Размерные эффекты в радиолюминесценции ЩГК тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

АЛУКЕР Виктор Эдуардович

УДК 548.162:539.16.04

РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В РАДЙОЛШИНЕСЦЕНЦИИ ЩГК (02.00.04 - физическая химия)

АВТОРЕФЕРАТ.

диссертации на соискание ученой атепени кандидата физико-математических наук

Кемерово,- 1990

Работа выполнена в Институте физики Латвийской Академии наук

Научный руководитель: кандидат химических наук, доцент ■ ШИКС Юрис Екабович

Научный консультант: кандидат физико-математических наук

НЕСТЕРОВА Светлана Николаевна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

доцент, ГОДНЫЙ Петр Александрович

кандидат химических наук, доцент ДОЛГАНОВ Валерий Степанович

Ведущая организация: Ленинградский технологический

институт им.Ленсовета

Защита диссертации состоится " ноЛур^ _1990 года

в.* /4 часов на заседании специализированного ученого Совета К 064.17.01 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук в Кемеровском государственном университете по адрееу:

650043, г.Кемерово, 43, ул.Красная, 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кемеровского государственного университета.

Автореферат разослан " /) " 1990 года

Ученый секретарь-' Специализированного Совета К.064.17.01, к.ф.-ы.н., ,

доцент Ьахроыеев В.Г.

/ ^ У

ОБЩАЯ" ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Латуальность темы. Целенаправленное изучение радиационных эффектов в гетерогенных системах было начато еще в 60-х годах. Накопленный к настоящему времени фактический материал позволяет утверждать, что радиационно-стимулированнке явления на границе раздела сред играют важную роль, а природных процессах и современной технологии. Так, незав!' зимыми- исследованиями было установлено, что выход и константы скорости таких типично межфазных процессов, как коррсз:;я металлов, гетерогенный катализ, растворение, адсорбция и др. могут изменяться под действием облучения на порядок и более.

Одним из кардинальных вопросов радиационной физики и химии, определяющим эффективность радмационно-стимулированных процессов, является вопрос о КПД использования излучения, т.е. эффективности преобразования энергии ионизирующего излучения в энергию кристаллических колебаний, структурных дефектов, химических превращений и т.д. В случае.гетерогенных систем существенное влияние на величину ВД оназьтает процесс перераспределения энергии между объемом и поверхностью твердого тела. Суть этого процесса заключается в следующем. Энергия ионизирующего излучения, поглощенная в конденсированной среде, расходуется.на.создание спектра возбуждений, обладающих-меньшей, чем первичная частица или квант энергией и достаточно большим временем жизни. Низксэнергетичес-кие возбуждения в результате миграции попадают в приповерхностные области, где вследствие граничны* эффектов либо стабилизируются, либо рекомбинируют, либо релаксируют с передачей энергии в контактирующую среду. Таким образом, конденсированная фаза является своеобразии! трансформатором, а межфазная граница - аккумулятором трансформированной энергии и "химическим реактором". Особенно важно, что энергия вторичных возбуждений сравнима с энергией связи молекул, и поэтому их химическая эффективность намного выше эффективности возбуждающего излучения. Изучение процессов перераспределения энергии ионизирующего излучения между объемом и поверхностью твердого тела, в частности, механизмов миграции электронных возбуждений, будет несомненно способствовать пониманию общих закономерностей, а в' перспективе даст возможность целенаправленного управления эффективностью радка-

3

циснно-стимулироъанных процессов. В связи с этим, несомненно актуальной, на наш взгляд, задачей является поиск новых экспериментальных подходов к исследованию процессов передачи энергии ионизирующего излучения, поглощенной в объеме твердого тела, к поверхности.

Цель работы. Целью настоящей работы является исследование возможностей использования радиолюминесценции в качестве метода изучения процессов переноса энергии ионизирующего излучения,, поглощенной в объеме твердого тела, к его поверхности.

Научная новизна.

1. Обнаружена зависимость выхода активаторной и экситонной радиолвминзсценции ЩГК от дисперсности исследуемого образца.

2. Показана связь данного эффекта с наличием в кристалле приповерхностного слоя толщиной 10*100 мкм, обедненного носителями заряда за счет выхода их на поверхность.

3. Проведена экспериментальная оценка времени выхода носителей заряда на поверхность.

