ТЕРМОЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ТА ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТЕТРАБОРАТУ ЛІТІЮ

ЗМІСТ

Вступ 3
Розділ 1. Оптичні властивості та люмінесценція тетраборату літію, активованого різними домішками 4
1.1.Основні фізико-хімічні властивості та енергетична структура тетраборату літію 4
1.2. Спектри поглинання і показник заломлення ТБЛ. 11
1.3. Спектри люмінесценції кристалів Lі2В4О7
13
1.4. Термостимульована люмінесценція кристалів ТБЛ 14
1.5.Термосцинтиляції в кристалах ТБЛ 15
1.6.Термостимульована люмінесценція Lі2В4О7, активованого різними домішками. 16
Розділ 2. Багатофункціональна установка для дослідження оптичного пропускання, рентгенолюмінесценції та термостимульованої люмінесценції 20
2.1. Вимоги до експериментальної установки
20
2.2. Оптична система установки 23
2.3. Система вимірювання та регулювання температури
28
2.4. Умови експериментів
31
Висновки. 33
Література 34

1.1. Основні фізико-хімічні властивості та енергетична структура тетраборату літію
Перше повідомлення про кристалічну структуру Lі2В4О7 зроблене у роботі [12]. Параметри теплових коливань а також уточнені структурні координати атомів приведені в [12]. Цими дослідниками встановлено, що структура ТБЛ описується просторовою групою I41cd (С4v12). Елементарна комірка містить 8 формульних одиниць Lі2В4О7 (104 атоми) і має розміри а=b=9,477 А, с= 10,286 А. Літературні дані свідчать, що атоми бору в ТБЛ знаходяться в тетраедричній і трикутній координація. В обох випадках зв'язок В-О має виражений ковалентний характер. Три атоми кисню з чотирьох незалежних мають гібридизацію, близьку до sp2, а четвертий, кристалографічно незалежний атом кисню, знаходиться у sp3 гібридному стані. На всіх зв’язках В-0 у В03 – трикутниках виявлено, що максимуми залишкової електронної густини зміщені в сторону більш електровід’ємних атомів кисню.
...

1.4. Термостимульована люмінесценція кристалів ТБЛ
Для виявлення особливостей гасіння випромінювання АЛЕ в області температур 170-220 К у роботі [10] вивчалася ТСЛ зразків, які пройшли різну термообробку. На кривій TCJI (рис.1.8., крива 2) спостерігається декілька складних широких і вузьких піків. Піки ТСЛ при 110 і 273 К спостерігаються у всіх зразках, але в зразках, не очищених від сторонніх домішок, інтенсивність піка при 273 К більша. Інтенсивність піка при 110 К майже лінійно зростає з ростом часу опромінення кристалу ТБЛ рентгенівськими квантами (максимальний час опромінення 2 год.). Знайдена глибина рівнів захоплення носіїв струму для цих піків становить відповідно 0.11 і 0.50 еВ.
У температурному інтервалі 150-230 К спостерігається шість вузьких піків ТСЛ при 152, 165, 187, 202, 215 і 225 К (рис.1.6., крива 2), відносна інтенсивність яких залежить від температури термообробки і числа циклів “нагрівання (до 320 К) – охолодження (до 77 К)”.
...

1.5. Термосцинтиляції в кристалах ТБЛ
Спалахи свічення в не збуджених жорсткими квантами кристалах ТБЛ (термосцинтиляції) завжди виникають при зміні температури в області 77- 250 К (рис. 1.6., вертикальні лінії 4, швидкість нагрівання і охолодження кристала (β=1.4 К/хв). У випадку зменшення β (0.9, 0.7, 0.5 К/хв) кількість термосцинтиляцій поступово зменшується. Загальна світло-сума при цьому зменшується незначно (на 5-7%). Кількість термосцинтиляцій і їх інтенсивність максимальні в температурному інтервалі 120-220 К і не залежать від передісторії зразка. Максимальне число термосцинтиляцій має місце в області мінімуму свічення АЛЕ. Таким чином, термосцинтиляції пов'язані з природою даного кристала.
В [10] висловлено припущення, що термосцинтиляції виникають у результаті рекомбінаційних процесів.
...

