Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Радиационные воздействия излучений на материалы электронной техники. Оксид бериллия

Покупка
Артикул: 800581.01.99
Доступ онлайн
950 ₽
В корзину
Учебное пособие «Радиационные воздействия излучений на материалы электронной техники. Оксид бериллия» направлено на развитие у студентов навыков создания теоретических и математических моделей и методов расчета современных физических установок и устройств автоматики физических установок, приборов радиационной безопасности человека и окружающей среды, а также различных приборов биофизического и медицинского назначения.
Огородников, И. Н. Радиационные воздействия излучений на материалы электронной техники. Оксид бериллия : учебное пособие / И. Н. Огородников, В. Ю. Иванов. - Екатеринбург : Изд-во Уральского ун-та, 2019. - 320 с. - ISBN 978-5-7996-2601-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1960068 (дата обращения: 22.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Министерство науки и высшего образования  
Российской Федерации

Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

И. Н. Огородников, В. Ю. Иванов

Радиационные воздействия  
излучений на матеРиалы  
электРонной техники.

оксид беРиллия

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом 
Уральского федерального университета для студентов вуза, 
обучающихся по направлениям подготовки магистров 
14.04.02 «Ядерные физика и технологии», 
12.04.04 «Биотехнические системы и технологии» 
и специальности 14.05.04 «Электроника 
и автоматика физических установок

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2019

УДК 517.9:001.891.57(076.5)
ББК 22.1я73-5+22.3я73-5
          О-39

Рецензенты:
лаборатория квантовой химии и спектроскопии им. А. Л. Иванов- 
ского Института химии твердого тела Уральского отделения Российской 
академии наук (д-р хим. наук, зав. лаб. М. В. Кузнецов);
д-р физ.-мат. наук, гл. науч. сотр. Института физики металлов имени 
М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук 
В. И. Соколов

Научный редактор — д-р физ.-мат. наук, проф. А. В. Кружалов

О-39
Огородников, И. Н.
Радиационные воздействия излучений на материалы электрон-
ной техники. Оксид бериллия : учебное пособие / И. Н. Ого-
родников, В. Ю. Иванов. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 
2019. — 320 с.
ISBN 978-5-7996-2601-3

Учебное пособие «Радиационные воздействия излучений на материалы элек-
тронной техники. Оксид бериллия» направлено на развитие у студентов навыков 
создания теоретических и математических моделей и методов расчета современных 
физических установок и устройств автоматики физических установок, приборов ра-
диационной безопасности человека и окружающей среды, а также различных при-
боров биофизического и медицинского назначения.

Библиогр.: 635 назв. Табл. 31. Рис. 130.
УДК 517.9:001.891.57(076.5)
ББК 22.1я73-5+22.3я73-5

ISBN 978-5-7996-2601-3
© Уральский федеральный 
     университет, 2019

Оглавление

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7

1. Радиационные воздействия излучения на материалы и ком-
поненты микроэлектронной техники . . . . . . . . . . . . . .
9
1.1. Влияние радиации на материалы электронной техники .
9
1.1.1.
Вводные понятия и определения . . . . . . . . . .
9
1.1.2.
Взаимодействие фотонов с веществом . . . . . . .
11
1.1.3.
Взаимодействие нейтронов с веществом
. . . . .
13
1.1.4.
Взаимодействие электронов с веществом . . . . .
14
1.2. Радиационные эффекты в МОП-структурах
. . . . . . .
15
1.2.1.
Понятие МОП-структуры . . . . . . . . . . . . . .
15
1.2.2.
Физические процессы в структурах при облучении 17
1.2.3.
Влияние облучения на технические параметры
.
20
1.3. Радиационные эффекты в биполярных транзисторах
. .
30
1.3.1.
Эффекты полной дозы . . . . . . . . . . . . . . . .
32
1.3.2.
Эффекты мощности дозы . . . . . . . . . . . . . .
34
1.3.3.
Эффекты единичного события . . . . . . . . . . .
36
1.4. Пути повышения радиационной стойкости компонентов .
39