4. Предложен вероятный механизм процесса - дрейф в поле поверхностного заряда, созданного обучением.

Практическая ценности. Полученные в работе данные о миграции носителей заряда к поверхности открывают возможности целенаправленного поиска путей повышения эффективности радиационно-стимуди-рованных гетерогенных процессов, в том числе и имеющих промышленное 'значение. С учетом эффекта размерного тушения объемной радио-люминзсценции могут быть также расширены возможности использования люминофоров1 и ецинтилляторов в виде тонких пленок или порошков.

Защищаемые положения.

I. «Экспериментальные данные по размерному тушению стационарной радиол;;:.»шесценции Н^К. .

Я. Интерпретация наблюдаемого тушения с точки зрения выхода носителей заряда на поверхность.

3. Оценка глубины выходя носителей заряда 10+100' мкм.

4. Оценка времени выхода носителей заряда на поверхность -£00 пс..

й. Возможней 'твхатам и "хода носителей заряда на поверхность - дреКф * одеггркческом иоле поверхностного -заряда, созданного .оГа'учбШ'.он.

Апробация'работы. Материалы диссертационной работы докладывались и'обсуждались на IX Всесоюзной конференции "Состояние и перспективы разработки сцинтилляторов в XII пятилетке", Харьков, 1986;' 1У Всесоюзном совещании "Воздействие ионизирующего излучения и света на«гетерогенные системы", Кемерово, 1986; У1 Всесоюзной конференции по радиационной физике и химии ионных кристаллов. Рига, 1986; У1 Всесоюзном симпозиуме "Люминесцентные приемники ,и преобразователи ионизирующих излучений", Львов, IS88; У1 Всесоюзной конференции по физике диэлектриков, Томск, 1988; УН Всесоюзной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов, Рига, 1989.

Публикации и вклад автора. Основные материалы исследований опубликованы в 9 работах, список которых приведен в конце автореферата. В коллективных работах автору принадлежат результаты и выводы, изложенные в диссертации и автореферате.

Объем и структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 120 страницах, и содержит .90 страниц машинописного текста, 30 рисунков и список литературы из 136 наименования.

Во введении к диссертационной работе обосновывается актуальность темы и формулируется цель исследования.

В главе 2 приведен обзор' литературных данных по радиолюминесценции и радиационно-стимулированным процессам на поверхности ЩГК. Сформулированы задачи диссертационной работы.

В главе 3 обоснован выбор объектов исследования, описаны экспериментальные установки, методики проведения экспериментов.

В главе 4 приведены экспериментальные данные по размерному эффекту в стационарной рентгенолюминесценции кристаллов ксе, HI и C&I , чистых и активированных Tt и А/а . Предложена модель наблюдаемого явления, заключающаяся-в выходе.низкоэнергетических электронных возбуждений на Поверхность кристалла. Проведена экспериментальная оценка глубины выхода.

В главе 5 приведены экспериментальные результаты по кинетике размерного тушения в люминесценции в с si и csi-те при возбуждении наносекундными и субнаносекундными импульсами высокоэнергетических электронов. Проведена экспериментальная оценка времени выхода носителей■заряда на поверхность. Проведен анализ экспериментальных результатов, предложен наиболее вероятный мв-

ханизм миграции электронных возбуждений к поверхности.

В заключении приведены основные результаты работы и предложены направления дальнейшего развития исследований размерных эффектов в радиолиминесценции.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССДЩСВАНШ

Накопленный к настоящему времени. материал'по влиянию облучения на гетерогенные системы имеет, как правило, сугубо эмпирический, качественный характер. Возможности прямого сопоставления результатов работ различных авторов чрезвычайно ограничены из-за неадекватности применяемых экспериментальных методов и разнородности решазмых задач. Следствием прикладного характера этих исследований явился выбор в качестве объектов изучения вещетсв, как правило, непосредственно используемых в промышленности: катализаторов, сложного состава, железноокисньх продуктов коррозии, рудных материалов, сплавов металлов и др. Установить на основании изучения систем с' зачастую неконтролируемым составом, структурными и энергетическими свойствами, общие закономерности многокритериальных радиационных процессов - задача почти неразрешимая» и полученные результаты, как правила, применимы только к конкретной системе в конкретных условиях эксперимента. Процессы миграции энергии к поверхности облучаемого твердого тела д£> недавнего времени рассматривались с Точки'зрения традиционных механизмов миграции электронных возбуждений, обеспечивающих выход носителей заряда с глубин 100-1000 А. Однако в последние годы в работах Нечаева с сотрудниками по радиолизу воды, адсорбированной на поверх ности ЩГК, наблюдался выход носителей заряда с глубин порядка' 100 ыкм. Столь существенное различие в величинах смещений электронных возбуждений говорит о существовании весьма эффективного механизма миграции носителей заряда к поверхности, природа которого пока не ясна. Поэтому в последние годы особенно актуальной стала задача поиска независимых методов исследования, позволяющих подтвердить или опровергнуть эти данные.

