ГлавнаяСначала численным моделированием, а затем и прямым экспериментом на монокристаллах были обнаружены два эффекта, влияющие на строение каскада: это аномальное пропускание частиц вдоль направлений плотной упаковки (каналирование) и самопроизвольное стягивание траекторий атомов к этим направлениям (фокусирование столкновений).
При большой энергии частицы U возможно ее сближение с атомом до столь малых r, что вдоль атомных рядов остаются “просветы”, где частица летит без столкновений. Если частица с энергией U и массой m движется со скоростью v = V(2U/m) вдоль оси х посредине между двумя атомными рядами, то при “поперечном” смешении у от этой линии ее энергия увеличивается на AU = ау2 (первый член разложения U(y) относительно положения равновесия у = 0). Тогда летящая частица колеблется относительно оси х с периодом T = 2пV(m/2а). Если начальная скорость v отклонялась от оси х на угол ф << 1, то для движения вдоль у кинетическая энергия m(vф)2/2 = Uф2. Из равенства максимальной потенциальной и кинетической энергии колебаний ау2max = Uф2 можно определить амплитуду ymax, и тогда:
Частица движется в “потенциальном канале”, раскачиваясь около его оси. Столкновений нет, если амплитуда раскачки намного меньше межатомного расстояния ymax << 6. Соответственно, чем больше энергия частицы, тем меньше допустимое отклонение фmax импульса частицы от оси плотной упаковки 1 при каналировании. Поэтому можно наблюдать каналирование по резкому изменению поглощения пучка с наклоном ф, если сначала выставить совершенный монокристалл осью I по оси пучка. По мере потери энергии длина волны синусоиды Л = 2пV(U/a) уменьшается. Когда она укоротится до 4b, возникает резонанс между колебаниями частицы в канале и взаимодействиями ее с отдельными атомами, и частица покинет канал. Так пропадает эффект при малых энергиях U (для иона Cu+ в меди — при Umin-1 кэВ).
Каналирование-перспективный инструмент физики твердого тела. Источником каналирующих частиц может быть как ускоритель, так и радиоактивный изотоп (например, a-частицы с энергией 5,25 МэВ от распада 244Cm). Каналирование позволяет, например, определять тип междоузлия, занимаемого примесью внедрения. Каналы вдоль разных кристаллографических осей 1 проходят через разные междоузлия. Сравнивая ослабление каналирования для разных 1 после введения примеси, установили, например, что кислород в тантале и в ниобии занимает октаэдрические междоузлия, а углерод в палладии -тетраэдрические.
Если примесь мало растворима и эффект слабый, используют ядерную реакцию с примесью Так, если растворить в Tia изотоп 18O, то каналирующий пучок протонов (U = 730 КэВ) по реакции 18O+p —> 15N+4He дает а-частицы. Зависимость их потока от направления каналирования указывает позицию, занятую именно кислородом.
Вероятность случайного каналирования атома отдачи составляет примерно 10в-4. Поэтому в радиационном повреждении каналирование заметно в основном по глубокому (l-1 мкм) проникновению немногих межузельных атомов.