بخشی از مقاله
چکیده
تک بلورهاي KBr و KCl به روش چوخرالسکی رشد داده شدند. بلورهاي رشد داده شده بوسیله پرتو گاما با دزهاي 15، 20، 30، 40، 45، 60 و 100 در مقیاس KGy تابش یافته و تغییرات چگالی حک حفره هاي ناشی از سونش شیمیائی هر یک از بلورها با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش دز تابشی، چگالی حک حفره ها بیشتر شده و شدت جذب اپتیکی نیز افزایش می یابد.
مقدمه
پرتودهی بلورهاي هالید قلیایی بوسیله اشعه گاما موجب ایجادنواقص مختلف در آن می گردد که از آن جمله می توان به نابجائی ها و مراکز F اشاره نمود. این تغییرات با افزایش شدت پرتو دهی نیز قابل مشاهده هستند.[1] با پرتو دهی بلورهاي KBr و KCl بوسیله اشعه گاما و ایجاد تغییراتدر مقدار دوز پرتوي تابیده بر آنها، می توان مقدار تغییرات در ارتفاع قله جذب نور مرئی ناشی از مراکز مقدارFو نیز نابجاییهاتغییرات چگالی را بررسی کرد.
روش آزمایش و نتایج
در این پژوهش براي رشد تک بلورهاي KBr و KClبه روش چوخرالسکی، از پودرهاي extra pure متعلق به
شرکت مرك آلمان و با خلوص99/5در صد استفاده می گردد. شرایط رشد هر دو بلور KBr - با نقطه ذوب - 720 °C و KCl - با نقطه ذوب - 780 °C یکسان می باشد. به منظور رشد بلور KBr ابتدا پودر این ماده را در بوته ریخته و با بالا بردن تدریجی دماي کوره تا نقطه ذوب ماده، پودر درون بوته ذوب شد.
پس از برقراري تعادل گرمایی میان مذاب و فضاي درون کوره، مرحله رشد آغازگردید. بلوردانه درحین چرخشبا سرعت 25 در دقیقه به دور خود می چرخد به مذاب مماس شده و سپس با سرعت 12 میلی متر بر ساعت بطرف بالا کشیده شد. با پایان تمام مراحل لازم در فرایند رشد، بلور از مذاب جدا شده و جهت تنش زدائی به مدت 12 ساعت در دماي °C576 قرار گرفت. این دما تقریبا معادل 0/8 دماي ذوب مادة اولیه می باشد. در مرحله آخر بلور با نرخ 30 °C در ساعت تا دماي محیط سرد شداز.[2] شکل 1 نمونه اي بلورهاي KBr رشد داده شده را نشان می دهد.
شکل .1 بلور KBr رشد یافته به روش چوخرالسکی
جهت انجام آزمایشهاي مورد نظر، از بلورهاي رشد داده شده برشهایی تهیه گردید و بوسیله پرتوي گاما با دزهاي 15، 20، 30، 40، 45، 60 و 100 کیلوگري - KGy - پرتودهی شدند.
شکل 2 تعدادي از این برشهاي تابش یافته را نشان می دهد.
می دانیم که بلورهاي رشد داده شده شفاف و بیرنگ هستند و بالطبع برشهاي تهیه شده نیز شفاف و بیرنگ می باشند اما با پرتودهی با اشعه گاما، بلورKBr به رنگ بنفش تغیر رنگ می دهد. شایان ذکر است که بلور KCl پس از پرتودهی به رنگ آبی در می آید.
شکل .2 تعدادي از این برشهاي بلور KBr تابش داده شده با پرتوي گاما.
در این مرحله براي تعیین کیفیت بلورها از روش اچینگ - Etching - یا سونش شیمیایی استفاده شده است، بدین صورت که مقاطع تازه برش داده شده از بلور، به مدت 3 الی 5 ثانیه در محلول شیمیایی غوطه ور شده تا عمل سونش انجام پذیرد سپس توسط محلول استون شسته می شود. محلول شیمیایی مورد نظر از اسید استیک که در هر لیتر آن 4 گرم FeCl3 حل شده، تشکیل یافته است.
