Giáo trình Xử lý bức xạ và cơ sở của công nghệ bức xạ - GS. TS. Trần Đại Nghiệp Phần 6

Nguyên tử ngoài nút là những nguyên tử rời khỏi vị trí của chúng trong tinh thể nhưng lại không chiếm một vị trí nút mạng nào cả, mà nằm ở đâu đó giữa nút mạng. Trên nguyên tắc loại khuyết tật này có thể là nguyên tử của vật chủ, hoặc nguyên tử của tạp chất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Xử lý bức xạ và cơ sở của công nghệ bức xạ - GS. TS. Trần Đại Nghiệp Phần 6 51 Nguyên tử ngoài nút Nguyên tử ngoài nút là những nguyên tử rời khỏi vị trí của chúng trong tinh thể nhưng lạikhông chiếm một vị trí nút mạng nào cả, mà nằm ở đâu đó giữa nút mạng. Trên nguyên tắcloại khuyết tật này có thể là nguyên tử của vật chủ, hoặc nguyên tử của tạp chất. Như vậy khichiếu xạ đồng thời xuất hiện các nguyên tử ngoài nút mạng và lỗ trống. Một cặp khuyết tậtnhư vậy gọi là khuyết tật Frenkel. Dịch chuyển tầng Nguyên tử ngoài nút chủ yếu xuất hiện trong quá trình tương tác của các hạt nặng mangđiện, ion gia tốc, mảnh phân hạch, nơtron… Trong các trường hợp này, năng lượng truyềncho nguyên tử dịch chuyển có thể đạt tới hàng chục - hàng trăm keV, nghĩa là lớn hơn rấtnhiều so với Eng. Với năng lượng đó nguyên tử dịch chuyển (hay nói đúng hơn là các ion) lànhững hạt được gia tốc. Khi chuyển động trong chất rắn, chúng gây ra quá trình ion hóa vàkích thích các nguyên tử khác trên đường đi tạo ra một sự dịch chuyển thác hay dịch chuyểntầng, cho tới khi chúng dừng hẳn (Hình 5.2). Bức xạ gamma và electron nhanh cũng có thể tạo ra sự dịch chuyển của nguyên tử. Tuynhiên, các nguyên tử dịch chuyển có năng lượng tương đối thấp và không có khả năng tạo racác dịch chuyển tiếp theo hay nói cách khác là không tạo ra được các dịch chuyển tầng. Chínhvì vậy, hiệu ứng tổng của bức xạ gamma và electron nhanh để tạo ra các nguyên tử ngoài nútnhỏ hơn vài bậc so với hiệu ứng của nơtron và các hạt nặng mang điện. Khuyết tật dưới ngưỡng Trong thực tế, có thể xuất hiện các nguyên tử dịch chuyển ở năng lượng nhỏ hơn Eng. Cóthể giải thích hiện tượng này như sau: do kết quả của sự ion hóa của các lớp vỏ điện tử bêntrong của tinh thể, các chuyển tiếp Auger có một xác suất nào đó, sau đó sẽ xảy ra sự trao đổiđiện tích của ion (Hình 5.3). Ở vào trạng thái tĩnh điện không bền vững, do tương tácCoulomb và dao động nhiệt, ion có thể bị đẩy ra khỏi nút mạng. Cơ chế này gọi là cơ chếVarly. 51 52 Hình 5.3 Cơ chế tạo khuyết tật dưới ngưỡng Nguyên tử tạp Nguyên tử tạp trong chất rắn được tạo ra do kết quả của quá trình phân hạch hạt nhânnguyên tử hoặc các biến đổi hạt nhân khác, cũng như bằng quá trình chậm dần của các hạt bắnphá. Việc tạo ra các nguyên tử tạp có một ý nghĩa quan trọng trong trường hợp chất bán dẫn,trong đó sự có mặt của các tạp chất với một lượng rất nhỏ cũng ảnh hưởng tới tính chất điệnly của chất bán dẫn. Quá trình này được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là quá trìnhcấy ion. Các tâm màu Đây là loại khuyết tật của mạng tinh thể hấp thụ ánh sáng trong một vùng phổ mà khôngcó trong phổ hấp thụ của tinh thể. Thoạt đầu người ta gọi các tâm màu là các lỗ trống anionsau khi đã chiếm đoạt một số electron. Hiện nay tâm màu được coi là một khuyết tật điểm bấtkỳ hấp thụ ánh sáng không nằm trong phổ hấp thụ của bản thân tinh thể Khuyết tật phức Khi các khuyết tật điểm tương tác với các nguyên tử tạp có thể tạo ra các khuyết tật phức. Lỗ trống Khi chiếu xạ rất lâu, có thể xuất hiện một quần thể các khuyết tật điểm gồm từ 2, 3 hoặcnhiều hơn các lỗ trống. Quần thể này không bền vững so với các khuyết tật đơn lẻ. Loạikhuyết tật này tạo ra các lỗ hổng và rất đặc trưng cho quá trình chiếu nơtron đối với kim loạivà hợp kim. 5.1.1.2 Khuyết tật có kích thước Khuyết tật có kích thước là loại khuyết tật chiếm một không gian có kích thước cỡ vàikhoảng cách giữa các nguyên tử. Có thể phân ra một số loại khuyết tật như sau: Khuyết tật biến vị Khuyết tật biến vị là những tuyến mà dọc theo nó hay ở gần nó, cấu trúc hai chiều thôngthường của nguyên tử bị phá vỡ. Chẳng hạn một nguyên tử đồng nhận một năng lượng 20 keV, nó sẽ thoát vị và di chuyểnmột khoảng 1000nm. Trên khoảng cách đó có vài nghìn nguyên tử đồng khác, mỗi nguyên tửnhận được khoảng 3eV. Năng lượng này vượt quá năng lượng nóng chảy. Quá trình giải52 53phóng năng lượng diễn ra rất nhanh trong khoảng 10-11 - 10-12s, vật chất bị nguội đi cũng rấtnhanh. Quá trình nóng chảy và nguội đi làm dịch chuyển tất cả các nguyên tử trong phạm vigần đó và tạo ra các khuyết tật biến vị. Khuyết tật bọt khí Đó là các khuyết tật đặc biệt dưới dạng những khoang rỗng chứa đầy khí. Nó được tạo rakhi xảy ra các phản ứng hạt nhân với sản phẩm ở dạng khí. Ví dụ: 6 Li(n, α)T, 10B(n, α)7Li, 25Mg(n, α)22Ne ... Những bọt khí hêli như ...