2.1. Вимоги до експериментальної установки
Методики TCЛ та РЛ висувають ряд вимог до вимірювальної установки та її окремих блоків та вузлів. Перша з них полягає у необхідності вимірювання, зберігання і обробки великих масивів експериментальної інформації. При реєстрації кривої TCJI на протязі 300 секунд в середньому проводиться 700-1000 вимірів значень температури, інтенсивності та часу, що становить 2-3 тисячі п’ятизначних чисел. Дослідження спектрів пропускання та РЛ теж приpводять до великих об’ємів інформації. Тому необхідно використовувати ЕОМ для зберігання результатів та управління експериментами, яка поряд з цим дозволяє досягти більшої точності вимірів і високої повторюваності умов експерименту.
Ряд вимог стосуються температурних режимів установки. Дослідження температурних залежностей РЛ вимагають швидкої стабілізації будь-якого значення температури в інтервалі 20-500 °С [22, 23].
...

2.2. Оптична система установки
Оптична система установки складається із оптико-механічної частини, фотоприймача і реєструючої підсистеми (рис. 2.2.).
Оптико-механічна частина виконує наступні функції: а) фокусування вимірюваного потоку світла на фотоприймач; б) спектральну розгортку досліджуваного світла; в) подавання на фотоприймач еталонного потоку світла; г) періодичну комутацію досліджуваного і еталонного потоків світла відповідно до вибраного методу вимірювання; д) послаблення світлового потоку при наближенні до верхньої межі динамічного діапазону реєструючої системи.

Рис. 2.2. Оптична система установки при дослідженнях спектрів пропускання (а), інтегральної PЛ і ТСЛ (б) та спектрів РЛ і ТСЛ (в).
1 – зразок; 2 – вимірювальна камера; 3 – комбіноване джерело світла, 4 – конденсор; 5 – світлофільтри; 6 – монохроматор; 7 – ФЕУ; 8 – реєструюча підсистема; 9 – електромеханічна діафрагма; 10 – затвор світла; 11 – джерело еталонного світла 12 – рентгенівська трубка; 13 – модулятор.
...

2.3. Система вимірювання та регулювання температури
До системи вимірювання та регулювання температури ставиться ряд вимог [22, 29, 31, 38]:
• вимірювання температури в діапазоні 20-500 °С з точністю ±0,1°С;
• забезпечення лінійної розгортки температури з постійною швидкістю, що задається в межах 0,01-5 °С/сек при нелінійності, не вищій 0,5%;
• стабілізація будь-якої заданої температури в діапазоні 20-500 °С з точністю ±0,1°С;
• можливість підрегулювання максимальної потужності нагрівного елементу;
• включення в систему пристрою швидкого охолодження.
Крім високих вимог до точності вимірювань, канал вимірювання температури повинен бути мало інерційним (постійна часу термодатчика не більше 0,1 сек), а маса датчика повинна бути набагато менша за масу зразка, яка становить приблизно 0,1 г [39]. Крім того, конструкція системи повинна забезпечити хороший тепловий контакт термодатчика із зразком і виключити теплові втрати через провідники датчика.
...

