Особенности радиационно-оптических свойств объемных, волоконных и наноразмерных кристаллов (Li, Na)F тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ЧЕРЕПАНОВ Александр Николаевич

ОСОБЕННОСТИ РАДИАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЪЕМНЫХ, ВОЛОКОННЫХ И НАНОРАЗМЕРНЫХ КРИСТАЛЛОВ (ЫЛа)Е

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

I

Екатеринбург 2005

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики физико-технического факультета ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» (УГГУ-УПИ).

Научный руководитель: Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Шульгин Б В.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Королева Т. С.

доктор физико-математических наук, профессор Мильман И. И.

доктор физико-математических наук, профессор Соколов В.И.

Уральский государственный университет им. A.M. Горького

Защита состоится 20 июня 2005 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета К212.285.01 по присуждению ученых степеней кандидатов наук при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» по адресу: г. Екатеринбург, ул. Мира, 19 (5-й учебный корпус).

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ».

Автореферат разослан 17 мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.х.н._' ТА. Недобух

дюе-у

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Кристаллы фторидов лития и натрия известны своей достаточно высокой термической и химической сшйко-стью и высокой прозрачностью в широкой спектральной области: от вакуумного ультрафиолета (ВУФ) до ближнего инфракрасного диапазона (до 10-12 мкм). Они находят широкое применение как оптические материалы многофункционального назначения. Материалы на основе активированных кристаллов 1лР и КаР применяются в дозиметрической технике в качестве рабочих веществ для термолюминесцентных и тер-моэкзоэмиссионных дозиметров (ТЛД- и ТЭЭ-дстекторов) рентгеновского, гамма-, нейтронного и бета-излучения. Известны эти соединения и как люминесцентные индикаторы излучения, как среды для записи и хранения информации, и как активированные среды для лазеров на центрах окраски. Благодаря простоте кристаллического строения, кристаллы ЫБ и КаР давно используются в качестве модельных объектов физики твердого тела для расчета электронной структуры собственных и примесных дефектов и идеальных кристаллических решеток. Несмотря на то, что кристаллы ЫР и КаР обладают ограниченной изоморфной емкостью по отношению к примесным элементам, они достаточно эффективно активируются различными ионами. Исследованию их люми-несцентпо-оптических свойств посвящены многие публикации ведущих российских и зарубежных научных школ. Однако к моменту начала наших исследований в известных работах были представлены результаты исследований только для объемных (большеразмерных) образцов ЫЕ и КаР. В виде кристалловолокон и нанокристаллов эти соединения ранее синтезированы не были. Интерес к низкоразмерным образцам объясняется тем, что их линейные размеры становятся сопоставимыми с толщиной их приповерхностного слоя, а последний может играть значительную роль в формировании новых свойств объектов. Оптические неорганические материалы пониженной размерности на основе оксидов и частично фторидов (ВаР2), включая кристалловолокна и нанокристаллы, уже несколько десятилетий являются предметом интенсивных исследований. Однако низкоразмерные материалы на основе фторидов 1лР и Кар ранее не были извесшы. Процессы генерации электронных возбуждений, диссипации энергии, светозанасания, время-разрешенные ВУФ-спектроско-пические характеристики кристлловояекои-ка^основе (Ы,Ка)Р:Ме не бы-

ли исследованы. Такая же ситуация была с нанокристаллами на основе этих соединений. В связи с этим актуальной задачей представлялось получение и исследование спектроскопических свойств низкоразмерных кристаллов на основе активированных составов ЫБ и КтаГ.

Цель работы Получение и сравнительные фундаментально-прикладные исследования радиационно-оптических свойств кристаллических структур фторидов лития и натрия различной размерности (большеразмерные кристаллы, нланарные гетероструктуры, кристалло-волокна, волоконные гетероструктуры и нанокристаллы).

В ходе выполнения работы решались следующие основные задачи:

1. Разработка моделей для определения оптимальных режимов выращивания и собственно выращивание кристаллов фторидов лития и натрия пониженной размерности.

2. Изучение внутренней структуры и структуры поверхности полученных образцов, включая разработку моделей для описания процессов их формирования.

3. Изучение радиационно-оптических свойств образцов фторидов лития и натрия различной размерности, исследование процессов дефектообразования и эволюции возбуждений в них при различных радиационных воздействиях (фото, ВУФ-синхротронное, рентгеновское, электронное, ионное облучения), определение влияния температуры на процессы трансформации дефектов и возбуждений в кристаллах, а также разработка основ направленной радиационной модификации лю-минесцентно-оптических свойств кристаллов фторидов лития и натрия.

4. Разработка на базе кристалловолокон, а также планарных и волоконных гетероструктур новых сцинтилляционных и запоминающих детекторных устройств для регистрации ионизирующих излучений.

Научная новизна

1. Впервые получены неактивированные и активированные волоконные кристаллы фторидов лития и натрия методами микровытягивания и лазерного разогрева; определены оптимальные режимы их выращивания, исследована их внутренняя структура и структура их поверхности; зафиксирован характерный на» р!«' ' ' • *"

клон ростовых плоскостей к оси роста волоконного кристалла, дана его интерпретация в рамках предложенной кластерной модели строения волокон.

2. Впервые проведен анализ размерно-структурных параметров нанокристаллов фторида лития и натрия, полученных методом лазерной абляции; предложена модель их формирования; теоретически определен и подтвержден методами оптической и электронной микроскопии размер синтезированных нанокристаллов.

3 Впервые методом резерфордовского обратного рассеяния показано вхождение примесей урана в регулярную структуру кристаллов фторида лития и натрия; оценена изоморфная емкость кристллов фторида натрия к примеси урана.

4. Методами оптической спектроскопии впервые показано вхождение примесей на примере урана и меди из материнских объемных кристаллов в низкоразмерные кристаллы при их синтезе.

5. Впервые проведено сравнение спектров оптического пропускания кристаллов фторидов лития и натрия различной размерности; установлено влияние размерности образцов на коэффициент ослабления, дана интерпретация спектров пропускания в рамках модели, учитывающей особенности строения низкоразмерных образцов;

6. Впервые проведено исследование спектров и кинетики электронных возбуждений в активированных кристаллах фторида лишя и натрия различной размерности с использованием син-хротронного излучения.

7. Впервые исследованы эффекты радиационной модификации кристаллов фторида лития и натрия различной размерности при облучении электронными пучками, предложена модель дефектообразования и эволюции возбуждений, учитывающая существование ионных возбуждений;

8. Впервые исследованы эффекты радиационной модификации кристаллов фторида лития и натрия различной размерности при облучении ионными пучками, предложена популяционная модель эволюции дефектов, в которой предсказан, а за!ем впервые обнаружен экспериментально эффект памяти дефектного состояния кристалла и его частный случай - эффект памяти предыдущего радиационного воздействия.

9. Впервые исследованы термостимулированные эффекты в кристаллах фторида лития и натрия различной размерности, обнаружено терморадиадионно-стимулированное явление лавинообразного нарастания экзоэлектронной эмиссии с признаками известного явления взрывной электронной эмиссии, предложена возможная интерпретация этого эффекта с учетом возможного распада ионных возбуждений.

Практическая ценность. Полученные результаты представляют интерес как в плане разработки новых методов направленной модификации люминесценшо-оптический свойств, так и в плане создания новых детектирующих материалов и устройств многоцелевого назначения. На уровне изобретений были предложены новые оптоэлектронные и сцинтилляционные устройства - детекюры ионизирующих излучений, включая волоконно-оптические и нланарные детекторы нового поколения, а также планарные и волоконные гетерос1руктуры многоцелевого назначения (8 признанных Роспатентом изобретений [1-8] и 7 заявок на изобретения).

Автор защищает

1. Модели для определения оптимальных режимов выращивания кристалловолокон фторидов тития и натрия; модель для оценки размеров нанокристаллов фторидов лития и натрия; модель кластерной структуры волоконных кристаллов; результаты по исследованию позиций вхождения примеси урана в кристаллическую решетку образцов фторида натрия.

2. Результаты сравнительного исследования радиационно-оптических свойств кристаллов фторидов лигия и натрия различной размерности, включая свойства, связанные с термоак-тивационными процессами.

3. Модели динамики накопления дефектов и возбуждений в кристаллах фторидов лития и натрия под действием поюков корпускулярного излучения (электронов и ионов); обнаруженные эффект памяти дефектного состояния кристалла и эффект тер-морадиационно-стимулированной лавинообразной экзоэлектронной эмиссии с признаками взрывной электронной эмиссии

4. Перспективные люминесцентные, сцинтилляционные и запоминающие оптические среды и детекторные устройства много-

функционального назначения на базе большера^мерных и низкоразмерных кристаллов фторидов лигия и натрия (Патенты РФ 2248588, 2244320, 2243573, 2242025, 2248011, 2251124, в том числе по заявкам №2004102631, 2004108644; Заявки на изобретения №№2004102632, 2004108645, 2004123343, 2004133470, 2004133464, 2004138913,2004123332).

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 15 международных и 2 всероссийской конференциях: на XXXII международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, Россия, 2002); на Уральском международном семинаре по сцишилляционным материалам (8СШТМАТ-2002, Екатеринбург. Россия, 2002); на международной научно-практической конференции (Снежинск, Челябинской обл., Россия, 2003); на международной научной конференции по радиационной физике (8С(ЖРЬ-2003, Бишкек-Каракол, Кыргызстан, 2003); на седьмой международной конференции по неорганическим сцинтилляторам и их применению (8СЮТ-2003, Валенсия, Испания, 2003); на Пятой европейской конференции по люминесцентным детекторам и приемникам ионизирующих излучений (I иМБЕТЯ-2003, Прага, Чехия, 2003); на международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (11РС1М-2003, Томск, Россия, 2003); на национальном семинаре Индийского общества по неразрушающему контролю (Тируванантапурам, Индия,

2003); на международной школе-семинаре по сцинтилляционным кристаллам и их применениям в ядерной физике (КЕК-РСКР, Тсукуба, Япония, 2003); на 14-й международной конференции по рос1у кристаллов (1ССО-14, Гренобль, Франция, 2004); на 15-й международной конференции по дефектам в диэлектриках (1СП1М-2004, Рига, Латвия,

2004); на Всероссийской конференции «Химия твердого тела и функциональные материалы - 2004» и на IV семинаре СО РАН - УрО РАН «Термодинамика и материаловедение» (Екаю'ринбург, Россия, 2004); на XXXIV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, Россия, 2004); на международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности (производство, наука, образование)»: (1омск, Россия, 2004); на IV международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, Россия, 2004); на международной Лет-

ней школе по радиационной физике (8СОИРЬ-2004, Битпкек-Каракол, Кыргызстан, 2004); на XII Всероссийском Феофиловском симпозиуме по спектроскопии с международным участием (Екахеринбург, Россия, 2004).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 8 статьях в центральных российских и зарубежных журналах [9-16], в 8 патентах [1-8], в 7 сборниках трудов международных конференций [17-25], в одном препринте [26] и в сборнике трудов «Проблемы спектроскопии и спектрометрии» [27, 28].