В связи с вышеизложенным це.лью настоящей работы является гансненне иозмодаюстей использования достаточно подробно изученного явления - радиолюминесценции в качестве метода .исследования процессор переноса энергии ионизирующего-излучения, поглощенной

в объеме твердого тела, к его поверхности. Выбор радиолюминесценции в качестве возможного метода исследования процессов переноса энергии из объема к поверхности твердого тела' определялся двумя обстоятельствами. .

1. Необходимой стадией процесса активаторной радиолюминесцён-ции в раде случаев является миграция электронных возбуждений по кристаллической решетке. В связи с этим,.можйо было ожидать, что выход части электронных возбуждений на поверхность должен повлиять на объемную радиолюминесценцию.

2. Выбор радиолюминесценции в качестве метода исследования позволял использовать также большой методический и научный задел в области исследования объемной радиолюминесценции, имеющийся

в лаборатории "Кинетики неравновесных процессов в твердых телах" ИФ АН Латв.ССР, в которой выполнялась основная часть экспериментов данной диссертационной работы.

Для достижения поставленной цели оказалось необходимым решить следудаие задачи.

1. Поиск и экспериментальное исследование размерных эффектов "в радиолюминесценции порошкообразных щелочногалоидных люминофоров и доказательство связи этих эффектов странспортом энергии излучения, поглощенной в объеме твердого тела, к его поверхности.

2. Поиск и реалингция методических подходов, позволяющих экспериментально оценить расстояния и времена транспорта энергии к поверхности.

3. Установление вероятного механизма транспорта энергии излучения, поглощенной в объеме твердого тела к его поверхности, согласующегося с полученными экспериментальными результатами и литературными данными.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объекты и методика исследования.

В качестве объектов исследования Использовались ЩГК с хорошо изученными объемами свойствами ( Я/ , НС£- , Сь1 ), чистые и активированные катионнымн примесями. ). Концентра-

ции активатора составляли Ю ,10. и 10 ' см . Для измерений использовались порошки., полученные дроблением монокристаллов и выпариванием неещенных растворов соответствующих солей.

В работе изучалась стационарная рентгенолюминесценция и ка-тодолюминесценция при импульсном возбуждении:

- для стационарных измерений использовалась установка, собранная на базе дифракционного люминесцентного спектрометра ОД1-1;

- для импульсных - установки, собранные на базе импульсных сильноточных ускорителей ГШ-600,с длительностью возбуждающего импульса 3 не и 50 пс.

Все измерения проводились в вакууме **> Ю Па, при температурах ВО К и 300 К.

РАЗМЕРНЫЕ ЭЙБЕКГЫ В СТАЦИОНАРНОЙ РШТГЕНО-ЛШИНЕСЦЕНЩИ ЩГК

Решение поставленных задач было начато с поиска закономерностей в люминесценции ¡¿|ГК, связанных с влиянием поверхности образца на объемные рекоыбинационные процессы. Внешним проявлением такого влияния должно служить изменение выхода люминесценции при изменении величины удельной поьзрхности или состояния поверхности исследуемого образца.'Действительно, если существует некий механизм переноса энергии, ионизирующего излучения из приповерхностного слоя кристалла к поверхности, то выход люминесценции в этом слое должен быть существенно ниже, чем в остальном объеме кристалла. С ростом удельной поверхности образца растет и объемная доля слоя с пониженным выходом, свечения, а, следовательно, падает и интенсивность объемного свечения всего образца. -

Наиболее простым и доступным, методом обнаружения таких эффектов в наших условиях является исследование зависимости выхода объемной рентгенолюмйнесценции порошкообразных люминофоров от величины зерна.