2. Оксид бериллия. Получение и свойства . . . . . . . . . . . .
45
2.1. Общая характеристика
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
2.2. Кристаллическая структура . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
2.3. Кристаллофизика и динамика решетки . . . . . . . . . .
56
2.3.1.
Динамика решетки
. . . . . . . . . . . . . . . . .
59
2.3.2.
Теплофизические свойства . . . . . . . . . . . . .
64
2.4. Методы получения BeO . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
2.4.1.
Поликристаллический оксид бериллия
. . . . . .
71
2.4.2.
Методы выращивания кристаллов тугоплавких
соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
2.4.3.
Современные методы выращивания кристаллов
BeO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
2.4.4.
Реальная структура и качество кристаллов . . . .
75

3. Энергетическая структура и электронные возбуждения .
79
3.1. Квантово-химические расчеты электронной структуры
.
79
3.2. Элементарные электронные возбуждения . . . . . . . . .
88

3

Оглавление

3.2.1.
Край фундаментального поглощения BeO . . . . .
89
3.2.2.
Экситоны в кристаллах BeO . . . . . . . . . . . .
94
3.3. Спектры оптических постоянных и потерь энергии
. . . 104
3.3.1.
Характеристические потери энергии электронов . 106
3.3.2.
Плотность электронных состояний в верхней ва-
лентной зоне и остовные уровни в BeO . . . . . . 109

4. Сосуществование СЭ и АЛЭ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.1. Автолокализация электронных возбуждений . . . . . . . 111
4.2. Сосуществование СЭ и АЛЭ в BeO . . . . . . . . . . . . 112
4.3. Короткоживущее оптическое поглощение АЛЭ в BeO . . 123
4.4. Поляризованная люминесценция АЛЭ . . . . . . . . . . . 128
4.5. Околопримесные экситоны в BeO
. . . . . . . . . . . . . 133
4.6. Особенности автолокализации экситонов в оксидах . . . 135

5. Дефекты решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.1. Кристаллохимические аспекты дефектообразования . . . 138
5.2. Собственные и примесные точечные дефекты
. . . . . . 140
5.2.1.
Дефекты катионной подрешетки . . . . . . . . . . 141
5.2.2.
Дефекты анионной подрешетки
. . . . . . . . . . 149
5.3. Комплексные дефекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.3.1.
Дивакансионные дефекты . . . . . . . . . . . . . . 151
5.3.2.
Примесные ионы внедрения
. . . . . . . . . . . . 155
5.3.3.
Моделирование поведения внедренных ионов в мо-
нокристаллах оксида бериллия . . . . . . . . . . . 161

6. Оптические переходы и электронная структура дефектов 165
6.1. Оптические переходы в точечных дефектах . . . . . . . . 165
6.1.1.
Оптические переходы в дефектах катионной под-
решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.1.2.
Оптические переходы в дефектах анионной под-
решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.2. Люминесценция точечных дефектов . . . . . . . . . . . . 174
6.2.1.
Люминесценция F- и F+-центров
. . . . . . . . . 175
6.2.2.
Люминесценция примесных дефектов . . . . . . . 179
6.2.3.
Оптическая активность комплексных дефектов
. 180
6.3. Электронная структура дефектов . . . . . . . . . . . . . . 182
6.3.1.
B2+-, Al2+-, Zn+-, [Li]0-центры . . . . . . . . . . . 183
6.3.2.
F- и F+-центры окраски
. . . . . . . . . . . . . . 187

4

Оглавление

7. Накопление, отжиг и трансформация дефектов . . . . . . . 189
7.1. Биографические дефекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.1.1.
ТСЛ и неизотермическая релаксация парамаг-
нитных центров (80–700 K) . . . . . . . . . . . . . 190
7.1.2.
Низкотемпературная ТСЛ (6–300 K) . . . . . . . . 200
7.1.3.
Термоактивационные рекомбинационные процессы 
при подпороговом возбуждении
. . . . . . . . 201
7.2. Накопление радиационных дефектов
. . . . . . . . . . . 206
7.2.1.
Радиационное дефектообразование в BeO при облучении 
нейтронами . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
7.2.2.
Расчет пороговой энергии смещения атомов . . . 210
7.2.3.
Образование стабильных френкелевских пар дефектов 
BeO в широком диапазоне флюенсов . . . 211
7.3. Отжиг и трансформация радиационных дефектов . . . . 215
7.3.1.
Механизмы отжига дыpочных центpов . . . . . . 215
7.3.2.
Эффекты отжига дефектов в спектрах ЭПР кристаллов, 
облученных флюенсом 1020 см−2 . . . . . 218
7.3.3.
Трансформация оптически активных центров
. . 221