Личный вклад автора. Автор принимал участие в выращивании кристалловолокон в Лионском университете, в подготовке гониометрических систем ориентации образцов в камерах рассеяния циклотрона УГТУ-УПИ (Екатеринбург) и электростатического генератора НИИЯФ МГУ (Москва), в работах по автоматизации установки для измерения спектров фотолюминесценции (УГТУ-УПИ, Екатеринбург). С непосредственным учасшем автора выполнены все измерения, кроме ВУФ-спектроскопических исследований на накопителе БЕ8У. Обработка и анализ всех экспериментальных данных (включая ВУФ-данные), их интерпретация в рамках новых моделей, разработка самих моделей, подготовка научных публикаций для печати, а также формулировка защищаемых положений и выводов по диссертации проведены автором.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 208 страницах машинописного тексга и содержит 6 таблиц, 142 рисунка и библиографический список из 236 наименований. Обзорная информация и информация по экспериментальным установкам приводится в соответствующих главах по мере упоминания. Все экспериментальные измерения были проведены с использованием метрологически аттестованного оборудования.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные защищаемые положения, определена новизна защищаемых результатов

Глава 1. Синтез кристаллов различной размерности

Глава посвящена вопросам выращивания кристаллов фюрида лития и фторида натрия различной размерности. В ней представлены известные сведения о росте кристаллов и методах их выращивания. Дана информация о синтезе модифицированным методом Киропулоса боль-шеразмерных кристаллов фторидов лития и натрия, кошрые являлись эталонными при сравнении свойств кристаллов различной размерности.

Предложены модели для определения оптимальных параметров выращивания кристалловолокон при микровытягивании (ц-РО метод, рис. 1) и лазерном разогреве (ХИРв-метод, рис. 2), основанные на рассмотрении процессов кристаллизации расплавов на выходе из капилляров и в системах заготовка-расплав-заготовка.

Рис 1 Схема метода микровытягивания 1 - ростовая камера, 2 - дополнительный нагреватель 3 - шихта, 4 - тигель, 5 - капилляр, 6 -волокно, 7 - специальная печь, 8 - затравка

Рис 2 Схема метода лазерного разогрева 1 - ростовая камера, 2 - выращиваемое волокно, 3 - зона локального разогрева 4 - система фокусировки лазерного луча, 5 - лазер 6 - заготовка

В рамках этих моделей были определены оптимальные режимы роста волокон, с использованием которых на экспериментальных установках Лионскою университета (Франция) были получены волоконные кристаллы (рис.3) Для экспериментального подтверждения предложенной модели и рассчитанных на ее основе режимов роста волокон дополнительно были синтезированы волокна при неоптимальных режимах выращивания. Анализ этих данных показал корректность предложенной модели.

Предложена модель для оценки размеров нанокристаллов синтезируемых методом лазерной абляции (рис. 4). Модель построена на рассмотрении процессов распределения поглощенной энергии лазерного луча в кристалле, с учетом фазовых переходов вещества кристалла.

: 0.01 Си

[ и Ъъ* X ? .

NaF : 0.01 Си

9 __ ю__

||| ] 1п|1ш|]1ш1илЕ

Рис 3 Фотография волокон МаР Си, полученных методами микровытягивания (а) и лазерного разогрева (б)

Рис 4 Схема синтеза нанокристаллов 1 - импульсный лазер, 2 - камера распыления, 3 - подложка, 4 - факел, 5 - мишень

Впервые проведен синтез нанокристаллов фторидов лития и натрия методом лазерной абляции с нашим участием в институте электрофизики УрО РАН.

Аттестация состава полученных образцов была проведена методом атомно-абсорбционной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой

Глава 2. Структура кристаллов различной размерности

В главе приводятся результаты исследования структуры больше-размерных, вотоконных и наноразмерпых кристаллов методами ядерной физики, оптической и электронной микроскопии.

Структура беспримесных болыперазмерных кристаллов фторида лития и натрия хорошо известна, но возможные ее нарушения вблизи примесных центров представляют интерес, связанный с тем, что большинство та ких центров участвуют в процессах люминесценции. Наиболее эффективная в этом плане примесь - это примесь урана, исследование которой во фторидах было начато еще П П. Феофилоеым и У А Рансименом. Уран было сновным актива юром и в наших исследованиях. Нами было проведено определение местоположения ионов урана внутри кристаллов КаБ методом резерфордовского обратного рассеяния, по результатам которых было доказано, что уран входит в регулярные позиции кристаллической ре-тетки фторида натрия

Кристаллическая структура волоконных образцов была исследо-ваиа методами рентгеноструктурного анализа, результаты которого показали, что для некоторых образцов наблюдается значительное увеличение периода решетки по сравнению с таковым для классических болыперазмерных монокристаллов. Так, если для эталона кристаллическая решетка имеет кубическую сингонию и период а = 4,63 А, то для выращенных волокон были зафиксированы участки с кубической, моноклинной, ромбической, тсфаюнальной сингонией и величиной а до 9,10 А в зависимости от режимов роста участка волокна. Для объяснения этою явления нами была предложена кластерная модель структуры волокон

Суть модели заключается в предположении, что в кристаллизующихся волокнах существуют отдельные кластеры, которые создаю I-ся еще в расплаве в приграничном слое за счет действия внешней тянущей силы, способной разорвать часть формирующихся кристаллических связей. Эти кластеры, находясь в застывающем расплаве и будучи несвязанными жестко друг с другом, для уменьшения свободной энергии Гиббса ориентируются так, что в целом волокно имеет кристаллическую С1рук1уру. Кластеры приводят к изменению параметров кристаллической решетки волокна в сравнении с параметрами эталона (рис 5). к увеличению постоянных решетки.

При исследовании структуры поверхности волокон методами оптической микроскопии был обнаружен характерный наклон плоскостей роста относительно оси волокон (рис. 6). Интерпретация наблюдаемого наклона была дана в рамках предложенной кластерной модели струк!у-ры волокон В связи с тем что кластеры существуют во всем объеме застывающего расплава будущих волокон, их ориентация слабо завис и 1 от

ориентации кристаллических плоскостей затравок. В основном ориентация кластеров, образующих в дальнейшем целые кристаллические плоскости, расположенные под углом к направлению роста волокна, определяется эффекюм осмоса вследствие более быстрого затвердевания боковых граничных слоев растущих волокон, через которые идет теплообмен с окружающей средой.

Рис 5 Потенциалы узлов решетки 1 - Рис 6 Фотография поверхности кри-эталона, 2 - волокна, 3 - суперрешетки сталловолокна Си

кластеров (дополнительный потенциал)

а б

Рис 7 Нанокристаллы 1лР (а) и ЫаЯ (б)

Исследование структуры наноразмерных образцов было проведено методами растровой электронной микроскопии, показавшей, что размер основной массы нанокристаллов (60-200 нм) совпадает с размером, предсказанным в рамках модели, описанной в главе 1 (рис. 7).

Глава 3. Радиационно-оптические свойства

В главе представлены результаты исследования радиационно-оптических свойств кристаллов фторидов лития и натрия различной

размерности: оптическое пропускание, люминесценция при возбуждении оптическим, ВУФ-, рентгеновским, импульсным электронным и ионным излучениями, термостимулированныс процессы Приведены дачные по резутьтатам направленной модификации свойств объекюв методами радиационно-лучевых технологий.

Исследования спектров оптического пропускания выявило ряд особенностей в спектрах низкоразмерных образцов: наличие дополнительных локальных максимумов коэффициента ослабления при - 350 нм и ~ 650 им и увеличение коэффициента ослабления в диапазонах 200-600 нм и 600-1000 нм. Особенности спектров оптического пропускания для низкоразмерных кристаллов (рис. В) были объяснены в рамках кластерной модели строения волокон. Проведенное моделирование спектров показало хорошее совпадение расчетных кривых с экспериментальными (рис 9).

400 600

Длина волны нм

Рис 8 Спектры оптического пропускания большеразмерного (1), ШРв (2) и М-РР (3) кристаллов Си

600 800 Длина волны нм

Рис 9 Спектры оптического пропускания волоконного р-РЭ кристалла Си. 1 - расчет, 2 - эксперимент

Исследования образцов методами ВУФ-спектроскопии показали значительную роль ионов меди в процессах люминесценции как боль-шеразмерных, так и низкоразмерных кристаллов. В волоконных кристаллах было обнаружено существенное падение эффективности примесного свечения при возбуждении в области создания связанных экси-тонов большого радиуса, что может быть связано с особенностями строения поверхности низкоразмерных кристаллов.

Исследования рентгенолюминесценции выявили ряд особенностей свечения урановых примесных центров и6+ в низкоразмерных кристаллах: в волокнах пониженной интенсивностью люминесценции об-

ладают полосы в коротковолновой обласш, а в нанокристаллах, напротив, пониженной интенсивностью люминесценции обладают полосы в длинноволновой области спектра.

500 520 540 560 580 600 620 640 Длина волны нм

Рис 8 Спектры рентгенолюминесцен-ции большеразмерного (1) и LHPG-(2) кристаллов NaF U,Cu

500 520 540 560 580 600 620 64С Длина волны нм

Рис 9 Спектры рентгенолюминесцен-ции большеразмерного (1) и нанораз-мерного (2) кристаллов NaF U,Cu

Для определения динамики накопления дефектов и возбуждений под действием потоков электронов предложена модель, учитывающая процессы создания, миграции, захвата и релаксации возбуждений. В качестве возбуждений предложено рассматривать не только высокопод-вижпые временные нарушения электронной структуры (электронные возбуждения), но и высокоподвижные обратимые нарушения кристаллической решетки (ион-ионные и ион-вакансионные пары, называемые далее ионными возбуждениями), также способные переносить энергию в пределах кристаллической решетки. С использованием идеи о существовании ионных возбуждений предложена модель релаксации ион-ионной пары с возможным формированием коллоидального лития в кристаллах 1лР (рис. 10). Экспериментальное исследование эволюции возбуждений при электронном облучение выполнено путем измерения и анализа спектров импульсной катодолюминесценции (ИКЛ) - рис. 11.

Для определения динамики накопления дефектов и возбуждений под действием потоков ионов предложена популяционная модель, учитывающая процессы конкуренции между дефектами и их взаимопревращения. В рамках популяционной модели был предсказан а затем обнаружен экспериментально (в спектрах ионолюминесценции - рис. 12) эффект памяти радиационного состояния кристалла и его частный случай - эффект памяти предыдущего радиационного воздействия.

Ион-ионная пара

550 600

Длина волны ни б

550

Длина волны нм

Рис 10 Релаксация ион-ионной пары с об- Рис 11 Спектры ИКЛ 1 - больше-

разованием коллоида а - движение «горя- размерного, 2 - волоконного (а) или

чего» возбуждения; 6 - термализация, в - наноразмерного (б) кристаллов размен энергии, г - формирование коллоида

200 300 400 500 600 700 800 900 Длина волны нм

200 300 400 500 600 7Х 800 9СЮ Длина волны нм

Рис 12 Спектры ионолюминесценции ЬР Эс Число ионов, х106 шт /ток, мкА 1 - 0 04/2,1 2 -0,2/2 1 3 - 0,4/2 5, 4 - 0,8/5 5 5- 1 2/6,0, 6 - 1,4/6,0

Суть эффектов заключается в том, что одинаковое внешнее воздействие на кристаллы приводит к формированию различных типов дефектов в зависимости от начальной дефектности в кристаллах. Так, в спектрах ионолюмипеспенции данный эффект проявляется в виде воз-

никновения «зеленого» либо «красного» свечения в зависимое ¡и от предыдущи о радиационного воздействия.