Анализ спектров стационарной рентгенолюминесценции порошков

СФА/о позволил сделать следующие выводы:1

- обнаружено влияние степени дисперсности порошкообразных ЦГ'К ка акткваторную и океитоннув рентгенолшинесценцию, т.е. на чисто объемные процесса;

- сто влияние вырааае!£-ся в изменении выхода люминесценции, причем спэктрдлышй состев сгечения о.стсетск посторкнгм;

получены зависимости- выхода рентгенолюминесценции от размера частиц порошка, из которых видно, что при уменьшении размера частиц на порядок выход свечения падает в 4-15 раз, в зависимости от вида люминофора. !> качестве примера на рис. 1,2приведены зависимость и спектры рентгенолюминесценции порошков Н1-1Ь

Описанные экспериментальное результаты хорошо согласуются с предположением о существовании приповерхностного слоя с пониженным выходом свечения. Одного существует еще одна возможность для объяснения характера полученных зависимостей. Эта возможность заключается в наличии этапа механического дробления в процессе подготовки образцов. Действительно, при дроблении кристалла неизбежно образование структурных дефектов кристаллической решетки, которые могут являться центрами тушения люминесценции. Возможно, что в более мелких зернах этих дефектов будет больше и, следовательно, выход люминесценции тем ниже, чем меньше размер частиц.

Оказалось, что отжиг образцов до 700 К н исключение из подготовки образцов механического дробления не оказывают влияния на размерный жфффкт в рентгенолюминесценции ярК. Это убедительно свидетельствует о. том, что размерное тушение не может быть связано с различной концентрацией дефектов в зернах люминофора разных размеров.

Следовательно, единственным.разумным объяснением приведенной совокупности экспериментальных данных является наличие приповерхностного слоя с пониженным (или нулевым)'выходом объемной рентгенолюминесценции. Увеличение.объемной доли этого слоя с уменьшением размера зерна и приводит к падению выхода рентгенолюминесценции - размерному тушению рентгенолюминесценции. Каковы же могут бить причины столь заметного тушения рекомбинационного свечения? Возможны следующие варианты объяснения этих эффектов:

1. Наиболее простое предположение - это повышенная концентрация дефектов в приповерхностном слое,' на которых может проходить безызлучательная рекомбинация носителей заряда. Причина появления этих дефектов - близость границы раздела фаз.

2. Пониженная эффективность конверсии энергии ионизирующего излучения в низкоенергетические электронные возбуждения за счет вылета из приповерхностного слоя высокоэнергетических $ -электронов..

3. И, наконец, миграция к поверхности кристалла термализо-

о

ванных носителей заряда. Выход носителей заряда на поверхность конкурирует с их рекомбинацией, что и приводит к падению выхода объемной люминесценции в приповерхностном слое.

Для выбора одного'из перечисленных вариантов'необходима дополнительная информация, которая и была получена в экспериментах по влиянию присутствия газа и концентрации активатора на интенсивность рентгенолюминесценции порошкообразных ЩГК.

Изучение влияния газа на размерный эффект проводилось на примере свечения синглетного экситона в иодиде цезия в присутствии аргона. Оказалось, что напуск аргона существенно (до 10 раз) увеличивает интенсивность свечения порошка, причем тем сильнее, чем меньше размер зерна. Это означает, что падает эффективность процесса, курирующего с иэлучательной рекомбинацией. Простой по идее и осуществлению эксперимент оказался весьма информативным и позволил сделать достаточно серьезные выводы.

1. Предположим, что размерное тушение обусловлено наличием приповерхностного слоя с повышенной концентрацией центров тушения. В этом случае влияние аргона на выход рентгенолюминесценции может быть обусловлено только изменением параметров этих центров в-результате сорбции аргона на поверхности. Согласно литературным данным, влияние адсорбента распространяется на расстояния порядка .0,1 мкм, Таким образом, если толщина слоя, в котором происходит тушение люминесценции составляет ~ 0,1 мкм, то причиной тушения могла быть безызлучательная рекомбинация на дефектах решетки. Однако в этом случае толщина слоя ( ~ 0,1 мкм.) оказывается .значительно меньше размеров зерен, используемых в наших экспериментах (60+1000 мкм), и размерное тушение должно быть ничтожным. Количественное подтверждение этого вывода дано ниже. Таким образом, предположение о том,что размерное тушение обусловлено повышенной концентрацией дефектов в приповерхностном слое, противоречит полученным данным и должно быть отброшено.

