Радіаційна фізика твердого тіла

Радіаційна фізика твердого тіла є новою областю науки, що виникла близько півтора десятиліття назад. Своїм основним завданням вона ставить дослідження дії випромінювань на тверді тіла (зокрема «бомбардування» їх швидкими частинками).

Так, вона займається вивченням зміни їх структури, створення і еволюція дефектів, впливу змін структури на різні властивості твердих тіл, а також – на протікання в них різноманітних фізико-хімічних процесів і механічних процесів і ін.

Суть радіаційної фізики твердого тіла

В якості одного з найголовніших напрямків для сучасної радіаційної фізики твердого тіла виступає можливість створення екологічно чистих матеріалів з швидким спадом радіоактивності. У цьому напрямку проводяться інтенсивні дослідження як в теоретичному, так і в експериментальному форматі. Так, до числа перспективних конструкційних матеріалів входять: сплав на основі ванадію; хромомарганцеві аустенітні сталі та ін.

Опромінення матеріалів може провокувати не тільки деградацію їх властивостей, але в певних випадках – до істотного фізичних і хімічних характеристик опромінюється твердого тіла. До широко поширеній технологічного методу (іонна імплантація) додався ряд нових напрямків в радіаційної модифікації властивостей матеріалу.

Так, на сьогоднішній день успішний розвиток спостерігається для таких методів радіаційної технології, як:

  • іонну перемішування;
  • легування матеріалу ядрами віддачі;
  • нейтронно-трансмутаційне легування;
  • матричний синтез наноструктур.

При цьому вченим вдалося отримання, наприклад, нових сплавів з змішуються термодинамічно компонентів.

Модифікація властивостей твердих тіл за допомогою ядерного випромінювання виступила в якості потужного інструменту, спрямованого зміни властивостей, якими володіють тверді тіла, з метою створення нових матеріалів, а також приладів із заданими характеристиками. Найбільший інтерес в цьому відношенні викликали напівпровідники (найбільш чутливий матеріал до присутності вельми малого числа дефектів, в порівнянні з іншими типами твердих тіл).

Різного роду дефекти в повній мірі визначають електрофізичні, оптичні, механічні властивості, що пояснюється тим фактом, що абсолютно будь-яке спотворення періодичності потенціалу у кристалічної решітки, провоковане дефектами, призводить до виникнення в забороненій зоні напівпровідника локальних енергетичних рівнів. При цьому також змінюються його основні параметри.

Широке і активне застосування матеріалів і напівпровідникових приладів поблизу ядерних установок викликало необхідність більш глибокого дослідження природи радіаційних ушкоджень в напівпровідниках під впливом проникаючого випромінювання. Стала очевидною необхідність фундаментальних досліджень механізмів появи радіаційних дефектів з метою спрямованого управління параметрами таких приладів в умовах дії підвищеної радіації.

Вплив радіації на тверді тіла

Вперше таке поняття, як радіація (точніше – рентгенівські промені) було введено в 1895 році німецьким фізиком В. Рентгеном. Саме він вважається першовідкривачем радіоактивного випромінювання. Кілька місяців по тому після цього були відкриті радіоактивні речовини.

Рентген, зокрема припустив, що в якості реального джерела Х-променів виступає фосфорицирована поверхня скляної (вакуумної) трубки, куди потрапляють катодні промені. Перевірити цю гіпотезу взявся відомий фізик А. Беккерель, багато років досліджував явище фосфоресценції.

В рамках експерименту, фізик витримував на світлі тонкі кристали мінералів, а потім накладав їх на фотопластинку, загорнуту в чорний папір. При цьому він поміщав металеві кільця між препаратом і захисним папером, припускаючи, що порушувані сонячним світлом Х-промені зможуть легко пройти крізь папір, але їх затримає метал.

В такому випадку на платівці повинні будуть з’явитися кільцеві тіні. Досліди мали успіх. Так, після прояву на фотопластинці дійсно з’являлося чітке окреслення кільця. З тих пір проводилося ще безліч досліджень і експериментальних дослідів, спрямованих на дослідження цих випромінювань, зокрема, і під керівництвом Марії Кюрі.

Поняття радіоактивності і види випромінювань

Радіоактивністю вважається нестійкість ядер деяких атомів, що виявляється в їх здатності мимовільно перетворюватися (здатність до розпаду), що супроводжує вихід іонізуючого випромінювання (радіації).

Енергія такого випромінювання в дійсності досить велика, тому вона може впливати на речовину, створюючи при цьому іони різних знаків. Так само розрізняють кілька її різновидів:

  • Іонізуюче випромінювання (потік квантів або елементарних частинок, енергія яких є настільки потужною, що здатна викликати в опроміненому речовині іонізацію атомів і молекул). Основними видами такого випромінювання є альфа-частинки, гамма-і бета-промені, нейтрони, рентгенівські промені.
  • Альфа-частинка (представляє ядро ​​атома гелію і складається з двох нейтронів і стількох за кількістю протонів). У повітряному просторі пробіг альфа-частинки не перевищує кілька сантиметрів, а в м’яких біологічних тканинах – кілька десятків мікрометрів.
  • Бета-промені (мова йде про електрона і позитрона), мають здатність пролітати кілька метрів і проникати в м’які тканини на відстань в декількох міліметрів.
  • Гамма-промені (це кванти електромагнітного випромінювання високої енергії, довжина хвилі при цьому виявляється коротше 0,01 нм). Вони можуть поширюватися на досить великі відстані.
  • Рентгенівські промені (представляють кванти електромагнітного випромінювання, довжина хвилі – від 0,01 до 100 нм). Вони мають уже меншою енергією, в порівнянні з гамма-променями. Здатні утворюватися як при радіоактивному розпаді, так і в рентгенівській трубці.
  • Нейтрони (представляють нейтральні частинки, що викликають непряму іонізацію). Розрізняють такі одиниці виміру радіоактивності: розпаду радіоактивного атома, одиниці виміру щодо енергії, що з’являється в процесі розпаду цього атома.
ПОДІЛИТИСЯ: