Выше было отмечено наличие упругого и неупругого каналов потерь энергии при взаимодействии быстрых частиц с твердым телом. В первом случае происходит передача энергии этих частиц атомам мишени в соответствии с законами сохранения импульса и механическойэнергии для системы сталкивающихся частиц. Во втором – потери энергии обусловлены возбуждением электронов и ионизацией атомов мишени, что приводит к потере части механической энергии атомами, движущимися в каскаде.
При более детальном рассмотрении взаимодействия корпускулярного излучения с твердым телом можно назвать, наряду с упомянутыми, и ряд других каналов потерь энергии.
1. Упругие соударения с ядрами (атомами) мишени.
2. Неупругие взаимодействия со связанными электронами.
3. Неупругие взаимодействия с ядрами (возбуждение ядер и/или ядерные реакции).
4. Упругие взаимодействия со слабо связанными электронами.
5. Черенковское излучение (при скоростях заряженных частиц больше фазовой скорости света в веществе).
6. Тормозное излучение.
Тем не менее, наиболее существенную роль в торможении частиц играют первые два эффекта. Остальные эффекты для наиболее интересующего нас диапазона энергий (103-107 эВ), характерного для атомов отдачи, а также ионов, используемых для радиационной обработки материалов, либо малы (п. 4, 6; за исключением электронов), либо отсутствуют (п. 3, 5).
Приступим, к более подробному анализу первых двух эффектов. Прежде всего, рассмотрим упругиесоударения бомбардирующих частиц (и/или первичных атомов отдачи, образующихся в веществе при воздействии быстрых частиц и жестких гамма-квантов) с атомами мишени.
2.2. О процессеобразования первичных дефектоввкристалле
При описании первичных процессов мы будем в первом приближении пренебрегатьрегулярнойструктурой кристалла. Кроме того, будем полагать, что столкновениянаплетающих частиц с атомами (ядрами) мишени парные. Если считать, что средний пробег между столкновениями много больше межатомного расстояния (точнее, области сильного взаимодействия частиц при столкновении), то столкновения действительно можно считать парными. Те случаи, когда сделанные допущения несправедливы, будут рассмотрены специально (это относится, например, к эффектам каналирования атомов и атомной фокусировки).
Итак, если энергия E1 падающей частицы достаточно велика, то налетающая частица может выбить атом из его устойчивого положения в твердом теле. При этом образуется пара Френкеля: вакансия и междоузельныйатом. Этот процесс мы и будем считать изначальным первичным процессом. Понятно, что бомбардирующий и первичновыбитыйатомы при наличии у них достаточной энергии могут еще создавать дефекты. Эту цепочку можно продолжить. В результате могут возникать каскадыатомныхсмещений, которые мы рассмотрим ниже.
При анализе взаимодействия различных видов излучения с веществом рассматривают параметры рассеяннойчастицы. Нас же будет в большей степени интересовать энергия атомаотдачи и угол его рассеяния. В конечном счете, эти параметры являются определяющими при описании нарушенийструктуры твердого тела и торможения бомбардирующих частиц.
Для частиц с массой больше или равной массе протона при тех энергиях, с которыми мы будем иметь дело, справедлива нерелятивистская механика, т.к. скорости таких частиц значительно меньше скорости света в вакууме. В то же время для электронов необходимо использовать методы релятивистской механики.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.