2. -Адсорбция газа на поверхности кристалла не может влиять на вероятность вылета высокоэиергетичееких £ - электронов из приповерхностного слоя. Следовательно, это предположение также противоречит экспериментальным результатам и должно быть отброшено.

. 3. Причиной'размерного тушения является выход на поверхность носителей заряда .из приповерхностного сдоя, усеньшэдцее число 10

излучательных рекомбинаций в этом слое, что естественно, приводит к тушению объемной рентгенолюыинесценцим. Влияние аргона на этот процесс обусловлено изменением заряда поверхности, вызванном сорбцией ионов аргона.

Таким образом, эксперименты по влиянию аргона на рентгенолю-минесценцию позволяют отбросить два из трех возможных объяснений размерного эффекта и оставить в качестве возможного механизма только выход носителей заряда на поверхность.

Если приведенная вше схема рассуждений верна, то зависимость интенсивности люминесценции от размера частиц порошка дол:,«» быть концентрационно чувствительной. Действительно, пеняя концентрацию активатора, можно менять расстояние, проходимое носителями заряда до захвата на центрах свечения.

Увеличивая концентрацию активатора, мы уменьшаем время жизни свободных носителей заряда, что должно приводить к уменьшению вероятности их выхода на поверхность. Очевидно, что при достаточно. больших концентрациях активатора, вероятность выхода носителей заряда на поверхность может стать пренебрежимо малой, и размерное тушение может исчезнуть. Для проверки этого предположения были проведены измерения спектров рентгенолюминесценции порошков т-п^ш-тЕс различными концентрациями активатора. Оказалось, что зависимость интенсивности свечения от размера частиц, наблюдаемая на порошках с малой концентрацией активатора, пропадает при повышении концентрации активатора.до 10 см .

Исчезновение размерного эффекта при больших концентрациях .активатора убедительно поддерживает вывод о связи размерного тушения с'выходом на поверхность электронных возбуждений.

Для окончательного выбора модели процесса размерного, тушения рентгенолюминесценции воспользуемся тем, что предположение о тушении люминесценции на дефектах решетки правомерно лишь в слое толщиной 0,1 («см, и оценим эту величину, исходя из полученных экспериментальных данных. Рассмотрим следующую простую модель: предположим, что частицы порошка имеют сферическую форму и введем следующие обозначения: /" - радиус частицы порошка, о/ - характерная толщина приповерхностного слоя, такая, что вероятность из-лучательной рекомбинации на расстоянии от поверхности ж ^ сУ ' равна 0, а на расстоянии • л > <{ равна I. Тогда , б рамках данной гру&ой модели регистрируемое свечение обеспечивается реком-

бинациями в объеме частицы радиусом (Г- с/ >. Исходя из равенства масс исследуемых образцов и простых геометрических соображений, можно получить аналитическое выражение для зависимости интенсивности свечения от размера частиц порошка:

где [ - наблюдаемая интенсивность свечения, 10 - часть свечения, не зависящая от размера частиц и связанная,' по-видимому, с рекомбинацией в генетических парах, И -^константа. Полученная зависимость.спрямляется в координатах VI от 'V , и тогда, экстраполируя полученные зависимости к I '.!<, ® , получаем значения сI . На рис.3 приведены некоторые экспериментально полученные зависимости в координатах у! ■ от УГ . Для различных систем значения с/ колеблются в интервале 20-40 мкм. Ясно, что, учитывая грубость модели, эти значения можно рассматривать только в качестве оценки порядка величины приповерхностного слоя с пониженным выходом люминесценции. Однако сам порядок величины с1 Ю мкм в сочетании с данными по влиянию аргона позволяет сделать достаточно уверенный выбор между двумя рассмотренными выше моделями приповерхностного слоя с пониженным выходом объемной рентгенолюмикесценции: спой с повышенной концентрацией центров тушения (дефектов) или слой, из которого осуществляется выход электронных возбуждений на поверхность, в пользу воторой модели. Следует особо подчеркнуть, дао значения" с/ совпадают по. порядку величины со значениями глубин.выхода, подученных в опытах по изучению радиолиза воды на поверхности ЩГК. Поскольку осуществление радиолиза 'воды именно на поверхности ке вызывает сомнений, такое совпадение является еще одним, серьезным доводом, поддерживающим сделанный вывод.

