Физика/2. Физика твердого тела

д.ф.-м.н. Кукетаев Т.А., Тусупбекова А.К.,

к.ф.-м.н. Тагаева Б.С., Пазылбек С.А.^*

Карагандинский государственный университет им. академика Е.А. Букетова, Казахстан

^*Евразийский национальный университет им. Л.В.Гумилева, Казахстан

Исследование влияния примесей ионов кобальта на радиационные свойства KDP

Сегодня актуальны исследования по изучению влияния примесей ионов переходных металлов на радиационные процессы в ионных кристаллах. Обзор литературных данных свидетельствует, о том, что радиационные свойства кристаллов калий дигидрофосфата KH₂PO₄ (KDP) с примесями ионов переходных металлов недостаточно изучены [1, 2].

В данной работе в качестве объектов были исследованы (KDP), KDP-Co²⁺ (0.1 m%, 185 ⁰C, 3 h, d=5 mm). Объекты KDP-Co²⁺ были синтезированы в Институте физики АН Эстонии (г. Тарту) при температуре 185 ⁰C (3 часа) и путем прессования порошка вводились в медную подложку диаметром 5 мм. В качестве активаторов рассматривались ионы Co²⁺ в количественном содержании 0,1 моль%. Ионы двухвалентного переходного металла вводились в матрицу путем введения нитрата данного металла. Объект облучался при азотной температуре двумя способами: водородной лампой и рентгеновской установкой.

Измерения данных объектов проводились на установке, которая позволяет исследовать стационарную фотолюминесценцию, фосфоресценцию, фотостимулированную и термостимулированную люминесценцию (ТСЛ) при возбуждении кристаллов фотонами 4 – 11 эВ. Измерения спектров ТСЛ проводились в температурном диапазоне 80 – 400 К. Во всех оптических измерениях исследуемый объект помещался в азотный криостат с кварцевыми окнами. В конструкции криостата предусмотрена возможность поворота кристаллодержателя относительно вертикальной оси. Температура регистрировалась дифференциальной медь - константановой термопарой.

При облучении объекта фотонами использовалась водородная лампа. Облучение проводилось в течение 30 мин с энергией активации Е_ех=8,8 eV; 10,2 eV; 10,5 eV при температуре 80 К. Скорость температуры нагрева была постоянной и составляла 10 К/мин и контролировалась с помощью термопары, сигнал с которой подавался на цифровой вольтметр. Свечение кристаллофосфора регистрировалось фотоэлектронным умножителем типа ФЭУ-39, сигнал с которого подавался на усилитель и записывался на компьютере.

Спектры термостимулированных явлений исследуемых рентгено-возбужденных кристаллофосфоров также регистрировалась с помощью данной установки. Для облучения рентгеновскими лучами в криостате имелось бериллиевое окно. Объект облучался при температуре жидкого азота рентгеновскими лучами через данное бериллиевое окно аппарата. Источником рентгеновского облучения кристаллофосфоров являлась рентгеновская установка УРС-55а с трубкой БСВ-2. Рентгеновская трубка имела вольфрамовый антикатод, ток в трубке составлял 14,9 мА, напряжение – 49,9 кВ. Время облучения составляло 10; 30; 60 мин.

На рис. 1 представлены кривые термостимулированной люминесценции (ТСЛ) для KDP-Co²⁺ при различных энергиях возбуждения. Из данных рис.1 видно, что при облучении водородной лампой с увеличением энергии активации интенсивность регистрируемых фотонов возрастает.

Введение в кристаллическую решетку KDP примесных нитратных анионов приводит к заметному подавлению накопления светосуммы в пиках ТСЛ с максимумами 180 К и 290 К (рис. 1), а в диапазоне температур 130 – 145 К наблюдается максимальная интенсивность свечения объекта.

Рис. 1. Кривые ТСЛ для KDP-Co²⁺ при энергиях Е_ех=8,8 eV; 10,2 eV; 10,5 eV

На рис. 2 представлены кривые ТСЛ для KDP-Co²⁺ при рентгеновском облучении. По полученным результатам видно (рис. 2), что при увеличении времени, соответственно и дозы рентгеновского облучения, в KDP-Co²⁺ наблюдается перераспределение светосумм в области температур 130 – 145 К.

Рис. 2. Кривые ТСЛ для KDP-Co²⁺ при рентгеновском облучении

Следует отметить, что форма пика ТСЛ для активированного ионами двухвалентного никеля в области 110 - 130 К также меняется, как и при введении в KDP сульфатных анионов в работе [1]. Появляется резко выраженный максимум в области 125 К. В работе [1] на низкотемпературном крыле этого пика имелось аномально резкое увеличения выхода рекомбинационного свечения. Температурное положение этой аномалии объяснялось совпадением с температурным положением точки Кюри, т.е. полиморфным фазовым переходом сегнетоэлектрик-параэлектрик. По форме низкотемпературного пика кривой ТСЛ можно сделать предположение, что при перестройке кристаллической решетки энергия активации рекомбинационного процесса уменьшается [2].

Литература:

1. Ким Л.М., Кукетаев Т.А., Тагаева Б.С., Балтабеков А.С. Особенности рекомбинационных процессов в KDP в температурном диапазоне 100-130 К // Вестник ЕНУ им. Л. В. Гумилева. - 2009. - №2 (69). - С. 91 - 95.

2. Тагаева Б.С. Механизмы распада радиационных дефектов и рекомбинационной люминесценции в кристаллах KDP: автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.ф.-м.н. Алматы, 2010.