Введение к работе
Актуальность темы. Метод импульсного радиолиза является одним из наиболее перспективных и информативных методов исследования, используемых уже на протяжении многих лет в физике и химии твердого тела. Во всяком случае, в радиационной физике и химии твердого тела на протяжегош последних 15 + 20 лет наиболее серьезный прогресс связан с использованием именно этого метода. В подавляющем большинстве исследований быстро-протекающих радиационно-стимулированных процессов в качестве источников возбуждения используются сильноточные импульсные электронные ускорители с длительностью импульса порядка единиц наносекунд. Регистрируемыми характеристиками изучаемых процессов при этом является релаксация спектров оптического поглощения и люминесценщш короткоживущих состояний, возникающих в образце в результате воздействий импульса уско-
В значительно меньшем числе работ регистрируются также импульсы радиационно-стимулировшпгой проводимости, что значительно дополняет исследуемую картину и резко снижает поле для недостаточно обоснованных спекуляций.
В середине 80-х годов, после разработки обострителей в практике исследований некоторых лабораторий появились установки импульсного радиолиза пикосекундного диапазона.
Существующая техника регистрации оптических сигналов позволила использовать этот методический прорыв и регистрировать спектрально-кинетические характеристики оптического поглощения и люминесценции с необходимым временным разрешением, однако, к началу наших исследований предельное временное разрешение методик измерения импульсной проводимости диэлектриков не превосходило 1 НС
Эта ситуация делала весьма актуатыгой решение весьма трудоемкой задачи: разработку методики измерений импульсной проводимости диэлектриков с временным разрешением пикосекундного диапазона.
Другим аспектом, обуславливающим необходимость развития работ в области методики измерения импульсной проводимости, является перспективность использования методического подхода ггмпульсного радиолиза в исследованиях инициирующих взрывчатых веществ (ИВВ). Уже первые по-
пытки использовать такой подход с применением техники регистрации оптических сигналов дали очень интересные и обнадеживающие результаты. Это обстоятельство обусловило необходимость разработки методики исследования импульсной проводимости взрывающихся образцов.
Изложенные выше соображения служат, на наш взгляд, достаточным обоснованием актуальности методической задачи нашей работы: разработка методики исследования импульсной проводимости диэлектриков с временным разрешением пикосекундного диапазона и методики исследования импульсной проводимости взрывающихся образцов (ИВВ).
Любой, достаточно серьезный шаг в методике исследований приводит обычно к появлению новых и интересных физических результатов, характер и значение которых заранее, как правило, предсказать невозможно. Актуальность же физических задач данной работы, постановка которых связана, в первую очередь, с логикой исследований нашей лаборатории, определялось следующим.
-
Одним из основных модельных объектов в физике твердого тела являются щелочно-галоидные кристаллы (ЩГК). На основании исследования именно этих систем сформированы основные представления, лежащие в основе современной физики и химии ионных кристаллов. Однако, как это ни парадоксально, до настоящего времени отсутствуют прямые экспериментальные данные о такой важнейшей характеристике, как время жизни электронов в зоне проводимости т. Можно лишь утверждать, что при плотностях возбуждения, характерных для техники импульсного радиолиза, время жизни зонных электронов меньше 1 не. Поэтому прямое экспериментальное измерение этой величины по спаду импульса проводимости или хотя бы ужесточение оценки верхней границы г, если длительность спада импульса проводимости окажется меньше временного разрешения методики, представляется весьма актуальным. Прикладной аспект этой задачи определяется тем, что г определяет предельное временное разрешение различных быстродействующих устройств на базе ЩГК, используемых для регистрации ионизирующих излучений.
-
Азиды тяжелых металлов (ATM) на протяжении многих лет являются основным модельным объектом в исследовании ИВВ. Однако, до настоящего времени дискуссионным оставался основной вопрос, какой механизм
взрыва реализуется в ATM: цепной или тепловой? Представляется, что исследование проводимости в процессе взрывного разложения ATM могло бы пролить некоторый свет на эту принципиальную проблему. Прикладной аспект которой связан с техническими применениями ATM.
