. Эгерде ионго жогорку кыймылдагы бeлYкчe берген энергия чектик энергиядан аз болсо, анда иондордун тYЙYндeр аралыгына жылышуусу болбойт. Бул учурда берилYYЧY энергия серпилгичт^ толкундарды пайда кылган кристаллдардын жылуулук энергиясына айланат. Чектик энергия иондордун торчосунун тYЙYHYнeн тYЙYндeр арасына адиабаттык жылышуусу YЧYн зарыл болгон энергиядан эки-Yч эсе чоц экендигин тажрыйба керсетет. КeпчYЛYк кристаллдар YЧYH чектик энергия жакындаштырылган тYPдe 25 эВ го барабар, ал эми иондордун байланыш энергиясы болжол менен 10 эВ. Кагылышуунун натыйжасында чектик энергиядан кeбYрeeк энергия алган кристаллдын ар бир иону тYЙYндeр

арасына жылышат да анын натыйжасында бир эле мезгилде вакансия жана тYЙYндeр аралык ион пайда болот. Энергияны алуучу иондор (атом отдачи) деп аталган жылышкан иондордун энергияларынын мааниси чектик энергиядан сезилээрлик чоц болсо, анда бул биринчи энергияны алуучу иондор ез кезегинде экинчи энергияны алуучу иондорду пайда кылышат, экинчилери-YЧYнчYлeрYн, ж.б. Бул жылышкан иондордун (атомдордун) энергиялары чектик мааниге жакындашканга чейин уланат. Мына ошентип, атомдук жылышуулардын секиртмеси (каскады) пайда болот.

Каралган механизм боюнча радиациялык чекиттик дефекттер ар дайым тYгeйлYк дефекттер экендиги келип чыгат, тактап айтканда алар Френкелдик дефекттер [2]. Дефекттердин согулуу механизми менен жаратууда пайда болгон радиациялык дефекттер кристаллдын дефекти жок аймактарында жана ошондой эле торчонун симметриясында радиацияга чейинки бузулуусу бар аймактарда да пайда болот. Баштапкы дефекттердин бар экендиги радиациялык дефекттерди пайда кылуунун зарыл шарты болуп эсептелбейт [1]. Бирок заряддалган бeлYкчeлeрдYн катуу заттар менен ез ара кагылышуусунда энергиясынын негизги бeлYГY кристаллдын электрондук структурасын дYYЛYктYPYYгe кетет. Кeпкe чейин дYYЛYккeн электрондук подсистема радиациялык дефекттердин пайда болуусуна катышпайт деп эсептелинип келген. Жегич-галоиддик кристаллдарга (ЖГК) окшогон кенен жылчыктуу иондук системанын жана кээ бир жарым eткeргYчтeрдYаныктоодогу изилдeeлeр бул материалдарда радиациялык дефекттин пайда болуусу серпилгичтYY жылышуунун механизми менен гана эмес, кристаллдын электрондук подсистемасынын дYYЛYГYYCY менен да байланыштуу экендигин кeрсeттY [3].

Катуу заттардагы тYЗYЛYштeрдYн пайда болуусун башкаруу YЧYн туруксуздуктарга тиешелYY механизмдерди жана алардын моделдерин иштеп чыгуу менен дефекттердин пайда болуу шарттарын билYY зарыл. Радиациялык дефект пайда болгондон кийин диффузиялык процесс жYрeт жана бул процесстин ЖYPYШYHYH тецдемесин 1855 -жылы Фико сунуш кылган, кийинчерээк Емельянов eзYHYн кызматчыларыменен бирдикте ар кандай учурлар YЧYн eз ара аракеттенYYЧY деформациялар талаасы, дефекттердин концентрациясы жана температурасы менен беттик туруксуздуктардын eсYYCY системаларда каралган. Бул туруксуздуктар концентрациялык-деформациялык-жылуулук туруксуздуктар (КДЖТ) деген аталышка ээ болушкандыгы белгилYY. КДЖТ нын жалпы модели радиациялык нурдануунун таасири астында пайда болуучу

туруксуздуктардын жетишээрлик кецири классын камтыйт. Анын бир катар аспектилери туруксуздуктардын башка типтерине eткeрYЛYШY мYмкYн.