8. Флуктуационное разупорядочение BeO
. . . . . . . . . . . . 225
8.1. Флуктуационная перестройка и особенности динамики
решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
8.1.1.
Спонтанная эмиссия электронов и фотонов . . . . 226
8.1.2.
Возможные кооперативные процессы в оксиде бериллия
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
232
8.2. Спонтанная эмиссия BeO и флуктуационная перестройка 234
8.2.1.
Модельные представления метода ФТВ . . . . . . 235
8.2.2.
Свидетельства перераспределения электронных возбуждений 
между конкурирующими каналами релаксации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
237
8.2.3.
Модель флуктуационной перестройки структуры
241
8.3. Особенности ТСЛ в области трансформации АЛЭ . . . . 247
8.3.1.
Модельные представления о ФПС в области трансформации 
АЛЭ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
8.3.2.
Проявление ФПС в области низких температур . 251

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

Список библиографических ссылок . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Предметно-именной указатель
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

5

Оглавление

Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
А. Электронное строение оксида бериллия . . . . . . . . . . . 309
Б. Точечные дефекты оксида бериллия . . . . . . . . . . . . . 312
В. Электронная структура точечных дефектов . . . . . . . . . 315
Г. Температурные границы проявления «аномалий» в BeO . . 317

6

Предисловие

Предлагаемое учебное пособие основано на семестровом курсе лекций 
по дисциплине «Радиационные воздействия ионизирующих излучений 
на электронные компоненты, приборы и комплексы электронной 
техники», которая в течение нескольких лет читается авторами 
для студентов физико-технологического института, обучающихся
по направлениям подготовки «Ядерные физика и технологии», «Био-
технические системы и технологии» и специальности «Электроника
и автоматика физических установок». Пособие может быть также по-
лезно студентам родственных направлений и специальностей физико-
технологического профиля.
Лекционный курс опирается на стандартный блок естественно-
научных дисциплин, с которым студенты физико-технологического ин-
ститута знакомятся на более ранних этапах подготовки. Поэтому при
подготовке учебного пособия и подборе материалов к нему авторы
полагают, что читатель уже знаком (в объеме программы техниче-
ского вуза) с основами следующих дисциплин: квантовая механика,
атомная и ядерная физика, физика твердого тела, физические основы
полупроводниковой электроники.
Учебное пособие состоит из нескольких взаимодополняющих глав.
Глава 1 посвящена обсуждению радиационных воздействий на компо-
ненты микроэлектроники.
В начале главы приведен краткий обзор физических процессов,
происходящих при взаимодействии фотонных и корпускулярных из-
лучений с материальной средой. В качестве примеров материальной
среды здесь рассматриваются типичные материалы, являющиеся осно-
вой кремниевой микроэлектроники: полупроводник (Si) и диэлектрик
в виде диоксида кремния (SiO2).
Основной материал первой главы касается обсуждения послед-
ствий радиационных воздействий на базовые элементы современной
микроэлектроники — структуры типа металл–оксид–полупроводник
(МОП-структуры) и биполярные транзисторы (БТ). Дан анализ пуб-
ликаций, представленных преимущественно в зарубежных изданиях.
В завершении первой главы обсуждаются наиболее перспективные
направления повышения радиационной стойкости компонентов микро-
электронной техники, отмечается важность повышения радиационной
стойкости оксидного диэлектрика, используемого в качестве изолиру-
ющего материала в микроэлектронных компонентах. Повышение ра-