Исследования термостимулированных эффектов кристаллов фторида лития и натрия проводились путем измерения кривых термос шму-лированной люминесценции (ТСЛ) и термостимулированной экзоэлек-тронной эмиссии (ТСЭЭ) и выявили ряд особенностей в поведении кривых ТСЛ и ТСЭЭ для объемных, волоконных и наноразмерных образцов Общим для всех спектров является сдвиг положения пиков ТСЭЭ по сравнению с положениями пиков ТСЛ в сторону более высоких температур, а также некоторая зависимость вида термоэмиссионных кривых от дозы облучения (флюенса электронов) - рис. 13. Предложено объяснение этого эффекта. Сравнение кривых ТСЭЭ для большеразмерных и волоконных кристаллов показало, что в последних доминируют приповерхностные ловушки, требующие, как правило, меньшей энергии активации. В итоге в волоконных образцах доминирует низкотемпературный пик 460 К, а в большеразмерных - пики при 500 и 560 К, высоко гемпера-хурная облас!ь для них более активная в эмиссионном плане - рис. 14.

8000

= 6000

Рис 13 Кривые ТСЭЭ (1) и ТСЛ (2) большеразмерных кристаллов №Р Се, флюенс 5 10'3 см-2

40000 I 30000

I 20000

а

I

£ юооо

300 400 500 600 700

Температура К

Рис 14 Кривые ТСЭЭ (1) и ТСЛ (2) волоконных кристаллов №Р Си, флюенс

1012 см"2

Для ряда кристаллов (МаР:Еи, №Р:и,Сг и ЫаР:ЦуП) в кривых ТСЭЭ обнаружено термостимулированное лавинообразное возрастание эмиссии экзоэлектронов с признаками извесшого явления взрывной электронной эмиссии (Месяца-Фурсея и др.) и называемое нами далее 1ермо-ешмулированная «взрывная» эмиссия экзоэлеюропов (ТВЭЭ) - рис 15 Предлагаемая модель для объяснения этого процесса сфоится на предположении о существовании в пределах кристалла электронных и ионных возбуждений, представляющих собой соответственно электрон-дырочные

и ион-ионные или ион-вакансионные пары, отличающиеся высокой подвижностью, и способные переносить энергию, запасенную в кристалле во время предварительного облучения, к его поверхности и распадаться на ней. В рамках предложенной нами модели ТВЭЭ с учетом моделей Месяца- Фурсея -Вайсбурда можно выделить несколько этапов:

1. Появление при термоактивации в приповерхностном слое образца, находящегося под напряжением в 400 В, первичного пакета фо-нонов (колебания) за счет энергии, выделяющейся при случайном распаде ионного возбуждения и передача этой энергии по каскадному механизму через примесные центры на поверхность.

2. Сверхсильпый локальный разогрев вещества в местах выхода фононного пакета на поверхность и формирование локальных сгустков высокоподвижной ионной плазмы в приповерхностном слое, ее движение вокруг микроострий поверхности, образование острий

3 Взрывная электронная эмиссия с микроострий поверхности в окружении остатков ионной плазмы, взрывное вскипание вещества, выброс атомов и образование кратеров на поверхности, образование искр. Образование кратеров па поверхности было подтверждено нами экспериментально (рис. 16).

4. Создание электронных возбуждений с их последующей релаксацией (люминесценция, оже-электроны).

а б

Рис 15 Кривые ТСЭЭ (1) и TCJ1 (2) Рис 16 Фотографии кратеров

большеразмерных кристаллов NaF U,Cr

Глава 4. Применение

На базе активированных и неактивированных кристаллов фторидов лития и натрия предложен ряд технических решений па уровне изобретений в области создания радиационных детекторов.

В частности, предложены и получены среды и рабочие вещества для создания датчиков люминесцентных и запоминающих дебетирующих устройств. С использованием радиационной модификации люми-несцентно-оптических свойств кристаллов получены пленарные и волоконные гетероструктуры (рис. 17) На базе таких планарных гетерост-руктур предложен детектор ионизирующего излучения со сместителем спектра (рис. 18), преобразующим «зеленое» или «синее» свечение неорганического сцинтиллятора в «красное», что позволяет использовать фотодиодные регистраторы вместо ФЭУ. Также на базе планарных гете-роструктур разработан и изготовлен «красный» сцинтилляционный экран сверхвысокою пространственного разрешения (пространственное разрешение - от нескольких микрон) - рис. 19 и ИК-светофильтр.

Рис 17 Волоконная гетероструктура

Рис 18 Детектор со сместителем спектра. 1 - сцинтилляционный кристалл, 2 - сместитель спектра, 3 - светособи-рающий световод, 4 - PIN фотодиод, 5 - корпус-коллиматор, 6 - крышка

Пучок ионов

35 мкм I

тяятт■

наш* я

(1

итш&в!

ПИИ Г««1

з%м ъ.

, ГЛ ЯЙ i

Кристалл

тлшштщм > г.^*

-и —-------'

Рис 19 Сцинтилляционный экран, а - схема получения, б- фотография, сделанная с помощью оптического микроскопа

На базе волоконных 1етероструктур предложен термолюминес-цешный дозиметрический комплекс (рис. 20). В предложенном комплексе принципиально новым техническим решением является использование

гермолюминесцентных детекторов не в виде дисков (таблеток), как у всех известных ТЛ-детекторов, а в виде кристаллических волокон из радиаци-онно-чувствительных светозапасающих термолюминофорных материалов, хранящих информацию о дозе облучения. Использование волокна в качестве ТЛД-детекторов повышает удельную (на единицу массы или объема) чувствительность детектора, поскольку обеспечивает светосбор в полном телесном угле, близком к 4л, и создает условия для удаленного расположения фотоприемника, при котором защитные светофильтры и микрохолодильники не требуются. Повышение удельной чувствительности ТЛД создает условия для микроминиатюризации датчиков. На базе волокон предложен также сцинтилляционный экран (рис. 21).

Рис 20 Термолюминесцентный дозиметрический комплекс 1 - волокно, 2 - светоотражающее покрытие, 3 - зеркало, 4 - нагреватель, 5 - стыковочный узел; 6 - волоконно-оптический кабель, 7 - фотоприемник, 8 - блок управления и обработки сигналов, 9 - кабель 10 - термолюминесцентный датчик

Рис 21 Волоконный сцинтилляционный экран 1 -сборка из кристаллических волокон, 2 - фоторегист-рирующее устройство

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В рамках подхода «синтез -структура-свойства-применение» проведен законченный цикл исследований процессов роста, радиацион-но- и термостимулированных процессов в кристаллах фторидов лития и натрия различной размерности.

В результат выполнения работы впервые были получены кристаллы фторида лития и натрия различной размерности (большеразмер-ные кристаллы, пленарные гетероструктуры, кристлловолокна, волоконные гетероструктуры и нанокристаллы) и проведены сравнительные фундаментально-прикладные исследования их радиационно-оптических свойс1в. В частности, были оптимизированы процессы выращивания

кристаллов фторидов лития и натрия пониженной размерности; проведено изучение внутренней структуры и структуры поверхности полученных образцов, разработаны модели для описания процессов их формирования: изучены радиационно-оптические свойства образцов фторидов лития и натрия различной размерности, проведено исследование процессов дефектообразования и эволюции возбуждений в них при различных радиационных воздействиях (фото, ВУФ-синхротронное, рентгеновское, электронное, ионное облучения), определено влияния температуры на процессы трансформации дефектов и возбуждений в кристаллах, а также разработаны основы направленной радиационной модификации люминесцентно-оптических свойств кристаллов фюридов лития и натрия; разработаны новые сцинтилляционные и запоминающие детекторные устройства ионизирующих излучений на базе кри-сталловолокон, планарных и волоконных гетероструктур.

Полученные результаты представляют интерес для дальнейшего развития следующих научных направлений:

1. Спектроскопия ионных кристаллов различной размерности для создания высокоэффективных оптических люминесцентных сред (включая активные лазерные среды), сцинтилляцион-ных и запоминающих сред многоцелевого назначения. 2 Радиационно-лучевые технологии с использованием эффектов памяти дефектного сосюяния для направленной модификации свойств материалов. 3. Терморадиационно-сгимулированные критические и взрывные процессы в диэлектриках В заключение автор выражает благодарность научному руководи-1слю работ профессору Б В Шульгину и научному консультанту ТС Королевой за помощь в рабо1 с и полезные дискуссии, а также заведующему кафедрой экспериментальной физики А В. Кружалову, заместителю заведующего кафедрой В Ю Иванову, заведующему проблемной лабораюрией Ф Г Нешову и всем сотрудникам кафедры, оказавшим поддержку работе. Выражаю также благодарность директору лаборатории Лионского университета профессору К Педрини (СИ Рес1пт), организовавшему совместно с научным руководителем работы мою стажировку в Лионском университете, за поддержку работы и полезные дискуссии.

Работа выполнена в рамках гранта «Университеты России» (УР.02.01.433) и совместной российско-американской программы

«Фундаментальные исследования и высшее образование» (фонд СКТ)Ь

ЯЕС-005: грант ЕК-005-Х1 Уральского научно-образовательною центра «Перспективные материалы»), а также при поддержке Центра детекторных технологий (Екатеринбург, Россия).

Основные результаты

1. Сцинтилляционный детектор / Б.В. Шульгин, Д.В. Райков, В Ю Иванов, А.Н. Черепанов, А.И Косее, В.И Соломонов, Т.С Королева, ММ. Кидибаев / Патент РФ №2248588. Б.и., 20.03.2005, №8.

2 Сцинтиллятор для регистрации нейтронов / Б В Шульгин, В Л Петров, Д. В Райков, ВЮ Иванов, АН Черепанов, ТС Королева II Патент РФ №2244320. Б.и., 10.01.2005, №1.

3. Способ изготовления сцинтилляционных экранов для визуализации рентгеновского излучения / Б.В. Шульгин, А Н Черепанов, В.Ю Иванов, Ф.Г. Нешов, Ю.А Ушаков, ТС Королева, ММ Кидибаев // Патент РФ №2243573. Б.и., 27.12.2004, №36

4. Сцинтиллятор для визуализации рентгеновского излучения / Б.В Шульгин, А.Н. Черепанов, В.Ю. Иванов, В II Петров, Т.С. Королёва, М.М. Кидибаев И Патент РФ №2242025. Б.и., 10.12.2004, №34.

5. Световолоконный сцинтилляционный детектор рентгеновского излучения / Б В. Шульгин, Л.В Жукова, В.Л.Петров, ДВ Райков, А II. Черепанов И Патент РФ .>2248011 Б.и., 10.03.2005, №7

6 Спектрометрический датчик электронного и (3-излучения / А Н Черепанов, Б В Шульгин, В Л Петров, ТС Королева II Патент РФ №2251124. Б.и., 27.03.2005, №12.

7. Сцинтиллятор для визуализации рентгеновского излучения / АН Черепанов, Б В Шульгин, Т.С Королева, СИ Ре&Ш, Ск ОщагсИп II Признанная изобретением (Извещение Роспатента о выдаче патента РФ от 21.03.2005) заявка №2004102632 от 29.01.2004.

8. Шихта для получения термолюминофора / Б В. Шульгин, ТС Королёва, А Н Черепанов, ММ. Кидибаев И Признанная изобретением (Извещение Роспатента о выдаче патента РФ от 14.04.2005) заявка .№2004108644 о] 23.03.2004.

9 Определение содержания и месюположения примесей урана и церия в кристаллах Кар / В Н Багаев, В. С Куликаускас,

АН Черепанов, Б.В Шульгин, М М Кидибаев // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2003 №8. С. 49-51.

10. Модифицирующее влияние ионных пучков на монокрисгаллы фторида натрия и лития / ТС Королева, Ch. Pedrini, P. Moretti, Б В Шульгин, А Н Черепанов, В Ю Иванов // Поверхность. Рентгеновские, сипхро-тронные и нейтронные исследования. 2005. №4. С. 3-8.