Размерные эффекты ь кинетике радиолюминесценции ЩГН■

Как было показано вше, при облучении ЩГК осуществляется перенос энергии ионизирующего излучения, поглощенной в объзме кристалла, к его поверхности. Этот процесс реализуется в виде выхода термализованных носителей заряда с глубин порядка десятков микрометров. Для обсуждения механизма наблюдаемого явления актуальной является оценке временных параметров наблюдаемого процесса.

а именно, характерного времени выхода носителей заряда на поверхность. Решение этой задачи предполагает изучение влияния дисперсности исследуемых образцов на кинетику радиолюминесценции при импульсном возбуждении.

Были проведены три серии экспериментов по исследованию размерного эффекта при импульсном возбуждении высокоэнзргетически-ми электронами. т тР

1. Исследование активаторной люминесценции С 5/ ^прл возбуждении импульсами длительностью 3 не.

2. Исследование сверхбыстрой люминесценции (СБЛ) Сь1 > обусловленной внутризоннкми переходами, при возбуждении импульсами длительностью ~-50 пс.

3. Исследование экситонной люминесценции при возоуж-дении'импульсами длительностью —50 пс.-

Резулотаты этих серий экспериментов сводятся.к следующему. В СБЛ размерный эффект отсутствует. В активаторком свечении С^'Тс при возбуждении 3 наносекукднкми импульсами наблюдается размерное тушение, не сопровождающееся изменениями- в кинетике свечения (рис.4).'В экситонной люминесценции Сь1 при возбуждении ЬО-пи-косекундными импульсами размерное тушение сопровождается сокращением длительности разгорания свечения (рис.5).

Результаты анализа этих данных сводятся к следующему.

1. Отсутствие зависимости интенсивности сверхбыстрой люминесценции в СьГ при возбуждении субнаносеку'ндныш импульсами ускоренных электронов от размера частиц облучаемого порошка свидетельствует о том, что .'характерное время выхода носителей заряда на поверхность значительно больше длительности импульса люминесценции ( ~1(Г с). То есть процессы йзлучательной рекомбинации носителей заряда, обусловливающие импульс радиолюминесценции, происходят быстрее, чем кх выход на.поверхность. Время затухания импульса, люминесценции является нигшей границей величины времени выходе носителей заряда на поверхность. .

2. Падение'интенсивности активаторной люминесценции

с уменьшением размера частиц порошка при сохранении формы импульса свечения говорит о том, что время размерного туиения меньше длительности импульса возбуждения ( 10""с). То есть низноэнер-гетическив электронные возбуждения за рреиА импульса успсвппт ттйти на поверхность, и наблюдаемое свечение обусловлено рекой-бинйцией' Только с теми носителями заряда, которые остались .в

объеме кристалла. В этом случае длительность импульса возбувде-ния является верхней границей величины времени' выхода.

3. В рассмотренных случая! время размерного тушения существенно отличается от длительности импульса люминесценции. Если же выход носителей заряда на поверхность осуществляется за времена, сравнимые с длительностью импульса люминесценции, наблюдается следующая картина (люминесценция триплетного автолокали-зоёйнного экситона в С&1 , рис.5).

Как видно из рис.5 разгорание люминесценции для фракции 0,04-0,8 к:к длится 500-600 пс. Длительность этого раэгорания практически совпадает с разгоранием люминесценции в монокристалле и определяется временем жизни электронов в зоне проводимости,-ограничиваемым рекомбинацией с Уц -центрами.

Тушением люминесценции, обусловленным выходов носителей заряда на поверхность, в этом случав можно пренебречь, т.к. объем приповерхностного слоя (глубина выхода 10 мкм) значительно меньше размера зёрна. Совсем иная ситуация реализуется в случае мелкодисперсной фракции 0,06+0,08 мм (рис.4). В этом случае глубина выхода (~30 мкм) совпадает с "радиусов" зерна, т.е. объем приповерхностного слоя, из которого осуществляется выход носителей заряда на поверхность, практически равен объему зерна и, следовательно, выход носителей заряда на поверхность может осуществляться из всего объема зерна, В связи с этим, время жизни электронов в зоне.проводимости ограничивается уже не рекомбинацией с V« -центрами, а выходом их на поверхность, что и объясняет сокращение длительности разгорания с 600 пс до 200 пс. Таким образом, эти данные дают возможность сделать наиболее обоснованную оценку времени выхода электронов на поверхность: ~ 200 пс.