7

Предисловие

диационной стойкости изолирующего материала возможно двумя пу-
тями: за счет улучшения радиационно-физических свойств исходно-
го диоксида кремния, чему посвящены многочисленные публикации,
и за счет использования другого подходящего бинарного оксида с бо-
лее высокой радиационной стойкостью. В рамках второго пути рассматриваются 
две возможности: применение технологии «кремний-на-
сапфире» (исследованию оксида алюминия (сапфир) посвящены многочисленные 
публикации, выявляющие достоинства и вскрывающие
потенциальные недостатки технологии), а также использование оксида 
бериллия в виде легкой, радиационно-стойкой керамики [1–3] или
наноразмерных квантовых структур [4–6].
Идея использования BeO-керамики в компонентах микроэлектронной 
техники была высказана более четверти века тому назад (например, 
см. [7–14]), но сам материал – оксид бериллия – оставался
недостаточно изученным для подобных практических применений. Основное 
направление исследований BeO долгое время лежало в другой
плоскости и было связано с изучением возможности практических
применений BeO в качестве тканеэквивалентного радиационного детектора (
термолюминесцентного дозиметра — ТЛД [15–17], чувствительного 
радиационного детектора на основе явления термостимулированной 
экзоэлектронной эмиссии [18], ТЛД в системе персональной
дозиметрии [19, 20]), электроизоляционного материала с повышенной
теплопроводимостью [21], радиационно-стойкого материала для ядер-
ного реакторостроения [22] и лазерных технологий [23–26].
Положение кардинально изменилось с разработкой в конце 70-х гг.
прошлого века отечественной технологии выращивания объемных мо-
нокристаллов BeO оптического качества. Используя отечественные
монокристаллы оксида бериллия, выращенные В. А. Масловым, науч-
ная группа уральских ученых под руководством А. В. Кружалова вы-
полнила пионерские исследования динамики электронных возбужде-
ний, люминесценции и радиационного дефектообразования. Авторы
настоящего учебного пособия в течение многих лет принимали непо-
средственное участие в этих исследованиях. Промежуточные резуль-
таты исследований сотрудников научной группы были в разное вре-
мя подытожены в многочисленных диссертационных работах [27–40]
и опубликованы в нескольких тематических обзорах [41–49]. Многие
из этих публикаций стали уже библиографической редкостью. Кроме
того, появились новые данные, которые потребовали осмысления. Гла-
вы 2–8 содержат лишь часть известных данных по BeO, выбранных
в русле заявленной темы учебного пособия.

8

1. Радиационные воздействия излучения на материалы
и компоненты микроэлектронной техники

Современная микроэлектроника используется, пожалуй, во всех
областях предметной деятельности человека. В некоторых из них (на-
пример, в освоении космического пространства) микроэлектроника
в процессе эксплуатации может длительное время подвергаться воз-
действию фотонных и корпускулярных излучений различного вида.
При современной технологической норме (менее 100 нм) такое воз-
действие может приводить к ряду совершенно нежелательных послед-
ствий, которые объединяют общим названием — радиационные эф-
фекты в электрических цепях. Первые исследования радиационных
эффектов в материалах электронной техники начались еще в прошлом
веке в связи с исследованиями возможности создания микроэлектрон-
ной техники, способной функционировать в космическом простран-
стве (например, в радиационном поясе планеты), а также минимизи-
ровать воздействие последствий ядерного взрыва на компоненты элек-
тронной техники. Изучение механизмов возникновения этих эффектов
необходимо для создания радиационно-стойкой электроники, надежно
работающей в «экстремальных» условиях [50–53].

1.1.
Влияние радиации на материалы электронной техники

1.1.1.
Вводные понятия и определения

Прохождение излучения через материальную среду сопровождается 
различными реакциями взаимодействия излучения и элементов материальной 
среды: рассеянием, поглощением, делением и т. п. С точки
зрения рассматриваемой предметной области наиболее значимой представляется 
группа явлений с условным названием «реакция поглощения». 
В результате этой реакции в электронных цепях может происходить 
образование нежелательных радиационных эффектов, которые 
принято классифицировать на необратимые, частично обратимые
и полностью обратимые эффекты.
В процессах взаимодействия различных видов излучения с материальной 
средой (в т. ч. по степени сложности таких взаимодействий)
имеют место существенные отличия. Однако с точки зрения физики
конденсированного состояния можно ограничиться обсуждением толь-