11. Модификация приповерхностных слоев монокристаллов фторидов натрия и лития пучками ионов / А.Н. Черепанов, Б В. Шульгин, ВЮ Иванов, ТС Королева, Ch Dujardin II Поверхность. Рентгеновские, синхротронныс и нейтронные исследования. 2005. №6. С. 47-52.

12 The particularity of radiation modification of surface of (Li,Na)F single crystals for thin scintillation layers preparation / TS Koroleva, В V Shulgin, A.N Tcherepanov, V.Yu Ivanov, FG Neshov, VS Kulikauskas, Ch Pedrini, MM Kidibaev II Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 2005. Vol. A537. P. 286-290.

13. New scintillation materials and scintiblocs for neutron and y-rays registration / T.S. Koroleva, B.V Shulgin, Ch. Pedrini, VYu Ivanov, D V Raikov, A N Tcherepanov // Nucl. Instr. and Meth. in Phys Res. 2005. Vol. A537. P. 415-423.

14. Ионолюминесценция кластеров Eu -Eu в монокристаллах NaF:Eu / Б К Джолдошов, ММ Кидибаев, ТС Корочева, А Н. Черепанов, Д.В. Райков, В.Ю Иванов, О.В Рябухин Н ФТТ. 2005. Т. 47, вып. 8. С. 1415-1416.

15. Радиолюминссцентные свойс1ва крупноразмерных, волоконных и наноразмерных кристаллов NaF-U / ГС Королева, ММ Кидибаев, Б К Джолдошов, Ch Pedrini, В. Hautefeuille, К. Lebbou, О Tillement, J-М. Fourmigue, Б В. Шульгин, АН Черепанов, В И Соломонов, MF Иванов П ФТТ. 2005. Т. 47, вып. 8. С. 1417-1419.

гу -У-Г

16. Локальная кристаллическая структура примесных ионов Zn

в кристалле LiF-U,Zn / В.А. Чернышев, А.В. Абросимов, Т.С. Королева, А.Н. Черепанов // ФТТ. 2005. Т. 47, вып. 8. С. 1420-1422.

17. Материалы для однокристальных и комбинированных сцинтилля-ционных детекторов на центрах окраски / Б В Шупьгин, ВЮ Иванов, ДВ Райков, АН. Черепанов, В Л Петров,

ММ Кидибаев, АЛ Жамангулов, ТС Королева, В И Соломонов // Сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. Снежинск Челябинской обл.: СГТФТЛ, 2003. С. 92-94.

18 Эффекты модификации приповерхностных слоёв монокрис1аллов (Li,Na)F и (Li,Na)F-Me пучками ионизирующих излучений / АН Черепанов, Б В Шульгин, В10 Иванов, Д.В Райков, В.С Куликаускас, Ch Pedrini, ТС. Королёва, М.М. Кидибаев // Тр. междунар. науч. конф. SCORPh 2003 (20-27 июля 2003 г.). Биш-кек-Каракол, 2003. С. 61-62.

19. Поведение агрегатных центров окраски в кристаллах фторидов лития и нагрия под действием радиации ! АН Черепанов, Б.В. Шульгин, В.Ю. Иванов, Д.В. Райков, Ф.Г Нешов, Ch Pedrini, ТС Королева, М.М. Кидибаев // Proc. 12-th International conference on radiation physics and chemistry of inorganic materials. Tomsk, 2003. P. 555-559.

20. New optical properties of sodium fluoride-based materials and their potentialities for non-destructive control application / TS Koroleva, С Dujardin, С Pedrini, В V. Shulgin, A.N. Tcherepanov, V.Yu. Ivanov // Proceedings of NDE 2003, National Seminar on Non-destructive Lvalu-tion, Thiruvananthpuram, India, 11-13 December, 2003. P.353-357.

21. The new scintillation systems for registration of neutrons, gamma-rays and X-rays / В V. Shulgin, VL Petrov, VYu Ivanov, A N Tcherepanov, A V Anipko, TS Koroleva, Ch Pedrini, Ch Dujardin, К Lebbou О Tillement, B. Hautefeuille // Scintillating crystals. Proceedings of the KEK-PCNP International School and Mini-workshop for Scintillating Crystals and their Applications in Particle and Nuclear Physics November 17-18, 2003. High Energy Accelerator Research Organization. KEK Proceedings, 2004. P 71-86.

22. Термостимулированная экзоэлектронная эмиссия крупноразмерных. волоконных и наноразмерных кристаллов фторида натрия / ТС Королева, А И Слесарев, АН Черепанов, Б В Шульгин. M M Кидибаев, Б. К. Джолдошов, В И Соломонов, M Г. Иванов, Ch. Pedrini, J -M Fourmigue H Труды IV Междунар. науч конф «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах». Томск: ТПУ, 2004. С. 48-51.

23. The new scintillators and scintillation systems for registration of gamma-rays and neutrons / В V. Shulgin, VL Petrov; A V Kruzhalov. VYu Ivanov,

D V Raikov, A N. Tcherepanov, SI Gorcunova, TS Koroleva // Радиационная физика: труды междунар. Летней школы (Бишкек-Каракол, 27 июля - 1 августа 2004 г.) / Отв. ред. докт. физ.-мат. наук, проф. ММ Кидибаев Бишкек-Каракол, 2004. С.20-21.

24. Черепанов А Н Особенности термостимулированных процессов в монокристаллах фторида натрия и лития / А Н Черепанов // Радиационная физика: труды междунар. Летней школы (Бишкек-Каракол, 27 июля - 1 августа 2004 г.) / Отв. ред. докт. физ.-Mai наук, проф. ММ Кидибаев Бишкек-Каракол, 2004. С.37-38.

25. Образование агрегатных центров окраски в кристаллах NaF-U:Sc при различных радиационных воздействиях / ТС Королева, ММ Кидибаев, Б В Шульгин, А Н- Черепанов // Радиационная физика- труды междунар. Летней школы (Бишкек-Каракол, 27 июля -

I августа 2004 г.) / Отв. ред. докт. физ.-мат. наук, проф. ММ Кидибаев. Бишкек-Каракол, 2004. С. 46-47.

26. Planar, fiber and nanocrystal optical media on the base of NaF-((J,Me) compounds / Ch Pedrini, TS Koroleva, A N Tcherepanov, Ch Dujardin, VYu Ivanov, MM Kidihaev, В К Dzholdoshov, B.V Shul'gin Preprint. Lyon-Ekaterinburg: USTU-UPI, 2004. 52 p.

27. Черепанов A H. Влияние пучков тяжёлых ионов на состояние де-фекшости поверхностных слоёв кристаллов NaF / А.Н. Черепанов

II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. пауч тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2003. Вып 12. С 39-40

28. Черепанов А Н Теоретические основы выращивания волоконных монокристаллов: метод лазерного разогрева /АН Черепанов П Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр Екатеринбург- ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. Вып. 18. С. 33-40.

Подписано в печать 12.05.2004 Формат 60x84 1/16 Бумата типографская Плоская печать Усл. печ.л. 1,0 Уч -изд. л. 1,06_Тираж 100 Заказ Бесплатно__

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, Мира, 19

ООО «Издательство УМЦ У ПИ» 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 17

»10181

РНБ Русский фонд

2006-4 6129

ВВЕДЕНИЕ.

1. СИНТЕЗ КРИСТАЛЛОВ РАЗЛИЧНОЙ РАЗМЕРНОСТИ.

1.1. Методы синтеза.

1.1.1. Теоретические основы кристаллизации.

1.1.2. Экспериментальные методы выращивания.

1.2. Синтез кристалловолокон ц-PD методом.

1.2.1. Теоретическая модель метода.

1.2.2. Экспериментальное получение образцов.

1.3. Синтез кристалловолокон LHPG-методом.

1.3.1. Теоретическая модель метода.

1.3.2. Экспериментальное получение образцов.

1.4. Синтез наноразмерных образцов.

1.4.1. Теоретическая модель метода.

1.4.2. Экспериментальное получение образцов.

Выводы по главе 1.

2. СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ РАЗЛИЧНОЙ РАЗМЕРНОСТИ.

2.1. Структура большеразмерных образцов.

2.2. Структура волоконных образцов.

2.2.1. Кристаллическая структура волокон.

2.2.2 Структура поверхности волокон.

2.3. Структура наноразмерных образцов.

Выводы по главе 2.

3. РАДИАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

3.1. Некорпускулярное воздействие.

3.1.1. Оптическое пропускание.

3.1.2. Люминесценция.

3.2. Катодостимулированные процессы.

3.2.1. Формирование дефектов.

3.2.2. Эволюция возбуждений.

3.3. Ионостимулированные процессы.

3.3.1. Формирование дефектов.

3.3.2. Эволюция возбуждений.

3.4. Термостимулированные процессы.

Выводы по главе 3.

4. ПРИМЕНЕНИЕ.

4.1. Рабочие вещества и рабочие среды.

4.1.1. Однородные структуры.

4.1.2. Гетероструктуры.

4.2. Устройства.

4.2.1. Детектор со сместителем спектра.

4.2.2. Пленарные сцинтилляционные экраны.

4.2.3. Волоконные сцинтилляционные экраны.

4.2.4. Светофильтры.

4.2.5. Термолюминесцентный комплекс.

Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Кристаллы фторидов лития и натрия известны своей достаточно высокой термической и химической стойкостью и высокой прозрачностью в широкой спектральной области: от вакуумного ультрафиолета (ВУФ) до ближнего инфракрасного диапазона (до 10-12 мкм) [1-27]. Они находят широкое применение как оптические материалы многофункционального назначения. Материалы на основе активированных кристаллов LiF и NaF применяются в дозиметрической технике в качестве рабочих веществ для термолюминесцентных и термоэкзоэмиссионных дозиметров (ТЛД- и ТЭЭ-детекторов) рентгеновского, гамма-, нейтронного и бета-излучения. Известны эти соединения и как люминесцентные индикаторы излучения, как среды для записи и хранения информации, и как активированные среды для лазеров на центрах окраски. Благодаря простоте кристаллического строения, кристаллы LiF и NaF давно используются в качестве модельных объектов физики твердого тела для расчета электронной структуры собственных и примесных дефектов и идеальных кристаллических решеток. Несмотря на то, что кристаллы LiF и NaF обладают ограниченной изоморфной емкостью по отношению к примесным элементам, они достаточно эффективно активируются различными ионами. Исследованию их люминесцентно-оптических свойств посвящены многие публикации ведущих российских и зарубежных научных школ (П. Феофилов, А. Воробьев, А. Каплянский, Н. Москвин, У. Рансимен, В. Осико, Т. Басиев, Ч. Лущик, А. Лущик, К. Шварц, А. Алыбаков, М, Кидибаев, Е. Мартынович, А. Непомнящих, Е. Радэ/сабов, А. Егранов, Л. Беляев, Е. Васильченко, В. Лисицин, Л. Лисицина, К. Педрини, А. Алешкевич, А. Лупей и др.). Однако к моменту начала наших исследований в известных работах были представлены результаты исследований только для объемных (большеразмерных) образцов LiF и NaF. В виде кристал-ловолокон и нанокристаллов эти соединения ранее синтезированы не были. Интерес к низкоразмерным образцам объясняется тем, что их линейные размеры становятся сопоставимыми с толщиной их приповерхностного слоя, а последний может играть значительную роль в формировании новых свойств объектов. Оптические неорганические материалы пониженной размерности на основе оксидов и частично фторидов (BaF2), включая кристалловолокна и нанокристаллы, уже несколько десятилетий являются предметом интенсивных исследований [28-36]. Однако низкоразмерные материалы на основе фторидов LiF и NaF ранее не были известны. Процессы генерации электронных возбуждений, диссипации энергии, светозапасания, время-разрешенные ВУФ-спектроскопические характеристики кристалловолокон на основе (Li,Na)F:Me не были исследованы. Такая же ситуация была с нанокристаллами на основе этих соединений. В связи с этим актуальной задачей представлялось получение и исследование спектроскопических свойств низкоразмерных кристаллов на основе активированных составов LiF и NaF.

