Energetic ions - matter interaction. Contribution to the study of the energy transfer through the investigation of the distribution profiles of coloured center in the irradiated lithium fluoride
Description
This work shows that the defects generated through irradiation in alkaline halides could be used as detectors of the energy transfer in particle-matter interaction. This experimental study has been made with lithium fluoride crystals because this material is very sensitive to the energy loss during interaction with electrons. The generated defects (mostly of F-type) are very stable with temperature and others like I-type defects that are produced directly in the collisions between the incident ion and the lithium ions give information on the energy transfer through elastic collisions. The first chapter is dedicated to the theoretical aspect of the generation of defects during particle-matter interaction. In the second chapter the experimental set-up is described. The third chapter deals with the experimental results, we have studied first at room temperature the distribution profile of F-type defects generated in LiF with 58 MeV alpha particles, 28 MeV deuterons, and 60 MeV protons. Then we have made a similar study at liquid nitrogen temperature for the distribution profiles of F-, M-, VK- and I-type defects. In the fourth chapter we compute the energy loss of the different incident particles by integrating corrections due to the energy fluctuations of the particle beam as well as the straggling effect. In order to get the radial distribution of the energy loss (due to the ejection of secondary electrons) we have used a mathematical model based on the energy propagation of delta rays. We compare expected results with experimental data in the last chapter. Good agreement appears for the F-type defects, the distribution profile of the VK-type defects are satisfactory if we take into account the heating of the target during the irradiation. As for I-type defects we see that the measured values are far below the expected values which means certainly a tendency of I-type defects to agglomerate
Abstract (French)
Les resultats obtenus dans le present travail ont permis de montrer que les defauts crees par irradiation dans les halogenures alcalins pouvaient etre utilises comme detecteurs du transfert d'energie partiaule-matiere. Les centres du type F dans le fluorure de lithium sont des temoins particulierement interessants des pertes d'energie par interaction avec les electrons. Le modele de gaine d'interaction dans laquelle l'energie est dissipee par un mecanisme de rayons delta semble etre en bon accord avec les resultats experimentaux, Toutefois, la 'structure de trace' n'apparait pas tres nettement dans le cas d'ions legers tels que les particules alpha et les deutons. Il semble que des ions plus lourds permettraient de mieux etudier cet effet. En ce qui concerne les pertes d'energie par collisions elastiques avec les noyaux, les centres I ont permis une premiere etude. L'accord entre les resultats experimentaux et theoriques est moins bon que dans le cas des centres F, Ceci tient d'une part au fait que nous avons utilise un modele theorique tres simplifie et d'autre part le fluorure de lithium est moins adapte dans ce cas. Le rendement de creation des centres I est faible et les grandes concentrations de defauts dues aux interactions electroniques ne facilitent pas l'etude. Un materiau tel que MgO serait plus adapte pour l'etude des pertes d'energie nucleaires, car le rendement de creation de defauts lies a la perte d'energie electronique est faible alors que les centres F sont crees par collisions elastiques. L'etude des profils de centres F et de centres colloidaux apres traitement thermique a permis de mettre en evidence l'agglomeration des defauts dans la zone de fin de parcours. Dans le domaine des ions de bas se energie, les phenomenes sont tres complexes car les concentrations de defauts sont tres importantes. D'autre part, les particules incidentes qui sont egalement localisees dans cette zone de fin de parcours semblent interagir avec les defauts. Cette propriete pourrait etre utilisee pour etudier les distributions d'ions implantes. Une etude plus approfondie des profils a basse energie pourrait egalement permettre la mise en evidence des phenomenes de canalisation des ions incidents suivant des directions cristallographiques preferentielles. Enfin nous pouvons signaler quelques autres possibilites interessantes offertes par cette methode des profils de defauts. Notamment, il serait possible d'etudier la chaleur dissipee le long de la trajectoire de l'ion par l'intermediaire de defauts tels que les centres VR. D'autre part, nous avons constate, dans certains echantillons de fluorure de lithium irradies avec de fortes doses d'ions krypton, que la bande F se deplacait de facon appreciable vers les courtes longueurs d'onde. Ce phenomene peut etre relie a la deformation plastique de l'echantillon pendant l'irradiation. Dans ce cas, l'etude du deplacement de la bande F par l'intermediaire des profils pourrait donner quelques informations concernant l'amorphisation de certains materiaux apres bombardement ioniqueFiles
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- Original title (French)
- Interaction ions energetiques-matiere. Contribution a l'etude du transfert d'energie par analyse des profils de distribution des centres colores dans le fluorure de lithium irradie
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 176 p.
- Report number
- FRNC-TH--8826
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 45063716
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- AGGLOMERATION; DEUTERON REACTIONS; ENERGY ABSORPTION; ENERGY SPECTRA; F CENTERS; I CENTERS; IRRADIATION; LITHIUM FLUORIDES; M CENTERS; PHYSICAL RADIATION EFFECTS; PROTON REACTIONS; TEMPERATURE DEPENDENCE; V CENTERS
- Descriptors DEC
- ABSORPTION; ALKALI METAL COMPOUNDS; BARYON REACTIONS; CHARGED-PARTICLE REACTIONS; COLOR CENTERS; CRYSTAL DEFECTS; CRYSTAL STRUCTURE; FLUORIDES; FLUORINE COMPOUNDS; HADRON REACTIONS; HALIDES; HALOGEN COMPOUNDS; INTERSTITIALS; LITHIUM COMPOUNDS; LITHIUM HALIDES; NUCLEAR REACTIONS; NUCLEON REACTIONS; POINT DEFECTS; RADIATION EFFECTS; SORPTION; SPECTRA; VACANCIES
Optional Information
- Notes
- 121 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/