دماي سونش شیمیایی بین 20 تا 25 سانتی گراد اختیارحفگرهدید. شکل 3 حک هاي - Etch pit - ناشی از عمل سونش بر سطح برشی از بلور KBr را که با میکروسکوپ نوري عکس برداري شده است را نشان می دهد.[3] با شمارش حک حفره هاي سطح هر مقطع از برشها و متوسط گیري از تعداد آنها، چگالی حک حفره ها بر واحد سطح محاسبه گردید.
چگالی حک حفره ها براي بلور KBr قبل از پرتودهی در حدود 6×105 حک حفره بر سانتی متر مربع و براي برشهاي پرتودهی شده با دوزهاي 15، 20، 30، 40، 45، 60 و KGy 100 به ترتیب 3×106 ، 7×106، 8×106 ، 9×106 ،9×106 107 و 2×107 حفره بر سانتی متر مربع می باشد و این بدان معناست که مقدار حک حفره ها از یک دوز پرتودهی 40 الی KGy 45 به بالا به اشباع خواهد رسید و دیگر افزایش نخواهد یافت .[4]
شکل .4 طیف جذبی گرفته شده از بلور KBr تابش یافته با پرتوهاي گاما
شکل .3 حک حفره هاي ناشی از عمل سونش بر سطح برش بلور KBr با دوز . 60 KGy
بوسیله میکروسکوپ نوري با بزرگنمایی 500
بحث و نتیجه گیري:
نتیجه این بررسی براي بلور KCl بدین صورت است که چگالی حک حفرها براي بلور KCl قبل از پرتودهی در حدود 5×106 بر سانتی متر مربع و براي دوزهاي تابشی 15، 20، 40، 45، 60 و KGy 100 به ترتیب 7×106 ، 8×106 ، 107، 9×106 ،107 ، 8×106 و 2×107 است در این حالت نیز براي دوزهاي پرتودهیتا بینچگالیKGy 45 40 به بالا حک حفره ها در سطح بلور تغییراتیمرحلهرانشان نداد.
در بعد از برشهاي پرتو دهی شده، بوسیله دستگاه اسپکتروفوتومتر cary 17 D طیف جذبی گرفتهاز شد. شکل 4 نمونه اي طیف جذبی گرفته شده از بلور KBr را نشان می دهد که با پرتوهاي گاما و با دز 60 KGy پرتودهی شده است. این طیف در حقیقت باند جذبی اصلی - باند - F بوده و غالبا در ناحیه مرئی می باشد. مشاهدات نشان می دهد که براي برشهاي بلور KBr تا دز 50 KGy شدت جذب زیاد شده و پس از آن تغییراتی دیده نخواهد شد اما براي KCl حداکثر تغییرات در حدود 45 KGy می باشد.
- رشد تک بلور با نابجایی کم ، مستلزم انتخاب مناسب سرعت کشیدن وچرخش بلور و نیز اجراي عملیات حرارتی بر آن است. در این پژوهش سرعت کشیدن بلور، براي دو بلور KCl و KBr بین 10 تا 20 میلیمتر بر ساعت و سرعت چرخش نیز بین 15 تا 25 دور در دقیقه انتخاببرايگردید.
تنش زدایی بلورها بهتر است آنها را به مدت ساعت12 در دماي ./8 نقطه ذوبشان - به ترتیب 624 و576 درجه سانتیگراد - نگاه داشته شد.
- پرتو دهی بلورهاي KCl و KBr موجب حرکت آنیونها به خارج از جایگاهشان شده و با افزایش دوز پرتو دهی بر تعدادشان افزوده می شود تا جایی که دیگر امکان ازدیاد آنیونهاي خروج کرده از جایگاهشان، وجود نداشته باشد و در حقیقت تعدادشان به اشباع می رسد. این مظمون در مقدار ازدیاد ارتفاع قله جذب و به حد رسیدن مقدار آن ونیز در مورد ازدیاد حک حفرها و به حد رسیدن آنها - متناسب با افزایش دوز پرتودهی - خلاصه می گردد.