Дефекттер системасынын eзгeрYШYн башкаруучу негизги процесстер болуп диффузия, дрейфтик кыймылдар, eз ара аннигиляция жана дефекттердин агымдардагы жутулуусу эсептелет. Бул процесстерди эске алуу менен дефекттердин кинетикасын мYнeздeeчY тецдемелерди тeмeнкYдeй тYPдe жазсак болот: -п/ (г, t)

+ divjJ (г, t) = в} (г, t) - L] (г, t), (1)

] (г, ^) = - (г, I) + ] (г, t), (2)

Мында в]=в] (т ,в)- кошулмалары YЧYн дефекттерди генерациялоо

ылдамдыгы (T-чeйрeнYн температурасы, в = div и - чeйрeнYн серпилгичтYY

деформацияCы, и-жылышуу вектору). Ал эми (2) тецдемедегиМ^О-дефекттердин агымын берет, биринчи кошулуучу коэффициенти О = оу0 ехр(-Ещ /кт) болгон диффузиясын, андагы Ет/ - диффузиянын

активдешYY энергиясын мYнeздeйт. Экинчи кошулуучу деформациянын бир тект^ эмес талаасы менен дефекттердин eз ара аракеттенишYYCY менен шартталган FJ = -у и KYЧYHYH таасири астында дефекттердин дрейфинин

9^=^ / кT)FjKыймылынын ылдамдыгын мYнeздeйт. и=-кЦ divu - бир дефектин деформация талаасы менен аракеттенишYY энергиясы, к - ар тараптуу кысылуу модулу, О— кристаллда бир дефект пайда болгон учурдагы кeлeмYHYн eзгeрYYCYн мYнeздeeчY параметр. Вакансиялар YЧYH же кичине

радиустагы кошулмалар YЧYн 0/<0, тYЙYндeр арасы YЧYн 0/>0 (^ « d03, do -торчонун мезгили). (4.10) формуладагы акыркы кошулуучу eз ара рекомбинация жана агымдардагы жутулуунун эсебинен дефекттердин жоголуусун ь} = ь(е,т) CYрeттeйт.

Нурдантылуучу катуу заттарда пайда болуучу сызыктуу эмес деформациялык-концентрациялык тYЗYЛYштeрдY моделдeeдe

деформациялардын eз ара байланышкан талааларынын кооперативдик динамикалык абалын, дефекттердин локалдык баш-аламандыктарынын концентрациясын жана чeйрeнYн температурасын CYрeттeгeн сызыктуу эмес маселелер каралган жана тeмeнкY тYPдeгY тецдемелер системасы алынган.

-п (г, t) Б кП (3)

= да + БаАпа -div(nagrad(divu))-^рааБаа К '

— К1 а

д-и = c^ Au + (сI - c2)grad+2 — gradna + (u) ( )

^ а=^ р р

(3) тецдеме а тибиндеги дефекттердин концентрациясынын eзгeрYYCYHYн мYнeздeйт, ал эми (4) тецдеме жылышуу векторунун eзгeрYYCYн аныктайт.

(3), (4) тецдемелериндеги па (г,г) а тибиндеги дефекттердин г чекитиндеги жана убакыттын t учурундагы концентрациясы г=(х,у,2); О = О(г,г) -сырткы нурдантуунун таасиринде кыймылда болгон дефекттердин генерациясынын ылдамдыгы; ^-топтолуулардын пайда болуу ылдамдыгы; Т- чeйрeнYн

-Ета / кТ

температурасы Da=D0e - диффузия коэффициенти; Ета - диффузиянын активдешYY энергиясы к - кысылуу модулу; - кристаллдын

кeлeмYHYHYн бир дефект пайда болгондогу eзгeрYYCYн мYнeздeeчY дилатациялык параметр, d- торчонун мезгили.