Цель работы. Получение и сравнительные фундаментально-прикладные исследования радиационно-оптических свойств кристаллических структур фторидов лития и натрия различной размерности (болыиеразмерные кристаллы, планарные гетероструктуры, кристалловолокна, волоконные гетероструктуры и нанокристаллы).

В ходе выполнения работы решались следующие основные задачи: 1. Разработка моделей для определения оптимальных режимов выращивания и собственно выращивание кристаллов фторидов лития и натрия пониженной размерности.

2. Изучение внутренней структуры и структуры поверхности полученных образцов, включая разработку моделей для описания процессов их формирования.

3. Изучение радиационно-оптических свойств образцов фторидов лития и натрия различной размерности, исследование процессов дефектообразования и эволюции возбуждений в них при различных радиационных воздействиях (фото, ВУФ-синхротронное, рентгеновское, электронное, ионное облучения), определение влияния температуры на процессы трансформации дефектов и возбуждений в кристаллах, а также разработка основ направленной радиационной модификации лю-минесцентно-оптических свойств кристаллов фторидов лития и натрия.

4. Разработка на базе кристалловолокон, а также планарных и волоконных гетероструктур новых сцинтилляционных и запоминающих детекторных устройств для регистрации ионизирующих излучений.

Научная новизна

1. Впервые получены неактивированные и активированные волоконные кристаллы фторидов лития и натрия методами микровытягивания и лазерного разогрева; определены оптимальные режимы их выращивания, исследована их внутренняя структура и структура их поверхности; зафиксирован характерный наклон ростовых плоскостей к оси роста волоконного кристалла, дана его интерпретация в рамках предложенной кластерной модели строения волокон.

2. Впервые проведен анализ размерно-структурных параметров нанокристаллов фторида лития и натрия, полученных методом лазерной абляции; предложена модель их формирования; теоретически определен и подтвержден методами оптической и электронной микроскопии размер синтезированных нанокристаллов. Впервые методом резерфордовского обратного рассеяния показано вхождение примесей урана в регулярную структуру кристаллов фторида лития и натрия; оценена изоморфная емкость кристаллов фторида натрия к примеси урана. Методами оптической спектроскопии впервые показано вхождение примесей на примере урана и меди из материнских объемных кристаллов в низкоразмерные кристаллы при их синтезе. Впервые проведено сравнение спектров оптического пропускания кристаллов фторидов лития и натрия различной размерности; установлено влияние размерности образцов на коэффициент ослабления, дана интерпретация спектров пропускания в рамках модели, учитывающей особенности строения низкоразмерных образцов;

Впервые проведено исследование спектров и кинетики электронных возбуждений в активированных кристаллах фторида лития и натрия различной размерности с использованием син-хротронного излучения.

Впервые исследованы эффекты радиационной модификации кристаллов фторида лития и натрия различной размерности при облучении электронными пучками, предложена модель дефектообразования и эволюции возбуждений, учитывающая существование ионных возбуждений;

Впервые исследованы эффекты радиационной модификации кристаллов фторида лития и натрия различной размерности при облучении ионными пучками, предложена популяционная модель эволюции дефектов, в которой предсказан, а затем впервые обнаружен экспериментально эффект памяти дефектного состояния кристалла и его частный случай - эффект памяти предыдущего радиационного воздействия. 9. Впервые исследованы термостимулированные эффекты в кристаллах фторида лития и натрия различной размерности, обнаружено терморадиационно-стимулированное явление лавинообразного нарастания экзоэлектронной эмиссии с признаками известного явления взрывной электронной эмиссии, предложена возможная интерпретация этого эффекта с учетом возможного распада ионных возбуждений.

Практическая ценность. Полученные результаты представляют интерес как в плане разработки новых методов направленной модификации люминесцентно-оптический свойств, так и в плане создания новых детектирующих материалов и устройств многоцелевого назначения. На уровне изобретений были предложены новые оптоэлектронные и сцинтилляционные устройства - детекторы ионизирующих излучений, включая волоконно-оптические и планарные детекторы нового поколения, а также планарные и волоконные гетероструктуры многоцелевого назначения (8 признанных Роспатентом изобретений [37-44] и 7 заявок на изобретения [45-51], патентообладатель - УГТУ-УПИ).

Автор защищает 1. Модели для определения оптимальных режимов выращивания кристалловолокон фторидов лития и натрия; модель для оценки размеров нанокристаллов фторидов лития и натрия; модель кластерной структуры волоконных кристаллов; результаты по исследованию позиций вхождения примеси урана в кристаллическую решетку образцов фторида натрия.

2. Результаты сравнительного исследования радиационно-оптических свойств кристаллов фторидов лития и натрия различной размерности, включая свойства, связанные с термоак-тивационными процессами.

3. Модели динамики накопления дефектов и возбуждений в кристаллах фторидов лития и натрия под действием потоков корпускулярного излучения (электронов и ионов); обнаруженные эффект памяти дефектного состояния кристалла и эффект тер-морадиационно-стимулированной лавинообразной экзоэлек-тронной эмиссии с признаками взрывной электронной эмиссии.

4. Перспективные люминесцентные, сцинтилляционные и запоминающие оптические среды и детекторные устройства многофункционального назначения на базе большеразмерных и низкоразмерных кристаллов фторидов лития и натрия (Патенты РФ 2248588, 2244320, 2243573, 2242025, 2248011, 2251124, в том числе по заявкам №2004102631, 2004108644; Заявки на изобретения №№2004102632, 2004108645, 2004123343, 2004133470, 2004133464, 2004138913, 2004123332).

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 15 международных и 2 всероссийской конференциях: на XXXII международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, Россия, 2002); на Уральском международном семинаре по сцинтилляционным материалам (SCINTMAT-2002, Екатеринбург, Россия, 2002); на международной научно-практической конференции (Снежинск, Челябинской обл., Россия, 2003); на международной научной конференции по радиационной физике (SCORPh-2003, Бишкек-Каракол, Кыргызстан, 2003); на седьмой международной конференции по неорганическим сцинтилляторам и их применению (SCINT-2003,

Валенсия, Испания, 2003); на Пятой европейской конференции по люминесцентным детекторам и приемникам ионизирующих излучений (LUMDETR-2003, Прага, Чехия, 2003); на международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (RPCIM-2003, Томск, Россия, 2003); на национальном семинаре Индийского общества по неразрушающему контролю (Тируванантапурам, Индия,

2003); на международной школе-семинаре по сцинтилляционным кристаллам и их применениям в ядерной физике (KEK-PCNP, Тсукуба, Япония, 2003); на 14-й международной конференции по росту кристаллов (ICCG-14, Гренобль, Франция, 2004); на 15-й международной конференции по дефектам в диэлектриках (ICDIM-2004, Рига, Латвия,

2004); на Всероссийской конференции «Химия твердого тела и функциональные материалы - 2004» и на IV семинаре СО РАН - УрО РАН «Термодинамика и материаловедение» (Екатеринбург, Россия, 2004); на XXXIV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, Россия, 2004); на международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности (производство, наука, образование)»: (Томск, Россия, 2004); на IV международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, Россия, 2004); на международной Летней школе по радиационной физике (SCORPh-2004, Бишкек-Каракол, Кыргызстан, 2004); на XII Всероссийском Феофиловском симпозиуме по спектроскопии с международным участием (Екатеринбург, Россия, 2004).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 8 статьях в центральных российских и зарубежных журналах [52-59], в 8 патентах [37-44], в 7 сборниках трудов международных конференций [60-69], в одном препринте [70], в межвузовских сборниках научных трудов «Проблемы спектроскопии и спектрометрии» [71-109] и в тезисах докладов международных и Всероссийских конференций [110-122]. Материалы работы были использованы также при создании учебно-методического пособия для студентов [123].

Личный вклад автора. Автор принимал участие в выращивании кристалловолокон в Лионском университете (часть кристалловолокон была выращена там же Т.С. Королевой), в подготовке гониометрических систем ориентации образцов в камерах рассеяния циклотрона УГТУ—УПИ (Екатеринбург) и электростатического генератора НИИЯФ МГУ (Москва), в работах по автоматизации установки для измерения спектров фотолюминесценции (УГТУ-УПИ, Екатеринбург). С непосредственным участием автора выполнены все измерения, кроме ВУФ-спектроскопических исследований на накопителе DESY. Обработка и анализ всех экспериментальных данных (включая ВУФ-данные), их интерпретация в рамках новых моделей, разработка самих моделей, подготовка научных публикаций для печати, а также формулировка защищаемых положений и выводов по диссертации проведены автором.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 208 страницах машинописного текста и содержит 6 таблиц, 142 рисунка и библиографический список из 236 наименований. Обзорная информация и информация по экспериментальным установкам приводится в соответствующих главах по мере упоминания. Все экспериментальные измерения были проведены с использованием метрологически аттестованного оборудования.

Выводы по главе 4

Предложены на уровне изобретений новые оптоэлектронные и сцинтилляционные устройства — детекторы ионизирующих излучений, включая волоконно-оптические и планарные детекторы нового поколения, а также планарные и волоконные гетероструктуры многоцелевого назначения (Патенты РФ 2248588, 2244320, 2243573, 2242025, 2248011, 2251124, в том числе по заявкам №2004102631, 2004108644; Заявки на изобретения №№2004102632, 2004108645, 2004123343, 2004133470, 2004133464, 2004138913, 2004123332).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках подхода «синтез-структура—свойства-применение» проведен законченный цикл исследований процессов роста, радиацион-но- и термостимулированных процессов в кристаллах фторидов лития и натрия различной размерности.

В результате выполнения работы впервые были получены кристаллы фторидов лития и натрия различной размерности (большераз-мерные кристаллы, планарные гетероструктуры, кристалловолокна, волоконные гетер о структуры и нанокристаллы) и проведены сравнительные фундаментально-прикладные исследования их радиационно-оптических свойств. В частности, были оптимизированы процессы выращивания кристаллов фторидов лития и натрия пониженной размерности; проведено изучение внутренней структуры и структуры поверхности полученных образцов, разработаны модели для описания процессов их формирования; изучены радиационно-оптические свойства образцов фторидов лития и натрия различной размерности, проведено исследование процессов дефектообразования и эволюции возбуждений в них при различных радиационных воздействиях (фото, ВУФ-синхротронное, рентгеновское, электронное, ионное облучения), определено влияния температуры на процессы трансформации дефектов и возбуждений в кристаллах, а также разработаны основы направленной радиационной модификации люминесцентно-оптических свойств кристаллов фторидов лития и натрия; разработаны новые сцинтилляционные и запоминающие детекторные устройства ионизирующих излучений на базе кри-сталловолокон, планарных и волоконных гетер о структур.

Полученные результаты представляют интерес для дальнейшего развития следующих научных направлений:

1. Спектроскопия ионных кристаллов различной размерности для создания высокоэффективных оптических люминесцентных сред (включая активные лазерные среды), сцинтилляцион-ных и запоминающих сред многоцелевого назначения.