Цель и задачи исследования
-
Развитие методики измерения импульсной проводимости, позволяющее расширить возможности этого метода для исследования диэлектрических материалов с малым временем жизни зонных носителей заряда и взрывающихся образцов.
-
Исследование импульсной проводимости ЩГК с субнаносекундным временным разрешением и поиск проводимости ATM в процессе взрывного разложения.
Достижение поставленных целей обусловило необходимое іь решения следующих конкретных задач.
-
Разработка методики исследования радиационно-стимулированной импульсной проводимости диэлектриков с субнаносекундным времегашм разрешением
-
Разработка методики исследования проводимости взрывающихся образцов в процессе взрывного разложения. Разработка методики синхронного измерения электрического и акустического сигналов в процессе взрывного разложения.
-
Исследование ишгульсной проводимости ряда ЩГК при возбуждении 50 пс импульсами электронного ускорителя с временным разрешением порядка 100 пс.
-
Поиск проводимости AgN;, в процессе взрывного разложения. В случае ее обнаружения, синхронизация импульса проводимости с акустическим сигналом.
Научная новизна работы.
1. Впервые разработана методика измерения радиационно-стимулированной импульсной проводимости диэлектриков с временным разрешением -100 пс.
-
Впервые разработана методика синхронного измерения электрического и акустического сигналов взрывающихся образцов в процессе их взрывного разложения.
-
Впервые измерена импульсная радиационно-стимуліфоваїшая проводимость ряда ЩГК с временным разрешением -100 пс,
-
Обнаружено новое явление - предвзрывная проводимость AgN3. Величина предвзрывной проводимости доказывает цепной характер взрывного разложения AgN3.
Практическая значимость работы определяется следующими обстоятельствами:
-
Возможностью использования разработанных методик в исследованиях по импульсному радиолизу диэлектрических материалов и в исследованиях взрывного разложения ИВВ.
-
Возможностью использования полученных данных по временам жизіш зонных электронов в ЩГК для оценки предельных параметров быстродействующих детекторов ионизирующих излучений на базе ЩГК.
-
Возможностью использования надежно установленного факта цепного характера взрывного разложения AgN3 в технике ИВВ.
Защищаемые положения:
1. Разработанные методики измерения импульсной проводимости:
- измерения радиационно-стимулированной импульсной проводимости диэлектриков с временным разрешением-100 пс.
- измерения проводимости взрывающихся образцов в процессе их взрывного разложения и синхронного измерения электрического и акустического сигналов в процессе взрывного разложешія.
2. Обнаружение нового явления - предвзрывной проводимости AgN3
т.е. проводимость образца до его мехашіческого разрушения в результате
взрывного разложения.
-
Экспериментальное доказательство цепного характера взрывного разложения азида серебра.
-
Экспериментальные данные по сечениям захвата и рекомбинации электронов в ряде ЩГК:
оценка нижней границы сечения рекомбинации e-»VK в KCI, NaCI, КВг:
5р>5-10-13см2.
оценка величины сечения рекомбинации е->VK в Csl: Sp * 2-10"14 см . оценка величины сечения захвата e->VK в Csl-Tl: Sp » 5-Ю"16 см2.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI международной конференции «Радиационные гетерогенные процессы», Кемерово, 1995 г.; IV международной конференции «Прочность и пластичность материалов в условиях высоких энергетических воздействий», Новокузнецк, 1995 г.; XI симпозиуме по гореншо и взрыву, Черноголовка, 1996 г.; Первом Всероссийском симпозиуме по твердотельным детекторам ионизирующих излучений ТТД-97, Екатеринбург, 1997.
Публикации: Результаты диссертации изложены в 11 научных работах. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура. Диссертация состоит го введения, четырех глав, выводов, списка литературы и содержит 151 страниц машинописного текста, 53 рисунка, 4 таблицы. Список литературы содержит 126 наименований.