(3) тецдемедеги экинчи кошулуучу а тибиндеги дефекттердин диффузиясын жана YЧYHЧY кошулуучу -дефекттердин дрейфин мYнeздeйт

(4) тецдемедеги YЧYHЧY кошулуучу дефекттер шарттаган концентрациялык чыцалууну CYрeттeйт, ал эми тeртYнчY кошулуучу чeйрeнYн ангармонизмин эске алат.

Иондоштуруучу нурдантуунун таасиринен кристаллдарда женекей чекиттик дефекттер пайда болушат. Бул дефекттер чeйрeнYн атомдорунун же иондорунун жылышуусу менен байланышкан. Анын натыйжасында дефекттин аймагында деформациялык туруксуздук пайда болушу мYмкYн, ал серпилгичт^ чыцалуулардын пайда болуусун шарттайт.

Бир типтеги дефекттер болгон ваканциялардын системасында деформациялык- диффузиялык туруксуздуктун пайда болуусун карайлы. Анда па=п, =п , п=п'0 +П1, и=и'0 +и1 десек, п'0, и'0 - мейкиндиктик бир тект^ чечимдер, пь и1 - кичинекей козголуулар. Е^< кВТ, Qа=Q=const, 2 4жЯаараа = ма 2 = м2 экендигин эске алып жана дефекттердин дрейфин эске

V

албасак (4) тецдемеден п1 YЧYн тeмeнкY тецдемени алабыз:

дщ(г,г) г,2ъА Ш2Оп'о -в

———- - £Апх = О - м £Апх--Лущв в (5)

д квт

2

Мында М - дефекттердин диффузиялык жолунун узундугу. Анда divu1 = £1 деформациясын тeмeнкY т^рде беребиз:

£1 = А ехР(^(*+у)) (6)

Мында Ач - деформациянын баштапкы амплитудасы; q- козголуулардын толкундук саны; у = ух+ ¡у2-туруксуздуктун инкременти. Мындай чечимди деформациянын талаасы эки eлчeмдYY торчо тYPYндe берет.

Корутунду. Иондук кристаллдарда дефект пайда болуунун согулуу жана согулуу эмес механизмдери каралды жана бул механизмдер боюнча пайда болгон радиациялык чекиттик дефекттер ар дайым тYгeйлYк дефекттер экендиги аныкталды.

• Иондоштуруучу нурдантуунун таасиринен кристаллдарда жeнeкeй чекиттик дефекттер пайда болуу процесси каралып, ал дефекттин аймагында деформациялык туруксуздук пайда болушу мYмкYн экендиги аныкталды жана бул деформациялык туруксуздуктун пайда болушу серпилгичт^ чьщалуулардын пайда болуусунун шарты экендиги каралды.

• Бир типтеги дефекттер болгон ваканциялардын системасында деформациялык- диффузиялык туруксуздуктун пайда болуусунун математикалык модели каралды.

Адабияттар

1. Моделирование в научно-технических исследованиях. / А. Н. Лебедев. - М.: Радио и связь, 1989.

2. Арапов, Т.Б. Механизм и кинетика тушения свечения радиационно -наведенных центров окраски в ЩГК: [Текст]: диссертация на соискание ученой степени кандидата физ - мат.наук.: 01.04.07/Т.Б.Арапов, -Ош. 2004.

3. Лущик Ч.Б. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах. [Текст]:/ Ч.Б. Лущик, А.Ч. Лущик.- М.: Наука, 1989. -264 с.

4. Ташкулов, К.Д. Фото-и термостимулироввнные ионные процессы распада радиационных дефектов в щелочно-галоидных кристаллах. [Текст]: диссертация на соискание ученой степени кандидата физ -мат.наук. : 01.04.07/ К.Д. Ташкулов,-Ош. 2011.

5. Каденова Б.А. « Жегич-галоиддик кристаллдардагы радиациялык дефекттердин пайда болуу, бири-бирине айлануу жана ажыроо процесстерин моделдештирYY" Диссерт. На соис... канд. физ.- мат. наук. - Ош, 2013.С.109-110.