При обсуждении механизма переноса энергии ионизирующим излучением к поверхности прежде всего следует решить принципиальные вопросы о природе электронных возбуждений, выходящих на поверхность, и о характере их движения. Поскольку, как показано ранее, интересующий нас процесс переноса конкурирует с объемными излу-

Алукер Дейч Р.Г., Думбадзе Г.С, Кинетика люминесценции

¡целочногалоидннх сцннтилляторов при -возбуждении субнаносе-. 1^нди1:ми шпульсаш электронов// Письма в ЖСФ; - 19ВС; - ,

' ТД4. - В'льГЬ... - С.2132-2136

чательныш рекомбинациями, то частицу, чр&нсцортир}к/цуя опер; к поверхности кристалла, следует впбирать из известного ряда: электрон, зонная дырка, Ун -центр, окситон. Что же касается .характера движения частиц к поверхности, то тут возмоули всего два варианта: диффузионный перенос или направленный перенос, например, дрейф заряженных частиц в электрическом поле. Определяющим критерием выбора, между имеющимися вариантами Оудет служить вопрос: "Может ли предлагаемый механизм обеспечить выход носителей-заряда на поверхность с расстояний ~ Ü0 шсм за Бремена порядка ¿00 не?" Количественные оценки-, проведенные в ранках предложенной модели процесса размерного тушения, позволяет с уверенностью осуществить выбор вероятного механизма переноса энергии: дрейф электронов в поле поверхностного заряда, созданного облучением. В литературе обсуццаются несколько возмогших механизмов возникновения таких полей: зарядка образца за счет избыточ-Horof заряда, вносимого при облучении электронами, зарядка, поверхности за счет эмиссии.электронов с поверхности при облучении, создание электрического поля за счет того, что электроны, образующиеся в результате ионизационных каскадов при облучении имеют импульс, направленный преимущественно "вглубь" образца. К сожалению, имеющиеся в настоящее время литературные данные не позволяют сколько-нибудь уверенно оценить возможный вклад каждого из этих механизмов в формирование актуальных электрических полей. Поэтому о механизме зарядки поверхности ЩЩ пока нельзя говорить с достаточной определнностью, однако, некоторые количественные характеристики этого процесса известны. В частности, оценка величины напрянённости электрического поля в приповерхностном слав дает -значения £ . - IÓ *-10° В/см, что вполне достаточно для выхода электронов с глубин порядка 10 мкм за вреена-порядка 10" с.

'■шки ртщт л вывода

I. Обнаружено размерное тушение в стационарной рентгенолюминесценции цГК, связанное.с выходом на поверхность электронных' возбуждений.

Экспериментальная оценка глубины выхода электронных боз-букдений. диет значение порядка Ю мкм.

3. Обнаружена зависим >с»ь времени .разг'орания экситонной ра-диом»глнесцонщ:и 0¿> í от дисперсносги иссяедуекого порошка.

4. Получена экспериментальная оценка времени выхода носителей заряда на.поверхность с глубины 10 мкм 200 пс.

5. Предложен наиболее вероятный.механизм переноса энергии к поверхности кристалла - дрейф носителей заряда в поле поверхностного заряда, созданного облучением.

Результаты работы могут быть полезны для целенаправленного повышения эффективности гетерогенных радиационно-стиыулированнш процессов и выбора оптимальных дисперсностей порошкообразных и пленочных сцинтилляцнонных приемников ионизирующего излучения.

Развитие исследований целесообразно проводить в следующих направлениях: .

X. Расширение круга объектов исследования за счет изучения различных классов веществ для выяснения общих закономерностей процесса.

2. Изучение размерного тушения люминесценции на тонких пленках при наложении ьнешнего электрического поля для более корректного определения количественных характеристик процесса переноса энергии.

Рис Л. Спектры рентгенолшинесценцйк порошков иг-ге при / =300 К.