2. Радиационно-лучевые технологии с использованием эффектов памяти дефектного состояния для направленной модификации свойств материалов.

3. Терморадиационно-стимулированные критические и взрывные процессы в диэлектриках.

В заключение автор выражает благодарность научному руководителю работ профессору Б.В. Шульгину и научному консультанту Т.С. Королевой за помощь в работе и полезные дискуссии, а также заведующему кафедрой экспериментальной физики А.В. Кружалову, заместителю заведующего кафедрой В.Ю. Иванову, заведующему проблемной лабораторией Ф.Г. Нешову и всем сотрудникам кафедры, оказавшим поддержку работе. Выражаю также благодарность директору лаборатории Лионского университета профессору К. Педрини (СИ. Pedrini), организовавшему совместно с научным руководителем работы мою стажировку в Лионском университете, за поддержку работы и полезные дискуссии.

Работа выполнена в рамках гранта «Университеты России» (УР.02.01.433) и совместной российско-американской программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (фонд CRDF REC-005: грант ЕК-005-Х1 Уральского научно-образовательного центра «Перспективные материалы»), а также при поддержке Центра детекторных технологий (Екатеринбург, Россия).

1. Ehrenberg W. The penetration of electrons into luminescent material / W. Ehrenberg, J. Franks II The proceedings of the physical society. Section B. 1953. Vol. 66, Pt. 12, №408B. P. 1057-1066.

2. Басиев T.T, Вахидов Ф.А., Зверев П.Г. и др. Перестраиваемая в диапазоне 1,1—1,34 мкм генерация на кристаллах NaF с центрами окраски в схеме лазера MAJIKAH-2001 // Краткие сообщения по физике. 1988. №1. С. 18-20.

3. Mesyats G.A., ShpakV.G., Yaladin M.I., Shunailov S.A. И Proc. 10th IEEE Inter. Pulsed Power Conf. Albuquerque, New Mexico, USA, 1995. P. 539-543.

4. Catlow C.R.A. and Norgett M.J. U J. Phys. C: Solid State Phys. 1973. №6. P. 1325.

5. Gale J.D. U J.Chem. Soc., Faraday Trans. 1997. Vol. 93. P. 629.

6. TosiM.P. U Solid State physics. 1964. Vol. 16. P. 1.

7. Акустические кристаллы: Справочник / Под ред. М.П. Шасколь-ской. М.: Наука, 1982. 632 с.

8. Catlow С.R.A., ChadwickA.V. and Corish. J. U J. Solid State Chem. 1983. Vol. 48. P. 65.

9. Алыбаков A.A. / Выращивание ионных кристаллов с малой плотностью дислокаций / А.А. Алыбаков, Г.Ф. Добржанский, В.А. Губанова II Кристаллография. 1964. Т. 9, вып. 6. С. 940-942.

10. Алыбаков А.А. Образование, строение и свойства сложных примесных и радиационных центров в ионных кристаллах / А.А. Алыбаков. Бишкек: Илим, 2003. 352 с.

11. Кидибаев М.М. Радиационно-стимулированные процессы в кристаллах (Li,Na)F-U,Me / М.М. Кидибаев. Каракол; Екатеринбург: ИГУ, УГТУ, 1999. 220 с.

12. Каминский А.А. Лазерные кристаллы / А.А. Каминский. М.: Наука, 1975. 256 с.

13. Феофилов П.П. //Опт. и спектр. 1959. Т. 7. С. 842.

14. Ranciman W.A. Fluorescent centers in uranium-activated sodium fluoride / W.A. Ranciman II Nature. 1955. Vol. 175, № 4468. P. 1082.

15. Воронкова E.M. Оптические материалы для инфракрасной техники: Справочное издание / Е.М. Воронкова, Б.Н. Гречушников, Г.И. Дистлер, И.П. Петров. М.: Наука, 1965. 336 с.

16. Парфианович И.А. Люминесценция кристаллов. И.А. Парфыано-вич, В.Н. Соломатов. Иркутск: ИГУ, 1988. 248 с.

17. Лисицына JJ.A. II Изв. высш. учебн. завед. Физика. 1996. Т. 39, №11. С. 57-75.

18. Арапов Б. Радиационные дефектообразования и квазихимические реакции в неметаллических кристаллах / Б. Арапов, А. Авилов, Б. Оксенгендлер. Бишкек: Илим, 2003. 120 с.

19. Осмоналыев К. Люминесценция электронных возбуждений и их ораспад с образованием дефектов в ионных кристаллах / К. Осмоналиев, Б. Арапов. Бишкек: Илим, 1999. 184 с.

20. Улманыс У.А. Радиационные явления в ферритах / У.А. Улманыс. М.: Энергоатомиздат, 1984. 160 с.

21. Алексеев П.Д. Молекулярные центры с водородной связью и центры окраски в матрице ионных кристаллов / П.Д. Алексеев. Дис. . д-ра физ.-мат. наук. Омск. 1987.

22. Непомнящих А.И. Примесные центры, радиационные и фотохимические процессы с их участием в кристаллах фтористого лития /

23. A.И. Непомнящих. Дис. . д-ра физ.-мат. наук. Иркутск. 1988.

24. Мартынович Е.Ф. Преобразование центров окраски и пространственные модуляционные явления в диэлектрических лазерных кристаллах / Е.Ф. Мартынович. Дис. . д-ра физ.-мат. наук. Томск. 1995.

25. Лисицына Л.А. Малоинерционные процессы радиационно-стимулированного преобразования электронных центров окраски / Л.А. Лисицына. Дис. . д-ра физ.-мат. наук. Томск. 1995.

26. Хулугуров В.М. Закономерности образования, структура и лазерные свойства центров окраски в активированных фторидных кристаллах / В.М. Хулугуров. Дис. . д-ра физ.-мат. наук. Иркутск. 2003.

27. KirmM., Lnshchik A., Steeg В., Vasil'chenko Е., Vielhaner S. and Zimmerer. G. Excitation of intrinsic and extrinsic luminescence by synchrotron radiation in a NaF crystal / M. Kirm, A. Lushchik,

28. B. Steeg, E. Vasil'chenko, S. Vielhauer and G. Zimmerer II Radiation effects and defects in Solids. 1999. Vol. 149. P. 19-23.

29. Shannon R.D. II Acta Cryst. 1976. Vol. A32. P.751.

30. YoffeA.D. II Adv. Phys. 1993. Vol. 42. P. 173-264.

31. Gaponenko S. V. Optical Properties of Semiconductor Nanocrystals / S. V. Gaponenko. Cambridge, 1998. 312 p.

32. Андриевсикй P.А. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах / Р.А. Андриевсикй, A.M. Глейзер II ФММ, 1999. Т. 88, №1. С. 50 73.

33. Феофилов С.П. Спектроскопия диэлектрических нанокристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов / СЛ. Феофилов II ФТТ. 2002. Т. 44, вып. 8. С. 1348-1355.

34. Гончаров В.К. Формирование нанокструктуры на поверхности пленки, осажденной из лазерно-эрозионной плазмы в вакууме / В.К. Гончаров, С.А. Петров, М.В. Пузырев II Инж.-физ. журнал. 2004. Т. 77, №4. С. 83-85.

35. Meltzer R.S. Effect of the matrix on the radiative lifetimes of rare earth doped nanoparticles embedded in matrices / R.S. Meltzer, W.M. Yen, H. Zheng, S.P. Feofilov, M.J. Dejneka, B. Tissue, H.B. Yuan II J. Lu-min. 2001. Vol. 94&95. P. 217-220.

36. Сцинтилляционный детектор / Б.В. Шульгин, Д.В. Райков, В.Ю. Иванов, А.Н. Черепанов, А.И. Косее, В.И. Соломонов, Т.С. Королева, М.М. Кидибаев / Патент РФ №2248588. Б.и., 20.03.2005, №8.

37. Сцинтиллятор для регистрации нейтронов / Б.В. Шульгин, B.JI. Петров, Д.В. Райков, В.Ю. Иванов, А.Н. Черепанов, Т.С. Королева II Патент РФ №2244320. Б.и., 10.01.2005, №1.

38. Способ изготовления сцинтилляционных экранов для визуализации рентгеновского излучения / Б.В. Шульгин, А.Н. Черепанов, В.Ю.Иванов, Ф.Г. Нешов, Ю.А.Ушаков, Т.С.Королева, М.М. Кидибаев II Патент РФ №2243573. Б.и., 27.12.2004, №36.

39. Сцинтиллятор для визуализации рентгеновского излучения / Б.В. Шульгин, А.Н. Черепанов, В.Ю. Иванов, В.Л. Петров, Т.С. Королёва, М.М. Кидибаев И Патент РФ №2242025. Б.и., 10.12.2004, №34.

40. Световолоконный сцинтилляционный детектор рентгеновского излучения / Б.В. Шульгин, Л.В. Жукова, В.Л. Петров, Д.В. Райков, А.Н. Черепанов I/ Патент РФ №2248011. Б.и., 10.03.2005, №7.

41. Спектрометрический датчик электронного и Р-излучения / А.Н. Черепанов, Б.В. Шульгин, В.Л. Петров, Т.С. Королева II Патент РФ №2251124. Б.и., 27.03.2005, №12.

42. Сцинтиллятор для визуализации рентгеновского излучения / А.Н. Черепанов, Б.В. Шульгин, Т.С. Королёва, Ch. Pedrini, Ch. Dujardin II Признанная изобретением (Извещение Роспатента о выдаче патента РФ от 21.03.2005) заявка №2004102632 от 29.01.2004.

43. Шихта для получения термолюминофора / Б.В. Шульгин, Т.С. Королёва, А.Н. Черепанов, М.М. Кидибаев II Признанная изобретением (Извещение Роспатента о выдаче патента РФ от 14.04.2005) заявка №2004108644 от 23.03.2004.

44. Световолоконный сцинтилляционный детектор / Б.В. Шульгин,

45. A.Н. Черепанов, В.Ю. Иванов, Т.С. Королёва, Ch. Pedrini,

46. B. Hautefeuille, О. Tillement, К. Lebbou, J.-M. Fourmigue II Заявка на изобретение №2004102631 от 29.01.2004.

47. Сцинтилляционный детектор быстрых и тепловых нейтронов / Б.В. Шульгин, Д.В. Райков, В.И. Арбузов, КВ. Ивановских, Л.В. Викторов, А.Н. Черепанов, B.C. Андреев, В.Л. Петров, А.В. Кружалов, В.В. Соколкин И Заявка на изобретение №2004108645 от 23.03.2004.

48. Способ изготовления инфракрасного светофильтра / В.Ю. Иванов, Б.В. Шульгин, А.Н. Черепанов, Т.С. Королева, Е.Г. Голиков, А.В. Кружалов, Ф.Г. Нешов, В.Л. Петров II Заявка на изобретение №2004123343 от 28.07.2004.

49. Сцинтилляционный детектор нейтронов / Д.В. Райков, Б.В. Шульгин, В.И. Арбузов, А.В. Кружалов, А.Н. Черепанов,

50. B.JI. Петров, П.В. Райков, А.В. Ищенко II Заявка на изобретение №2004133470 от 16.11.2004.

51. Сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов / Б.В. Шульгин, А.Н. Черепанов, В.Ю. Иванов, Т.С. Королева,

52. C.В. Маркс, Петров B.J1. // Заявка на изобретение №2004133464 от 16.11.2004.

53. Сцинтиллятор для регистрации нейтронов / КВ. Ивановских, В.Ю. Иванов, B.JI. Петров, А.Н. Черепанов, Б.В. Шульгин II Заявка на изобретение №2004138913 от 30.12.2004.

