ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ПРОТОНАМИ НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ КСl—КВr

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

1965

Том 140

ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ПРОТОНАМИ НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ КС1—КВг

В. А. ПОПОВ, В. Д. РУЦКОВ

Известно, что основной вклад в ионную проводимость щелочно-галоидных кристаллов обусловлен катионными вакансиями; таким образом, измеряя электропроводность кристаллов, можно контролировать дефективность катионной субрешетки [1].

В работах Кобаяси, Смолуховского и Пирлштейна было показано, что предварительное облучение протонами снижает электропроводность щелочно-галоидных кристаллов [1, 2, 3].

Возможны по крайней мере два объяснения этого явления:

1. Уменьшение проводимости связано с нейтрализацией вакансий, ответственных за электропроводность, путем захвата электронов и дырок [1]. Эта гипотеза основана на быстром электронном процессе, не зависящем от температуры. Она не получила экспериментального подтверждения.

2. Уменьшение электропроводности связано с образованием нейтральных комплексов катионных и анионных вакансий, вследствие чего уменьшается число свободных вакансий, ответственных за электропроводность [2]. Этому соответствует механизм Варли. Этот механизм обеспечивает избыток анионных вакансий. При достаточно высоких температурах, обеспечивающих подвижность вакансий, становится возможным образование нейтральных комплексов, состоящих из анионных и катионных вакансий, в результате чего происходит уменьшение проводимости. При дальнейшем повышении температуры группы вакансий диссоциируют и дефекты отжигаются [2]. Это приводит решетку кристалла в исходное состояние, и проводимость становится равной проводимости необлученного кристалла.

В данной работе исследовалось влияние изодозного протонного облучения 6-1014 прот.¡см2 на электропроводность твердых растворов КС1—КВг. Монокристаллы твердых растворов выращивались методом Киропулоса. Измерение электропроводности образцов производилось не позднее, чем через 10 дней после выращивания монокристалла. Электропроводность измерялась в условиях вакуума с помощью усилителя типа „Кактус". Облучение образцов производилось протонами с энергией 4,0 + 0,1 Мэв на циклотроне Томского политехнического

института. При облучении предполагалось, что прокрашивание растворов изменяется аддитивно с составом. Глубина прокрашивания KCl — 270р/с, КВг — 220|Ж. Температура образцов во время облучения не превышала 40°С (ток протонного пучка 0,2 ¡¿а). Зависимость lgo =

i4

/ ю \

= для необлученных образцов имела вид прямых. Для облу

ценных кристаллов в линейной зависимости /

Ю4

Т

наблюдает-

ся перелом Результаты KCl — К Br представлены

при различных температурах в зависимости исследования электропроводности твердых

на рис. 1 в виде зависимости з()/а0б

СГЛ

к

ь

/ \

I /

/ \

\

\ \ *>

\

от состава, растворов

В области температур 20° — 40 С проводимость облученных кристаллов выше, чем у необлученных. Выше 40°С прово-

димость образцов всех составов (кроме КВп уже ниже, чем у необлученных. В облученных образцах КВг проводимость ниже, чем в необлученных, уже при ¿>о6°С. Отношение з0/аобл,в зависимости от температуры достигает максимума для кристаллов КС1 и КВг в интервале температур от 58°С до 63°С. Величина максимума з0/зобл для кристалла КС1 в 3 раза больше, чем для КВг. Таким образом, наибольшее понижение электропроводности после облучения протонами наблюдается у кристаллов КСЛ.

Для твердых растворов величина максимума °о/аобл изменяется в зависимости от соотношения компонент, а именно, возрастает с увеличением содержания КС1 в КВг. Кроме того, увеличение содержания КС1 в КВг вызывает сдвиг максимума? 0/аобл в сторону более высоких температур.

Понижение проводимости твердых растворов КС1—КВг при изо-дозном облучении протонами 6-Ю14 ирот./см-, видимо, связано с образованием нейтральных комплексов [2]. При исследовании диэлектрических потерь в щелочно-галоидных кристаллах, проводимом аспирантом Ю. М., Анненковым наблюдались релаксационные максимумы в зависимости о возникновение которых связано с обра-

зованием нейтральных комплексов.

/20 /40 160

Рис.

1. Зависимость J()/J06:I = /(¿°С) Для

дых растворов KCl—КВг: I. КВг; 2. KCl; 3. KCl—КВг 50-50 4. КС —КВг 10—90 %; 5. KCl—КВг 90--10 °/о.

твер-

В зависимости tgo = f(t°С) после облучения протонами наблюдаются релаксационные максимумы, возникновение которых объясняется образованием нейтральных комплексов.

Из зависимости lga = была определена энергия активации

процесса электропроводности согласно формуле

__

о = А-е кТ.

В табл. 1 приведены энергия активации и температура перелома в зависимости Igc=f

Т а б лица!

Энергия активации в эв перелома

Состав в % моль KCl—КВг облученные

необлученные до перелома после перелома

0—100 1,07 0,59 1,10 63

10-90 0,81 0,86 0,91 56

50—50 0,99 0,59 1,03 20

90 10 1,01 0,62 1,19 86

100-0 1, 15 0,65 1,19 58

Энергия активации твердых растворов меньше, чем у чистых компонент. С увеличением содержания KCl в КВг возрастает энергия активации процесса электропроводности.

Выводы

1. Получены качественные данные о влиянии изодозного облучения протонами на электропроводность твердых растворов KCl— КВг: выше 40°С проводимость твердых растворов KCl—КВг ниже, чем у необлученных образцов.

2. Величина максимума сто/аобл в твердых растворах возрастает с увеличением содержания KCl в КВг.

3. Положение максимума а0/зобд смещается в сторону более высоких температур с увеличением содержания KCl в КВг.

4. Энергия актииации процесса электропроводности твердых растворов KCl—КВг, необлученных и после облучения протонами меньше, чем у чистых компонент.

5. Энергия активации процесса электропроводности зависит от химического состава твердых растворов, с увеличением содержания KCl в КВг энергия активации растет.

ЛИТЕРАТУРА

1. К. Kobayashi. The Phys. Rev. vol. 102, 348, 1956.

2. P. С m о л у x о в с к и й. Доклад на Меж iya ipo ;ной конференции по мирному использованию атомной энергии. Женева, т. 7, 1955.

3. Р е а г 1 s t е i n Е. A. Phys. Rev. vol. 29, jNs 4, 1953.

4. Тезисы докладов на XII совещании по люминесценции, Львов, о0/1 -5/11—64 г. стр. 34, 1964.

С. Зак. 2557.

81