Воздействие быстрых электронов на объемный заряд в диэлектриках

• Автор: Дырков, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 156 c. : ил

При воздействии быстрыми электронами (от 10 кэВ до 10 МэВ) на диэлектрики в объеме образуется заряд. Быстрые электроны влияют на объемный заряд (03) в диэлектриках посредством процессов термализации электронов и генерации пар зарядов в результате ионизации вещества. Поле объемного заряда, в свою очередь, воздействует на поток быстрых электронов: сокращается пробег электронов ло сравнению с обычным [і,2] , изменяются распределения термализованных электронов и потерянной энергии по глубине мишени [з], коэффициенты прохождения и обратного рассеяния [4] и другие функционалы потока электронов.

Процессы воздействия быстрых электронов на 03 и влияния поля

03 на прохождение электронов являются взаимосвязанными.

Данная работа посвящена исследованию воздействия быстрых электронов на объемный заряд в диэлектриках и изучению изменения коэффициентов прохождения (КП) и обратного рассеяния (КОР) электронов, обусловленного полем объемного заряда.
Существует ряд научно-технических проблем, для решения которых необходимы указанные исследования. В последнее время возникла проблема радиационного заряжения космических аппаратов, особенно, на геостационарных орбитах [7, 8]. Электрические разряды, вызванные заряжением конструкционных диэлектрических материалов, приводят к отказам в работе систем космического аппарата [9, ю]. Большая часть спектра электронного излучения на геостационарных орбитах заключена в области средних энергий (10 * 250 кэВ) [п]. В связи с этим интенсивно исследуют воздействие электронов средних энергии на 03 в диэлектриках [і2 - 15] и электрические разряды, воз-

никающие в результате заряжения [1б] . Изучение изменения Ы1

и КОР электронов представляет интерес при решении проблемы активной защиты космических аппаратов от ионизирующих излучений [19, 20], при постановке радиационно-физических и радиационнохимических исследовании, для целей дозиметрии, при реализации радиационно-технологических процессов, например, при обработке диэлектрических материалов электронным пучком [21] . Эффекты объемного заряжения играют определяющую роль в работе детекторов прямой зарядки (для регистрации интенсивных потоков гамма и нейтронного излучения [22, 23] ), комптоновских диодов [24], атомных батарей зарядового типа [25]. Их необходимо учитывать при исследовании радиационно-стимулированных явлений в диэлектриках, таких как, у . радиационная электропроводность [2б] , люминесценция, вторичная электронная эмиссия (в частности, при разработке вторично-эмиссионных детекторов заряженных частиц [27] , при создании приборов твердотельной электроники, предназначенных для работы в поле электронного излучения [28, 29]. Известно, что поле объемного заряда существенно влияет на протекание физико-химических процессов [зо]. Накопление объемного заряда в диэлектриках при воздействии электронами используют для создания электретов [31], для изучения электрофизических свойств диэлектриков и механизмов электропереноса [32].
Последовательный подход в исследовании взаимодействия быстрых электронов с 03 в диэлектриках предполагает изучение прохождения электронов в диэлектрике при наличии электрического поля (без образования 03), изучение закономерностей формирования 03 в облучаемом электронами диэлектрике ( когда влияниемполя 03 на перенос электронов можно пренебречь), и,
наконец, решение самосогласованной задачи взаимного влияния электронов и объемного заряда [зз]. Влияние электрического поля на перенос быстрых электронов в диэлектриках (без образования 03) исследовано в работах О.Б.Евдокимова и Б.А.Кононова с сотрудниками [34 * 38] , В.©.Баранова с сотрудниками [39], Смита [40] и др. (см.библиографию в [33, 34] ). Изучено воздействие поля на угловые и энергетические распределения электронов, на распределения термализованных электронов и потерянной энергии [41], на пробег электронов [41] , коэффициенты прохождения и обратного рассеяния электронов и бета-частиц [35, 36] и другие функционалы переноса [43, 44]. Полную
информацию о влиянии поля на данный функционал переноса быстрых электронов содержит функция чувствительности [34] . Функции чувствительности КП и КОР моноэнергетических электронов измерены и рассчитаны в легких (1 =6,13) веществах для энергии электронов 0,4-1 МэВ [34] , для КОР имеются данные для 50 * 100 кэВ [4 ]. Воздействие быстрых электронов на объемный заряд в диэлектриках исследовали Гросс [47 - 50] , Монтейз [51] 0 .Б. Евдокимов [52 - 54], Фуру та [55], В.В.Громов [57, 58] (при внутреннем облучении в бета-активных диэлектриках),
А.И.Акишин [59, 60]и др. [61 - 65] (см. библиографию в [33, 52, 57]). Экспериментальные исследования проводили, главным обрат зом, малоинформативным (в отношение 03) методом нестационарных токов [48] , который не позволяет судить о распределении
03. Наиболее полно накопление 03 исследовано для случая равномерного облучения (источник термализованных электронов и мощность поглощенной энергии постоянны по объему образца) методами радиационной диагностики электрических потенциалов [бб, 67] . Для случая неравномерного облучения мишени (источник термализованных электронов и мощность поглощенной энергии

Независимо от режима накопления 03 изменение и^ в процессе облучения происходит с насыщением. Постоянная времени установления стационарного значения уменьшается с увеличением плотности тока пучка и при понижении энергии электронов.
При неравномерном облучении мишени эффект доля 03 в КП и КОР в стационарном состоянии рассмотрим также для двух режимов накопления 03. Для <5^ в режиме ТОЗ на основе соотношения (1.6) с учетом (1.10) и (1.87) получим [по]
При реализации режима ИП, используя соотношения (1.6), (1.10) и (1.88) имеем
Установившееся значение эффекта поля 03 в КОР при равномерном и неравномерном облучении мишени зависит степенным образом от плотности тока пучка и энергии электронов, возрастает с повышением энергии и плотности тока. Подобная зависимость обусловлена возрастанием поля в мишени с увеличением плотности тока и энергии электронов (при ^ = со/151 )э заметим, что функция чувствительности КОР с возрастанием энергии уменьшается. Пока-
(1.94)