1 - размер зерен 0,5+0,8;

2 - размер зерен 0,06+0,08

,2. Зависимость интенсивности рентгенолюминесценции порошка Х1-ТС {Л^г.0,1) от размера зерна при Т =300 К ■

1С

X,

ч

«а а.,

обвисимое-П! интенсивности

рентгенолюшшееценции по-• чч рошков ц^С от размера зорен

\ 4\ к координатах /I. от У/'

\ .ыо^ч Г =ЬСО К. I - НСС'ТС •

У 2 - иг-ге

Рис. 4

. Импульсы свечения порошков CsI-T£^J2,2 зВ) при возбуждении 3 не электронными импульсами. / =. 300 К. Концентрация активатора Ю с;/-*. I - размер зерен 0,06*0,08 ш; 2 - размер зерен 0,5*0,8 им

* т ая- г,а

Рис.5. Разгорание люминесценции

триплетного автолокализовац ного экситона в порошках

С в! ( Л ^ 3,6 эВ) при возбуждении 50 пс электрон-нши импульсами. Т =60 К. I - размер зерен 0,06+0,08 мм; 2 - размер зерен 0,5+ 0,8 мм; 3 - импульс возбуждения

Работы,! опубликованные по тепе диссертации

Алукер В.Э., Александров А .Б. Кинетические закономерности ра-диолиэа воды, адсорбированной на поверхности щелочных галоидов// В кн.: "Исследования по химии, технологии и применении радиоактивных веществ".--'Л.; Изд.ЛТИ да.Ленсовета, 1904. -С. 35-44. 17

2. Ллукер B.D., Гринберг И.Г., Нестерова С.Н,, Нечаев А.Ф. Влияние фанера зерен на выход рентгенолюминесценции // Изв.M Лат в.ССР, сер.физ-. и техн.наук. - 1966-. - Ш 5, ç.23-25.

3. Ллукер В.Э., Гринберг М.Г., Нестерова С.Н., Нечаев А.Ф. Рент-генолюминесцеиция hï-TL различной дисперсности// Изв.АН Латв.ССР, еер.физ. к техн.ноук. - 1986. - № 6, с.II?-119.

4. Ллукер В.Э., Гпврилов В.В. Кинетика люминесценции порошкообразного С<>[ . при возбуждении наносекундными импульсами электронов// В сб.тезисы докладов IX Всес.конф."Состояние и перспективы разработки и применения сцшт.илляторов и сц.детекторов б XII пятилетке", I9&3. - С.21.

5. Алукер В.Э., Гринберг M .Г., Нестерова С..Н. Влияние дисперсности fia радиолвшнесцепц® щелочиогаловдных сцинтиллятороп/'/ В сб. тезисы докладов IX Всес.конф."Состояние и перспективы разработки и применения сцинтилляторов и сц.детекторов в XII пятилетке", I9o6. ^ С.29.

о. Ллукер В.Э., Гринберг М.Г., Нестерова С.Н. Влияние газов на' экситоннуго люминесценцию ftl при рентгеновском возбуждении// В сб.тезисы докладов Ii Всес.сов."Воздействие ионизирующего излучения и света на гетерогенные системы", Кемерово, 1986.

- С.Ю.

'''.-Ллукер В.З., Гринберг М.Г., Нестерова С.Н., Нечаев А.Ф. Рент-генолюминесценция порошков щелочных галогенидов//'В сб.тезисы докладов У1 Всес.конф.по радиационной, физике., и химии Ионных кристаллов. - Рига.. 1966. - С.214.

в. Ллукер В.Э., Гаврилов В.В., Нестерова С.И. Размерные эффекты в радиолюминесценции ЩГК// В сб.тезисы докладов Всес.симп. "Люминесцентные приемники ионизирующего излучения". - Львов.

- I9BB. - С.39,

9. Алукер В.Э., Нестерова С.Н. Влияние поверхности на объемную радиолюминесценцию ионных кристаллов// В сб.тезисы докладов И Всес.конф .по физике диэлектриков. - Томск. - 1988. - С.61.

Ю. Алукер В.Э., Нестерова С.Н. Радиолюминесценция порошков ионных кристаллов// В сб.тезисы докладов УП Всес.конф.по радиационной физике и химии неорганических материалов. - Рига. -1969. - С.229.

АЛУКЕР Виктор Здуаддошч

РАаМЕНШЕ ЭМЕКТЦ В РАДОШШЬ'СЦЕЩШ шд; А в т о р.е ф е р а т

Подписано к печати 02.07.90. да 07332 Заказ № 108. Тираж 10-3 экз. 0,8 уч.дзд_л. 'Печать офсетная.Бумага лиочан № 2,Бесплатно. Ротапринт ИФ АН ЛатвССР,229021, Рижский р-н, Саласкило