9

1. Радиационные воздействия излучения на материалы и компоненты

ко двух основных универсальных физических механизмов, которые
обусловливают практически все наблюдаемые повреждения рабочего
вещества компонентов электронной техники [54–58].
Ионизационный механизм соответствует возбуждению электронной 
подсистемы, когда поглощение энергии материальной средой (полупроводник 
или изолирующий слой) приводит к образованию свободных 
зарядов. Возбуждение электронной подсистемы возможно как
фотонным (рентгеновское или гамма-излучение), так и корпускулярным (
нейтроны или заряженные частицы) излучениями. Разделенные
электроны и дырки могут мигрировать до тех пор, пока они не будут
локализованы на тех или иных центрах захвата. Локализация носителей 
заряда способствует накоплению заряда в локальной области и созданию 
дополнительных (нежелательных, паразитных) электрических
полей. Электронные компоненты, принцип работы которых основан на
поверхностной проводимости (например, МОП-транзисторы), являются 
наиболее уязвимыми к повреждению посредством ионизационного
механизма.
Ударный механизм соответствует возбуждению ионной подсистемы, 
когда поглощение энергии материальной средой приводит к «вытеснению» 
атома из регулярного узла кристаллической решетки. Возникновение 
при этом радиационного дефекта изменяет электронные
свойства кристалла. В компонентах электронной техники ударный механизм 
проявляется преимущественно при воздействии быстрых нейтронов. 
Однако заряженные частицы (например, вторичные электроны
при комптоновском эффекте) также могут вызывать создание радиационных 
дефектов по ударному механизму. Электронные компоненты,
принцип работы которых основан на объемной проводимости (например, 
биполярные транзисторы и диоды), являются наиболее уязвимыми 
к повреждению посредством ударного механизма.
Каждый вид ионизирующего излучения вызывает какой-то один
доминирующий радиационный эффект в материальной среде. Табл. 1.1
подытоживает известные данные для самого популярного кремниевого
полупроводника.
В дополнение к обсуждаемым физическим явлениям при описании
радиационных воздействий ионизирующего излучения на компоненты
электронной техники используют два новых понятия [54–58].
1. Эффект полной дозы (англ. total dose effect, TDE) – эффект,
проявляющийся при постепенном возрастании количества захваченных 
дырок и электронов в изолирующем слое полупроводника или
увеличении концентрации дефектов в объеме устройства. Данные ра-
диационные эффекты возникают при длительном облучении и имеют

10

1.1. Влияние радиации на материалы электронной техники

Таблица 1.1
Радиационные эффекты в кремнии [54]

Основной
Вторичный

радиационный
радиационный
Тип
излучения
Энергия

Основная
реакция
взаимодей-
ствия

эффект в Si
эффект в Si

и SiO2
и SiO2

Низкой энергии
Фотоэффект

Комптоновский

Фотоны
Средней энергии
эффект
Ионизацион-
ный
Ударный

Эффект
Высокой энергии
образования пар

Радиационный

Нейтроны

Тепловые
захват
Ударный
Ионизацион-
ный
Упругое
Быстрые
столкновение

накопительный характер (количество повреждений пропорционально
времени облучения). Здесь подразумевается, что устройство подвер-
галось облучению как единое целое, в результате хаотичного взаимо-
действия частиц с материальной средой. Подобные эффекты обычно
характеризуют отклонением основных эксплуатационных параметров
устройства от номинальных значений.
2. Эффект единичного события (англ. single event effect, SEE) обу-
словлен распределением заряда, образованным на пути следования
(трека) одной частицы, пересекающей рабочую область компонента
электронной техники. Данные радиационные эффекты могут приве-
сти как к необратимым, так и к обратимым последствиям. В отли-
чие от эффектов полной дозы эффекты единичного события будут
проявляться случайным образом. Для их появления компоненту элек-
тронной техники не требуется находится под длительным облучением.
Радиационный эффект проявляет себя незамедлительно. Здесь подра-
зумевается, что только незначительная часть устройства находится
под облучением. Основная характеристика такого эффекта – частота
проявления.

1.1.2.
Взаимодействие фотонов с веществом

Воздействие фотонного излучения (рентгеновское, гамма-излуче-
ние) на компоненты электронной техники приводит преимуществен-
но к ионизационным эффектам [58]. Для характеризации количества

11

1. Радиационные воздействия излучения на материалы и компоненты

энергии, вовлекаемой в ионизационный эффект, используют термин
ионизационная доза. Для характеризации количества энергии, по-
глощенной за все время облучения, применяют термин полная иони-
зационная доза (англ. total ionizing dose). Существует множество
разновидностей взаимодействия фотонного излучения с материальной
средой. Для дальнейшего обсуждения будем использовать только три
основные разновидности такого взаимодействия [54, 55]:

фотоэффект;

комптоновский эффект;

эффект образования пар.
На рис. 1.1 представлена диаграмма, построенная в координатах:
энергия фотона — атомный номер элементов материальной среды, –
которая показывает области энергии, где преобладают упомянутые
процессы взаимодействия фотонов с материальной средой.