ЛІТЕРАТУРА
1. Krogh-Moe J. The Crystal Structure of Lithium Diborate, Li2О 2B2О3//Acta Cryst. - 1962. - N15. - p. 190-193.
2. Bhalla A.S., Cross L.E., Whatmore R.W. Pyroelectric and Piezoelectric Properties of Lithium Tetraborate Single Crystal// Japanese Journal of Applied Physics. - 1985. - v.24, Supplement 24-2, - p. 727-729.
3. Bohaty L., Eiaussuhl S., Liebertz J. Electro-optical Coefficients and Temperature and Pressure Derivatives of the Elastic Constants of Tetragonal Li2B4О7 //Cryst. Res. Technol. - 1989. - v.24, Nll. - p. 1159-1163.
4. Kutomi Y., Tomita A. TSEE and TL of Li2B4О7 :Cu Single Crystals //Radiat. Prot. Dosim. - 1990, - v.33, - p. 347-350.
5. Lorrain S., David J. P., Marinello G. A Study of New Preparations of Radiothermoluminescent Lithium Borates With Various Activators. //Radiat. Prot. Dosim. - 1986, - v.17. - p. 385-392.
6. Бурак Я.В, Довеий Я.О., Китык И.В. Зонная структура и особенности химических связей в кристаллах Li2B4О7. //ФТТ. - 1989. -т.31, N9. - с.275-278.
7. Теханович Н.П., Шелее А.У., Бурак Я.В. Исследование теплоемкости кристаллов Li2B4О7. //ФТТ. - 1990. - т.32, N8. - c. 2513-2515.
8. Сильвестрова И.М., Сенющенков И.А., Писаревский Ю.В. Аномалии температурных зависимостей упругих свойств Li2B4О7 при термоциклировании. //ФТТ.-1989. - п.31, N10. - с. 311-313.
9. Борман К.А., Бурак Я.В. Особенности теплового расширения Li2B4О7 // Изв. AH СССР, сер. "Неорг. мат.", - 1990. - T.26, N2. - с. 440-442.
10. Антоняк О.Т., Бурак Я.В., Лысейко И.Т., Пидзырайло Н.С., Хапко З.А. Люминесценция кристаллов Li2B4О7 //Оптика и спектроскопия, - 1986. -т.61, вып. 3, - с. 550-553.
11. Pae1l G. L., Tailor W. Raman spektrum of Li2B4О7 // J. Phys. C: Sol. St. Phys. -1982, -v. 15, N 8. -p. 1753-1764.
12. Борман К.Я., Бурак Я.В. Актуальные проблемы физики и химии сегнетоелектриков. - Рига, ЛатвЕУ.-1987.-е. 140-144.
13. Боднарь И.Т. “Дьявольская лестница “ в тетраборате лития? //Оптика и спектроскопия.-1995.-т.78, Nl.-c.73-74.
14. Зарецкий В.В., Бурак Я.В. Фазовые переходы, стимулированные термоциклированием// Письма в ЖЗТФ.-1989.-Т.49, N4.-с.198-201.
15. Кузнецов А.И., Абрамов В.Н., Намозов Б.Р. // Тр. ИФ AH ЗСССР, - 1982,-т.53 ,-с. 83-95.
16. Visser d., Vershoor G. С., Jido D.J.W. //Acta Crystallogr., -1980, -v. 36 В, р. 28-31.
17. Флерова С.А., Таран В.Г. Люминесценция при механическом переключений кристаллов, обладающих сегнетоэлектрическими и сегнето-эластическими свойствами // Изв. AH СССР, сер. физ., -1979. -т.43, N8, - с. 1745-1748.
18. Волк Т.Р., Максимова Н.Е., Попов С.А., Флерова С.А. Люминесценция при пере-поляризации кристаллов ТЕС.// Кристаллография, - 1985.-т.ЗО, в.4, -с.720-725.
19. Алиев А.Е., Валетов P.P. Акустическая эмиссия в ионном проводнике Li2B4О7 //ФТТ. - 1992. - п.34, N10.-с.3061-3065.
20. Kortov V. S. Role of Non-Stoichiometry in Exoelectron Oxide Emission //Exoemission Activity. Jpn J. Appl. Phys. -1985. Suppl. 24-3, - p. 69-71.
21. Turumi T., Saigoh H., Hosino Y. Emission Mechanism of Thermoluminescence of Li2B4О7//J. Ceramic Soc. Jpn.-1989. -v.97, - p. 525-532.
22. Таращан A.H. Люминесценция минералов. K. Наук. Думка, 1978. 296 с.
23. Парфианович И.А., Саломатов В.Н. Люминесценция кристаллов. – М. Наука, 1988. – 247 с.