54. Термолюминесцентный дозиметрический комплекс / Б.В. Шульгин, А.Н. Черепанов, Т.С. Королева, В.Ю. Иванов,

55. A.И. Слесарев, А.В. Анипко, Б.К. Джолдошов, Ch. Pedrini,

56. B. Hautefeuille, J.-M. Fourmigue II Заявка на изобретение №2004123332 от 28.07.2004.

57. Определение содержания и местоположения примесей урана и церия в кристаллах NaF / В.Н. Багаев, B.C. Куликаускас,

58. A.Н. Черепанов, Б.В. Шульгин, М.М. Кидибаев II Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2003. №8. С. 49-51.

59. Модифицирующее влияние ионных пучков на монокристаллы фторида натрия и лития / Т.С. Королева, Ch. Pedrini, P. Moretti, Б.В. Шульгин, А.Н. Черепанов, В.Ю. Иванов II Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2005. №4.1. C. 3-8.

60. Модификация приповерхностных слоев монокристаллов фторидов натрия и лития пучками ионов / А.Н. Черепанов, Б.В. Шульгин,

61. B.Ю. Иванов, Т.С. Королева, Ch. Dujardin II Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2005. №6.1. C.47-52.

62. New scintillation materials and scintiblocs for neutron and y-rays registration / T.S. Koroleva, B.V. Shulgin, Ch. Pedrini, V.Yu. Ivanov, D. V. Raikov, A.N. Tcherepanov II Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 2005. Vol. A537. P. 415-423.j I I

63. Ионолюминесценция кластеров Eu -EuJT в монокристаллах NaF:Eu / Б.К. Джолдошов, М.М. Кидибаев, Т.С.Королева, А.Н. Черепанов, Д.В. Райков, В.Ю. Иванов, О.В. Рябухин II ФТТ. 2005. Т. 47, вып. 8. С. 1415-1416.

64. Радиолюминесцентные свойства крупноразмерных, волоконных и наноразмерных кристаллов NaF-U / Т.С. Королёва, М.М. Кидибаев, Б.К. Джолдошов, Ch. Pedrini, В. Hautefeuille, К. Lebbou, О. Tillement, J.-M. Fourmigue, Б.В. Шульгин,

65. A.Н. Черепанов, В.И. Соломонов, М.Г. Иванов II ФТТ. 2005. Т. 47, вып. 8. С. 1417-1419.

66. Локальная кристаллическая структура примесных ионов Znв кристалле LiF-U,Zn / В.А. Чернышев, А.В. Абросимов, Т.С. Королева, А.Н. Черепанов // ФТТ. 2005. Т. 47, вып. 8. С.1420-1422.

67. Материалы для однокристальных и комбинированных сцинтилля-ционных детекторов на центрах окраски / Б.В. Шульгин,

68. B.Ю. Иванов, Д.В. Райков, А.Н. Черепанов, В.Л. Петров, М.М. Кидибаев, А.А. Жамангулов, Т.С. Королева, В.И. Соломонов И Сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. Снежинск Челябинской обл.: СГТФТА, 2003. С. 92-94.

69. Эффекты модификации приповерхностных слоев монокристаллов (Li,Na)F и (Li,Na)F-Me пучками ионизирующих излучений /

70. A.Н. Черепанов, Б.В. Шульгин, В.Ю. Иванов, Д.В. Райков,

71. B.C. Куликаускас, Ch. Pedrini, Т.С. Королёва, М.М. Кидибаев II Тр. междунар. науч. конф. SCORPh 2003 (20-27 июля 2003 г.). Биш-кек-Каракол, 2003. С. 61-62.

72. Черепанов А.Н. Влияние пучков тяжёлых ионов на состояние дефектности поверхностных слоёв кристаллов NaF / А.Н. Черепанов II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2003. Вып. 12. С. 39-40.

73. Черепанов А.Н. Исследование кристаллов NaF методом резерфор-довского обратного рассеяния / А.Н. Черепанов, В.Н. Багаев,

74. B.C. Куликаускас II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003. Вып. 12.1. C. 41-45.

75. Сцинтилляционные материалы и устройства для регистрации ионизирующих излучений / Б.В. Шульгин, А.В. Круэ/салов,

76. A.Н. Черепанов, JI.B. Викторов, B.JI. Петров, Д.В. Райков, Т.С. Королева II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. Вып. 14. С. 4-28.

77. Сцинтилляционные экраны на базе фторидов / Б.В. Шульгин, Ф.Г. Нешов, А.Н. Черепанов, Т.С. Королева, М.М. Кидибаев II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. Вып. 14. С. 50-53.

78. The use of radiation modification of (Li,Na)F single crystals for preparation of thin scintillation layers and screen / T.S. Koroleva,

79. B.V. Shulgin, A.N .Tcherepanov, V.Yu. Ivanov, F.G. Neshov, KS. Kulikauskas, Ch. Pedrini, M.M. Kidibaev II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. Вып. 14. С. 107-114.

80. Черепанов А.Н. Исследование кристаллов NaF-Me методом обратного рассеяния. Расчет местоположения примеси / А.Н. Черепанов II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. Вып. 15. С. 62-69.

81. Оптические свойства кристаллов LiF-U при низких температурах / Т.С. Королева, А.Н. Черепанов, Б.В. Шульгин, СИ. Pedrini II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. Вып. 15. С. 135-136.

82. Королева Т.С. Спектрально-кинетические характеристики кристаллов фторида лития и натрия / Т.С. Королева II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. Вып. 16. С. 63-79.

83. Импульсная катодолюминесценция низкоразмерных кристаллов на основе LiF и NaF / А.Н. Черепанов, Т.С. Королева, В.Б. Малков, Д.В. Райков, В.И. Соломонов, М.Г. Иванов, В.В. Платонов,

84. О. А. Снигирева II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. Вып. 17. С. 13-20.

85. Черепанов А.Н. Теоретические основы выращивания волоконных монокристаллов: метод лазерного разогрева / А.Н. Черепанов II Проблемы спектроскопии и спектрометрии: межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. Вып. 18. С. 33-40.

86. The new scintillators and scintillation systems for registration of gamma-rays and neutrons I B.V. Shulgin, V.L. Petrov, A. V. Kruzhalov, V.Yu. Ivanov, D.V. Raikov, A.N. Tcherepanov, S.I. Gorkunova,

87. T.S. Koroleva II XII Feofilov symposium on spectroscopy of crystalsactivated by rare earth and transition metal ions: Abstracts and program. Ekaterinburg: Ural State Technical University-UPI, 2004. C. 34.

88. Багаев В.Н. Обработка и моделирование спектров резерфордовско-го обратного рассеяния: методические указания / В.Н. Багаев, А.Н. Черепанов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 32 с.

89. Рост кристаллов: Сборник статей. М.: Наука, 1957-1968. Т. 1-8.

90. Гиббс Дж. Термодинамические работы / Дж. Гиббс. M.-JL: Гос-техиздат, 1950.

91. Балицкий B.C. Синтетические аналоги и имитация природных драгоценных камней / B.C. Балицкий, Е.Е. Лисицина. М.: Недра, 1981. 160 с.

92. Малин Дж. Кристаллизация / Дж. Малин. М.: Металлургия, 1965.

93. Лодиз Р. Рост монокристаллов / Р. Лодиз, Р.Паркер. М.: Мир, 1974.

94. Curie P. Sur la formation des cirstaux et sur les constantes capullaries de leur differentes faces / P. Curie II Bull. Soc. Mineral. France. 1885. Vol. 18. P. 145.

95. Вульф Ю.В. Механизм и кинетика кристаллизации / Ю.В. Вульф. Минск, 1969. С. 399-407.

96. Vol тег М. Kinetic der Phasenbildung / М. Volmer. Dresden-Leipzig, 1939. 220 p.

97. Странский И.Н. К теории роста кристаллов и образования кристаллических зародышей. / И.Н. Странский, Р. Кашиев // УФН. 1939. Т. 21, вып. 4. С. 408-465.

98. Kossel W. Zur Theorie des Kristallwachsturos / W. Kossel II Nachr. Gessel. Wiss. Gottingen, Maht-Phys. KI. 1927. P. 135-143.

99. Stranski I.N. Zur Theorie des Kristallwachstums / I.N. Stranski И J. Phys. Chem. 1928. №136. P.259-278.

100. Джексон К. Проблемы роста кристаллов I К. Джексон. М., 1968. С. 13-26.

101. Кан Дж. Теория роста кристалла и движения границы раздела фаз в кристаллических материалах / Дж. Кан. II УФН. 1967. Т. 91, вып. 4. С. 677-689.

102. Черепанова Т.А. Кинетика кристаллизации многокомпонентных сплавов / Т.А. Черепанова II Докл. АН СССР, 1978. Т. 238, №1. С. 277-331.

103. Чернов А.А. Слоисто-спиральный рост кристаллов / А.А. Чернов II УФН. 1961. Т. 73, вып. 2. С. 277-331.

104. Чернов А.А. Физико-химические проблемы кристаллизации /

105. A.А. Чернов. Алма-Ата, 1969. С. 8-40.

106. Burton W.K. Role of Dislocations in Crystal Growth / W.K. Burton, N. Cabrera, F.S. Frank II Nature. 1949. Vol. 163, №4141. P. 398-399.

107. Бакли Г. Рост кристаллов / Г. Бакли. М.: Изд-во иностр. лит., 1954.

108. Вилъке К.Т. Методы выращивания кристаллов / К.Т. Вильке. Ленинград: Недра, 1968.

109. Тузик С. Искусственные монокристаллы / С. Тузик, Я. Облаков-ский. М., Металлургия, 1975.

110. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация / В.Д. Кузнецов. М.: Госгеолтехиздат, 1954.

111. Рябцов Н.Г. Материалы квантовой электроники / Н.Г. Рябцов. М.: Советское радио, 1972.

112. Получение высокотемпературных материалов методом прямого высокочастотного плавления в холодном контейнере /

113. B.И. Александров, В.В. Осико, A.M. Прохоров, В.М. Татаринцев. II Успехи химии. 1978. Т. XLVII, вып. 3. С. 385-427.

114. Власов К.А. Изумрудные копи / К.А.Власов, Е.И. Кутикова. М.: АН СССР, 1960.

115. Kyropoulos S. Dielektrizitatskonstanten regularer Kristalle / S. Kyropoulos И Zs. Phys. 1930. Bd. 63. P. 849-854.

116. Crystal growth from the melt / Editor T. Fukuda. Springer-Verlag. 2003. 178 p.

117. Yoshikawa A., Akagi Т., Nikl M., Solovieva N., Lebbou K., Dujardin C., Pedrini C., Fukuda T. //Nucl. Instr. and Meth. 2002. Vol. A486. P. 79.

118. Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. A.M. Прохоров; ред. кол. Д.М. Алексеев и др.. М.: Сов. энциклопедия, 1983. 928 с.

119. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.

120. Feigelson F. The Laser Heated Pedestal Growth method: a powerful tool in the search for new high performance laser crystals / F. Feigelson И Springer Ser. Opt. Sci. 1985. Vol. 47. P. 129.

121. KuhnH.-R. Size-related vaporisation and ionisation of laser-induced glass particles in the inductively coupled plasma / H.-R. Kuhn, M. Guillong, D. Gunther II Anal. Bioanal. Chem. 2004. Vol. 378. P. 1069-1074.