Рис. 1.1. Диаграмма, показывающая области энергии, в которых преобладают
различные основные процессы взаимодействия фотонов с материальной средой.
Сплошные линии соответствуют равенству поперечных сечений взаимодействия
для соседних эффектов. Штриховая прямая иллюстрирует ситуацию взаимодей-
ствия фотонов с Si [57]

Введем условное разбиение диапазона энергий на три области: низ-
кие, средние и высокие. Для заданного эффективного атомного номера
Z характерные энергетические границы областей (см. пример для Si)
однозначно определяются диаграммой, рис. 1.1.
Фотоэффект дает преимущественный вклад во взаимодействие
фотонов с материальной средой при сравнительно низких энергиях
фотонов, например, рентгеновское излучение.

12

1.1. Влияние радиации на материалы электронной техники

Комптоновский эффект доминирует в области средних энергий.
Образование пар – это пороговый эффект с границей в 1.022 МэВ.
Экспериментально установлено [59], что в непроводящих структурах
диоксида кремния могут создаваться электронно-дырочные пары.
В табл. 1.2 представлены энергия, необходимая для ионизации,
и скорость генерации – функция, отражающая способность к иониза-
ции Si и SiO2.
После создания разделенных носителей заряда элек-
троны и дырки могут рекомбинировать, что создает предпосылки для
возникновения одного из эффектов единичного события.

Таблица 1.2
Энергия ионизации и скорость генерации для Si и SiO2 [59]

Энергия ионизации,
Скорость генерации,
Вещество
эВ
1014 пар/(Грсм3)

Кремний (Si)
3.6
40.0

Диоксид кремния (SiO2)
18.0
8.2

1.1.3.
Взаимодействие нейтронов с веществом

В отличие от фотонного излучения, воздействие нейтронов на ком-
поненты электронной техники приводит преимущественно к созданию
френкелевских пар дефектов [54]. На рис. 1.2 изображена схематиче-
ская диаграмма, иллюстрирующая образования френкелевской пары
радиационных дефектов типа вакансия–междоузельный атом при воз-
действии первичного излучения.

Рис. 1.2. Образование френкелевской пары дефектов (вакансия–междоузельный
атом) в кристаллической решетке [55]

При элементарных актах взаимодействия с веществом происходит
перенос энергии нейтронов к атомам материальной среды. В процессе
переноса различают следующие механизмы взаимодействия:

13

1. Радиационные воздействия излучения на материалы и компоненты

упругое рассеяние;

неупругое рассеяние;

радиационный захват;

ядерные реакции;

деление ядер.
В случае быстрых нейтронов, т. е. нейтронов из диапазона высо-
ких энергий, реакция упругого рассеяния является доминирующим
процессом взаимодействия нейтронов с атомами материальной сре-
ды. При каждом взаимодействии (столкновении) нейтрон будет терять
часть своей энергии путем передачи ее т. н. ядру отдачи (атому от-
дачи). Из простых кинематических представлений очевидно, что чем
меньше масса ядра поглощающей среды, тем больше энергии ней-
трон может передать этому ядру. Быстрые нейтроны замедляются до
тепловых путем многократного рассеяния. Для тепловых нейтронов
картина взаимодействия меняется: в этом случае основным процессом
взаимодействия с атомами материальной среды будет реакция радиационного 
захвата (n, γ). Энергия, которая выделяется в результате
ядерной реакции, зависит лишь от образованного в результате реакции 
составного ядра.

1.1.4.
Взаимодействие электронов с веществом

Электронное излучение получают инструментальными средствами
(ускорители электронов), либо в результате ядерных реакций. В последнем 
случае принято говорить о β-излучении, частицы которого
имеют непрерывный энергетический спектр, простирающийся от нуля
до некоторого значения энергии, максимального для данной ядерной
реакции. При прохождении высокоэнергетических электронов через
вещество происходят следующие процессы взаимодействия с материальной 
средой [60]:

ионизация атомов;

взаимодействие электронов с кулоновским полем ядер, приводящее 
к возникновению тормозного излучения;

упругие столкновения электронов с ядрами, приводящие к смещению 
атомов среды.
Потери энергии в результате этих процессов называют, соответ-
ственно, ионизационными, радиационными и потерями на упругие
столкновения.
Средние потери энергии электрона при прохождении через веще-
ство в различных процессах рассчитывают обычно на единицу пути

14

Доступ онлайн
950 ₽
В корзину