24. Сердюк В.В., Ваксман Ю.Н. Люминесценция полупроводников. - К.; Одесса, Выщая шк., 1988, 200 с.
25. Блинников Е.П. Еолонжа В.Н., Гуменюк А.Ф. Энергетический спектр ловушек в кристаллах CsCdCl3/ Оптика и спектроскопия, том 69, вып. 5, – 1990. – с. 1054- 1058.
26. Гуменюк А.Ф., Дегода В.Я. Особенности кинетики фосфоресценции кристаллов ИАГ:ШЗ+ при рентгеновском возбуждении. УФЖ, т. 32, №2, 1987, с. 208-211.
27. S.W.S. McKeever, М. Moscovitch and P.D. Townsend, Thermoluminescence dosimetry materials: properties and uses, Nuclear Technology Publishing, Ashford, (1995), p. 214.
28. Proceedings of the 12th International Conference on Solid State Dosimetry, (Burgos, Spain), Nuclear Technology Publishing, Ashford, (1998), p. 120.
29. Тале И.А. Термоактивационная спектроскопия люминесцирующих твердых тел. Изв. AH СССР, Сер. Физ., 1981, т. 45, № 2, с. 245-252.
30. Гимадова Т.И., Кеирим-Маркус И.Б., Лукьянова Г.П. Современное состояние термолюминесцентной дозиметрии. Сб. «Люминесцентные приемники и преобразователи ионизирующего излучения». Наука, Сыб. Отд., Новосибирск, 1985, с. 41-48.
31. Зариньш М.Я. Управление температурой в криостатах. Методы и аппаратура для исследования люминесценции: Сборник научных трудов / Отв. ред. Я. Янсонс.-Рига: ЛГУ им П. Стучки, 1985. -151 с. (с. 99-128)
32. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М. 1981. 640 с.
33. Янсонс Я. Л.. Применение фотоелектронных умножителей для счета фотонов. Методы и аппаратура для исследования люминесценции: Сборник научных трудов / Отв. ред. Я. Янсонс. - Рига: ЛГУ им П. Стучки, 1985. -151 с. (с. 3-39).
34. Лимеж Г.К. Счетчик фотонов. Кибернетизация научного эксперимента. Ученые записки ЛГУ. Рига , 1971, 230 с. (с. 216-228).
35. Тарденак З.З. Системы счета фотонов для регистрации изменений слабых и быстроменяющихся потоков. Методы и аппаратура для исследования люминесценции: Сборник научных трудов / Отв. ред. Я. Янсонс. - Рига: ЛГУ им П. Стучки, 1985. -151 с. (с. 58-98)
36. Холондырев. Аппаратура и методы счета фотонов. М:, Наука, 1993, 136.
37. Плаудис А.З., Тале И.А. Научно-исследовательская система для проведения исследований комплексом люминесцентных методов. Кибернетизация научного эксперимента. Ученые записки ЛГУ. Рига, 1971, 230 с.(с. 66-94).
38. Гороховатский Ю.А., Бордовский Г.А. Термоактивационная токовая спектроскопия высоко-омных полупроводников и диэлектриков. - М.: Наука, 1991.
39. Тале И.А. Пути создания и требования к НИС для спектрально- кинетических люминесцентных исследований. Кибернетизация научного эксперимента. Ученые записки ЛГУ. Рига , 1971, 230 с. (с. 33-65).
40. Температурные измерения. Справочник. Геращенко О.А., Гордов А.Н., Еремина А.К. и др.; Отв. ред. Геращенко О.А.; АН УССР, Ин-т проблем энергосбережения. - Киев: Наукова думка, 1989, 704 с.
41. Курбак А.І., Ярощук Л.Д. Програмування та розрахунок автоматичних систем. К.: ВШ, 1992, 366 с.
42. Саган С. А. Тлумачний словник з автоматизації виробничих процесів. –К.: Вища школа, 1997, 220 с.
43. Александров А.Л., Брылов В.М., Ждан А.Г. Установка для исследования термостимулированной проводимости. ПТЗ, 1974, №1, с. 228-230.
44. Горохов В.М., Гомельский Н.С. Новыэ регуляторы системы “Теплоавтомат”. М.: 1965, 233 с.