Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Каскад столкновений

Каскад столкновений

26.07.2017

При столкновении с атомом электрона или у-кванта обычно энергия U2 < 2Ud, создается одна пара вакансия — межузельный атом, а остаток U < Ud рассеивается в тепло. Тяжелые же частицы передают одному атому энергию U2 >> Ud. Такой атом отдачи, сталкиваясь с другими атомами, порождает ветвящуюся цепь — каскад столкновений (рис. 16).
Столкновения близко лежащих атомов никак нельзя считать центральными. Для нецентрального же удара равных масс закон сохранения энергии приобретает вид v02 = v12 + v22, а сохранения импульса v0 = v1 + v2; (v0 — скорость налетающего атома, а V1 и V2 — скорости двух атомов после удара). Возводя второе равенство в квадрат и сравнивая с первым, получим V1V2 = 0, т. е. два атома разлетаются всегда под углом 90°. Пропорция же их энергий зависит от угла встречи: от полной передачи всей энергии при лобовом ударе и до сохранения ее - при касании (для любого угла встречи ее можно найти, приравняв нулю тангенциальные силы в точке касания).

В среднем же первичный атом отдачи в каждом столкновении теряет половину энергии. Тогда он остановится через n = log2 (U2/Ud) < 10 столкновений. Таким образом, поперечник каскада столкновений d ~ nl ~ 10в-2...10в-1 мкм.
Один быстрый нейтрон (U = 2 МэВ) в меди передает атому отдачи энергию U2 = 50 кэВ, и ее хватило бы для плавления объема в 10в5 атомов. Ho летящие со сверхзвуковой скоростью атомы растрачивают энергию на образование вакансий и межузельных атомов за 10в-13 с, тогда как для равномерного рассеяния ее по объему каскада волнами в решетке (со скоростью звука с) нужно время t ~ d/c ~ 10в-11с. Поэтому в тепло обращается лишь малая часть энергии (“остаток” U < Ud после остановки атома), и плавления нет.
Ho каждый выбитый из узла атом получает свою половину энергии и тоже раздает ее в столкновениях. После первого столкновения атома отдачи движутся два атома (и осталось на их месте две вакансии), после второго — еще 22, в k-м “поколении” появится еще 2k вакансий, а всего за n поколений (пока не иссякнет энергия) в каскаде рождается N = E 2k = (2n+1 — 1) вакансий. При n = 6...8 поколений в каскаде остается N ~ 10в2 вакансий и столько же межузельных атомов.
Каскад вытянут “по ходу” атома отдачи, и размещение MA, а также вакансий в нем неоднородно. Выбитый из узла атом движется, а вакансия остается у места старта. Поэтому каскад столкновений — дерево (см. рис. 16): вакансии сидят у “корня”, а межузельные атомы — на концах ветвей.
Ветви каскада переплетаются, так что по некоторым оценкам до половины пар MA — V аннигилирует мгновенно, при росте каскада. Кроме того, “охлаждение” каскада много медленнее, чем сами столкновения, и за это время еще часть пар аннигилирует. Ho оставшиеся пары разнесены далеко. Так, после облучения вольфрама ионами W+ (20 кэВ) у “корня” дерева автоионный микроскоп обнаруживает в 10...20 раз больше вакансий, чем межузельных атомов — остальные MA разбежались на 4,5... 15 нм вокруг. Межузельные атомы тоже образуют группы по шесть - восемь штук, но на периферии.
Пространственную картину каскада, послойно снятого в АИМ, дал компьютерный синтез стереопары (по 4400 кадрам). Каскад в вольфраме после удара иона W+ имел у “корня” 172 вакансии (cV = 0,087) и только 17 MA. Еще 25 MA удалось найти на периферии — на расстояниях 4,5...15нм вдоль <110> и <111>. “Зона обеднения” с избытком вакансий была вытянута поперек оси пучка. Увидеть весь каскад как целое (его форму и ориентировку) можно в электронном микроскопе в упорядоченных сплавах: “остаточный” разогрев в объеме каскада (тепловой всплеск) разрушает дальний порядок, и при отражении от сверхструктурной плоскости этот объем выделяется как темное пятно размером 10 нм.