Взаимодействие высокоэнергетических частиц

Проникающая радиация имеет две формы: электромагнитное излучение (гамма или рентгеновское) и излучение частиц. Ко второй форме излучения относятся все частицы, двигающиеся со скоростью, меньшей скорости света: положительно заряженные ионы (в частности, протоны), электроны или не несущие заряда нейтроны.

При прохождении через кристаллическую решетку твердого тела быстрые частицы теряют свою энергию вследствие ряда процессов, а степень реализации того или иного механизмы потери энергии зависит от природы и энергии частиц и свойств облучаемого твердого тела.

В ряде фундаментальных работ было показано, что процессы взаимодействия различных видов излучения с кристаллами имеют ряд общих закономерностей, но характеризуются и определенными специфическими особенностями.

Общей закономерностью является то, что при любом виде излучения решетке передается некоторое количество энергии, достаточное для проявления того или иного эффекта.

Независимо от вида частиц первичные эффекты, имеющие место в твердых телах, можно разделить на следующие группы.

1. Ионизация твердого тела, связанная с разрывом ковалентных связей. Является обратимым процессом, что обусловлено рекомбинацией неравновесных электронно-дырочных пар. Процесс рассеяния носит неупругий характер.

2. Смещение атомов из узлов решетки и образование простейших дефектов по Френкелю: междоузельных атомов и вакансий. В основном это необратимый процесс, и после прекращения воздействия в кристаллической решетке остаются дефекты. Упругое рассеяние.

3. Возбуждение атомов и электронов без смещения и разрыва связей (нагрев кристалла). Неупругое рассеяние.

4. Ядерные превращения. Неупругое рассеяние.

Данные эффекты возникают в результате упругого или неупругого взаимодействия, или рассеяния.

Рассмотрим взаимодействие заряженных частиц с твердым телом в случае, когда энергия частиц ограничена несколькими десятками МэВ, так как целесообразность использования для технологических целей заряженных частиц с большей энергией весьма сомнительна как с экономической точки зрения, так и в связи с появлением существенной остаточной радиации облученных полупроводников.

Известно, что облучение заряженными частицами большой энергии всегда приводит к первичной ионизации вещества и, в зависимости от условий, может вызвать первичное смещение атомов. Считается, что направление движения частицы не меняется до тех пор, пока преобладают ионизационные потери энергии в результате неупругого взаимодействия. При упругом столкновении с атомами решетки частицы рассеиваются с образованием смещенных атомов, причем часть частиц рассеивается на весьма большие углы и может выйти обратно из облучаемого твердого тела, что мало вероятно в случае тяжелых частиц (протонов, альфа-частиц).

Дата добавления: 2014-01-04