Ионика твердого тела. Том 1 - Иванов-Шиц А.К.
ISBN 5-288-02746-3
Скачать (прямая ссылка):
микрон. При значительно больших толщинах слоя или при плохой
растворимости вещества в материале образца, что возьожно в случае
гетеродиффузнн, абсолютное большинство атомов диффузанта может остаться
на поверхности в течение всего опыта. Такой случай представляет собой
диффузию из постоянного источника и описывается уравнением
го даны в таблицах [2].
Метод секционирования позволяет использовать все виды радиоактивного
излучения, включая у-излучение. Он надежен, доступен и приводит к
среднеквадратичным ошибкам порядка 3-5%.
Абсорбционный метод основан на изучении поглощения диффузионной средой
радиоактивного излучения (как а-, так и p-излучения) диффундирующих
атомов, что дает возможность судить о глубине их проникновения. В
зависимости от характера излучения, испускаемого радиоактивным изотопом,
измерение активности и расчет коэффициента диффузия производят различными
способами [3]. Абсорбционный метод используется в тех случаях, когда
разрушение исследуемого вещества нежелательно.
В последние десятилетия техника диффузионных измерений получила новый
стимул в изучении ядерных материалов - особенно керамических
тепловыделяющих элементов (твэлов), т.е. оксидов, карбидов и тому
подобных соединений урана и плутония [11]. Реакторные твэлы должны
работать долго при высокой температуре, а их механические свойства,
геометрические размеры и форма существенно определяются диффузионными
процес-
(4)
(5)
* г
Здесь ф(-) = Г
V2rt0j
е 2 dx" г = Х - Иначе говоря, Ф(г) - интеграл вероятностей, значения
которо-
95
сами* В подобных случаях времяопределяющим фактором является диффузия
металлических атомовили ионов, так как последние обладают сравнительно
малой подвижностью* Меченые атомы металла - индикаторы, используемые в
этих исследованиях, обычно претерпевают а-распад (U233, Ри238 н т*п*)* В
таком случае свойства a-излучения позволяют развить бездеструкционный
метод измерения величины D, который в то же время позволяет измерить
значение Дощ, значительно меньшее получаемых обычными методами абсорбции
и секционирования* Само собой разумеется, что данный метод имеет общий
характер и может быть применен и для других твердофазных материалов*
Ниже описываемый метод [12], иногда называемый "методом деградации а-
энергш/\ состоит в нанесении тонкого слоя излучающего вещества на слой
диффузалта и в измерении а-спектра до и после диффузионного отжига*
Первоначально линейчатый а-спектр после отжига расползается и смещается в
сторону меньших энергий, что, естественно, объясняется потерей энергии а-
частицами, испускаемыми из глубины образца продиффундировавпшмн мечеными
атомами* Если отношение между измеряемой энергией Еа и толщиной
проникновения меченых атомов ха известно, то измеренный спектр энергий а-
часпщ может быть конвертирован в диффузионный профиль, т*е. кривую
зависимости концентрации са меченых атомов от глубины проникновения ха.
Отсюда определяется Da *
Применяя современный а-спектрометр, можно обнаружить изменения в спектре,
например смещение линий или их уширение порядка 1 кэВ* Потеря энергии
порядка 1 кэВ соответствует для ос-частяц прохождению слоя порядка ЗОА в
материале. Можно a priori рассматривать скорость счета, регистрируемую
отдельным каналом многоканального усилителя, как соответствующую
некоторому слою, подобному тому, который получается при секционировании*
В этом случае метод деградации а-энергии дает улучшение разрешения по
глубине примерно в 300 раз, что снижает предел Дот в Ю5 раз, т*е* до
уровня Dm ~ 10~19
СМ3/С*
Метод liобщего количества вещества" также применяется в последнее время
при многих экспериментальных исследованиях* Два образца различного
изотопного состава тщательно пришлифовываются для создания "идеального"
контакта, зажимаются при помощи пружинного устройства или груза и
подвергаются диффузионному отжигу*
После отжига образцы разрезаются на слон с помощью микротома* Так,
например, для расчета коэффициентов самодиффузии лития в монокристаллах
LiF [13] приводились в контакт образцы с содержанием *Li от 3,36 до 56%.
После диффузии (550°С ? Т <, 800°С) послойный изотопный анализ проводился
флотационным методом определения плотности, позволяющим измерить разность
изотопных концентраций с погрешностью ±0,01% ори минимальном количестве
вещества, взятого для флотационного анализа, порядка 0,3 г*
В заключение остановимся на диффузионных измерениях в случае изучения
изотопных эффектов диффузии [10]* На основе классической теории скоростей
реакций Мулленом [14] впервые было предложено выражение изотопного
эффекта диффузии Д?>/Д
Щ -1------------^- = /оДК * где AD = - разность коэффициентов диффузии
ка-
тионов изотопов а и р; и т$ - соответственно масса этих изотопов; /о -
фактор корреляции "истинной" самодиффузии; ДК - доля кинетической энергии
в седповой точке, ассоциированной с движением диффундирующего атома в
направлении скачка* Методика измерения изотопного эффекта диффузии на