122. Lenk A. In situ investigation of laser ablation / A. Lenk, T. Witke II J. Anal. Chem. 1995. Vol. 353. P. 333-336.

123. Laser assisted plasma spectrochemistry: laser ablation / R.E. Russo, X.L. Mao, C. Liu and J. Gonzalez II J. Anal. At. Spectrom. 2004. Vol. 19. P. 1084-1089.

124. Bogaerts A. Nanosecond laser ablation of Cu: modeling of the expansion in He background gas, and comparison with expansion in vacuum / A. Bogaerts and Zh. Chen II J. Anal. At. Spectrom. 2004. Vol. 19. P. 1169-1176.

125. Durrant S.F. Laser ablation inductively coupled plasma mass spec-trometry:achievements, problems, prospects / S.F. Durrant II J. Anal. At. Spectrom. 1999. Vol. 14. P. 1385-1403.

126. Elemental composition of laser ablation aerosol particles deposited in the transport tube to an ICP / J. Koch, I. Feldmann, N. Jakubowski, K. Niemax II Spectrochimica Acta. 2002. Part В 57. P. 975-985.

127. Laser ablation for analytical sampling: what can we learn from modeling? / A. Bogaerts, Zh. Chen , R. Gijbels, A. Vertes II Spectrochimica Acta. 2003. Part В 58. P. 1867-1893.163164165166167168,169170,171.172,173,174,175,176,177,

128. Russo R.E. Laser ablation sampling / R.E. Russo, X. Мао, О. V. Borisov II Trends in analytical chemistry. 1998. Vol. 17. P. 8. Уббелоде А. Плавление и кристаллическая структура / А. Уббелоде. Пер. с англ. С.Н. Горина и A.M. Зацепина; под. ред.

129. A.И. Китайгородского. М.: Мир, 1969. 420 с.

130. Уббелоде А. Расплавленное сотояние вещества / А. Уббелоде. Пер. с англ. В.А. Польского; под. ред. Ю.Н. Тарана. М.: Мир, 1982. 375 с.

131. Шипатов Э.Т. Обратное рассеяние быстрых ионов: Теория, эксперимент, практика I Э.Т. Шипатов. Ростов: Ростовский ун-т, 1988. 160 с.

132. Джелепов Б.С. Схемы распада радиоактивных ядер. А <100 / Б.С. Джелепов, JT.K. Пекер. М.: Атомиздат, 1958. 1014 с/ Матвеев А.Н. Атомная физика: учеб. пособие для студентов вузов. / А.Н. Матвеев. М.: Высш. шк., 1989. 439 с.

133. Мейер Дж. Ионное легирование полупроводников (кремний и германий): перевод с англ. под ред. канд. физ.-мат. наук

134. B.М. Гусева / Дж. Мейер, Л. Эриксон, Дж. Дэвис. М.: Мир, 1973. 296 с

135. Эрдеи-Груз Т. Основы строения материи. Пер. с нем. В. Ф. Смирнова; под ред. и с предисл. Г.Б. Жданова. М.: Мир, 1976. 488 с. Зисман Г.А. Курс общей физики / Г.А. Зисман, О.М. Тодес. М.: Наука, 1972. Т. 3. 500 с.

136. Китель Ч. Введение в физику твердого тела / Ч. Китель. М.: Наука, 1978. 792 с.

137. FrenkelJ. II Phys. Rev. 1931. Vol. 37, №17. P. 1276.

138. MottN.F. II Trans. Faraday Soc. 1938. Vol. 84. P. 809.

139. Гросс Е.Ф., Захарченя Б.П., Рейнов H.M. II Доклады АН СССР.1954. Т. 99. №231. С. 527.

140. Rao К.К., Moravec Т. J., Rife J. С. and Dexter R.N. II Phys. Rev. 1975. Vol. В 12. P. 5937.178179180181182,183,184,185,186.187.188.189,190.191.192,193.

141. Song K.S. and Williams R.T. II Self-trapped Excitons. Springer-Verlag, Berlin, 1993.1.shchik A.Ch., Vasil'chenko E.A., Galaganov V.G., KolkJ.V., See-man V.O. and Frorip A.G. II Izv. Akad. Nauk Latv. SSR, Ser. Fiz. Tekh. 1990. Vol. 3. P. 33.

142. Kirm M., Lushchik A., Steeg В., Vasilchenko E., Vielhauer S., Zimmerer G. Excitation of intrinsic and extrinsic luminescence by synchrotron radiation in NaF crystal // Radiation Effects and Effects in Solids. 1999. Vol. 149. P. 19-23.

143. McClure D.S. and Pedrini С. 11 Phys. Rev. 1985. Vol. В 32. P. 8465. Moine В., Courtois B. and Pedrini С. II J. Phys. France. 1989. Vol. 50. P. 2105

144. Moine ВPedrini C. and Courtois В. II J. Lumin. 1991. Vol. 50. P. 31. Winter N.W., Pitzer R.M., Temple D.K. II J. Chem. Phys. 1987. Vol. 86. P. 3549.

145. Chernov V. et al. // Radiation measurements. 1998. Vol. 29, №3-4, P. 365-372.

146. Бете Г. Квантовая механика: пер. с англ / Г. Бете. М.: Мир, 1965. Абрамов А.И. Основы экспериментальных методов ядерной геофизики / А.И. Абрамов, Ю.А. Казанский, Е.С. Матусевич. М.: Атом-издат, 1975.

147. Пшеничный Г.А. Взаимодействие излучений с веществом и моделирование задач ядерной геофизики / Г.А. Пшеничный. М.: Энер-гоатомиздат, 1982. 224 с.

148. Лазер на R6G с катодолюмиенсцентной накачкой / В.М. Лисицин и др. // Квант, электр. 1984. Т. И. №8. С. 1670-1671.194195196197198199200201.202.203,204.205,206.207.208.209.210,

149. Петров В.И. Катодолюминесцентная микроскопия / В.И. Петров // УФН. 1996. Т. 166, №8. С. 859-870.

150. Богданкевич О.И. Полупроводниковые лазеры / О.И. Богданкевич, С.А. Дарзник, П.Г. Елисеев. М.: Наука, 1975. 416 с Высокоэнергетическая электроника твердого тела / Д.И. Вайсбурд и др.. Новосибирск: Наука, 1975. 327 с.

151. Динамическая теория биологических популяций / Под ред. Р.А. Полуэктова. М.: Наука, 1974. 456 с.

152. Каплянский А.А., Москвин Н.А., Феофилов П.П. II Опт. и спектр. 1964. Т. 16, вып. 4. С. 619-627.

153. Runciman W.A., WongE.Y. II J. Chem. Phys. 1979. Vol.71. P. 1838-1843.1.peiA., LupeiV., Ursul. II J. Phys. C: Solid State Phys. 1985. Vol. 18, №32. P. 6099-6107.

154. Королева Т.С. Спектроскопия радиационных дефектов в активированных кристаллах фторида лития: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Каракол, 1996.

155. Shulgin В. К, Raikov D. V., Kidibaev М.М. et al. II Collected Abstracts of Int. Conf. on Lum. And Opt.Spectroscopy of Condensed Matter. Osaka, Japan. 1999. PD2-9. P. 171.

156. Блекмор Дж. Статистика полупроводников / Дж. Блекмор. М., 1964. 392 с.

157. Месяц Г.А. Эктоны. Ч. 1 / Г.А. Месяц. Екатеринбург: УИФ «Наука», 1993.

158. Пеннин Н.А. О длине экранирования в примесном полупроводнике / Н.А. Пеннин II ФТП. 1983. Т. 17, вып. 3. С. 431-436.

159. Дехтяр Ю.Д. Влияние поверхностого изгиба зон на экзоэлектрон-ную эмиссию / Ю.Д. Дехтяр, С.С. Моливер, Г.Л. Сагалович II Ра-диационно-стимулированные явления в твердых телах: межвуз. сб. науч. тр. Свердловск: УПИ, 1985. Вып. 7. С. 13-19.

160. Ландау Л.Д. Квантовая механика / Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц. М., 1974. 752 с.

161. Huntington Н.В. Mechanism for self-diffusion in metallic copper / H.B. Huntington, F. Seitz II Phys. Rev. 1942. Vol. 61. P. 315.

162. Huntington H.B. Self-consistent treatment of the vacancy mechanism for metallic diffusion / H.B. Huntington II Phys. Rev. 1942. Vol. 61. P. 325.

163. Huntington H.B. Mobility of interstitial atoms in face centered cubic metal / H.B. Huntington II Phys. Rev. 1953. Vol. 91. P. 1092.

164. Brooks H. Lattice vacancies and interstitials in metals in impurities and imperfections / H. Brooks. American society for metals. Cleveland, 1955.

165. FumiF.G. Vacancies in monovalent metal / F.G. Fumi II Phil. Mag. 1955. Vol. 46. P. 1007.

166. Дине Дж. Радиационные эффекты в твердых телах / Дж. Дине, Дж. Винйард\ пер. с англ. А.Х. Брегера\ под ред. Г.С. Жданова. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. 244 с.

167. Mott N.F. Conduction in polar crystals / N.F. Mott, M.J. Littleton II J. Electrolytic conduction in Solid Salts, Trans. Farad. Soc. 1938. Vol. 34. P. 485.

168. Dienes G.J. Activation energy for diffusion of coupled pairs of vacancies in alkali halide crystals / G.J. Dienes II Journ. Chem. Phys. 1948. Vol. 16. P. 620.

169. Cotrell A.H. Dislocation theory of yielding and strain ageing of iron / A.H. Cotrell И Proc. phys. Sos. 1949. Vol A62. P. 49.

170. Woods W.K. Radiation damage to artificial graphite / W.K. Woods, L.P. Bupp, J.F. Fletcher II Proc. of Int. Conf. on the Peaceful Uses Atomic Energy, United nations. 1956. Vol. 7. P. 455. Paper №746.

171. Kosiba W.L. Some effects produced in graphite by neutron irradiation in the BLN Reactor / W.L. Kosiba, G.J. Dienes, D.H. Gurinsky II Proc. of Conf. on Carbon. Buffalo, New York, 1956.

172. Слесарев A.M., Жамангулов А.А., Кидибаев M.M., Кортов B.C., Шульгин Б.В. II Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26, вып. 9. С. 60-64.

173. Кортов B.C., Исаков Г.В., Слесарев А.И. и др. // Дефектоскопия. 1996. №1. С. 50-59.

174. Исаков В.Г., Главатских И.А., Кортов B.C. //Дефектоскопия. 1998. №12. С. 14-27.

175. Беляев JI.M. Добржанский Г.Ф., Феофилов П.П. II Изв. АН СССР. Сер. Физ. 1961. Т. 25, №4. С. 448-456.

176. ФокМ.В. Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфо-ров / М.В. Фок. М.: Наука, 1964. 412 с.

177. Адирович Э.И. Некоторые вопросы теории люминесценции кристаллов / Э.И. Адирович. M.-JL: ГИТТЛ, 1951. 386 с.

178. Шульгин Б.В. Фото- и радио-люминесценция гидрида лития и цир-коносиликатов / Б.В. Шульгин. Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Свердловск, 1966.

179. Открытия советских ученых. М.: МГУ, 1988. 478 с.

180. Вайсбурд Д.И. Критическая (взрывная) электронная эмиссия из диэлектриков, индуцированная инжекцией плотного пучка электронов / Д.И. Вайсбурд, С.И. Твердохлебов, Т.А. Тухфатуллин И Изв. вузов. Физика. 1997. №11. С. 45-67.

181. Месяц F.А. Импульсный электрический разряд в вакууме / Г.А. Месяц, Д.И. Проскуровский. Новосибирск: Наука, 1984.