Теней эффект

Определение "Теней эффект" в Большой Советской Энциклопедии

Ионограмма кристалла

Теней эффект, возникновение характерных минимумов интенсивности (теней) в угловом распределении частиц, вылетающих из узлов решётки монокристалла. Теней эффект наблюдается для положительно заряженных тяжёлых частиц (протонов, дейтронов, более тяжёлых ионов). Тени образуются в направлениях кристаллографических осей и плоскостей. Появление тени в направлении кристаллографической оси (осевая тень) обусловлено отклонением частиц, первоначально вылетевших в направлении этой оси, внутриатомным электрическим полем ближайших к излучающему узлу атомов, расположенных в той же цепочке (рис. 1). Распределение относительной интенсивности частиц у в области тени изображено на рис. 2. Угловые размеры тени определяются соотношением:
,

Происхождение эффекта теней

где 2x₀ — полуширина тени, eZ₁ и Е — заряд и энергия движущейся частицы, eZ₂ — заряд ядра атома кристалла, l — расстояние между соседними атомами цепочки. Интенсивность g потока частиц в центре тени для совершенного кристалла (без дефектов) примерно в 100 раз меньше, чем на периферии.

Угловое распределение интенсивности потока частиц при эффекте теней

Теней эффект был обнаружен в 1964 независимо А. Ф. Тулиновым (СССР) и Б. Домеем и К. Бьёрквистом (Швеция), причём частицы, в пучке которых наблюдались тени, в этих работах имели различное происхождение. В экспериментах Тулинова это были продукты ядерных реакций на ядрах кристаллической мишени под действием ускоренных частиц. Домей и Бьёрквист вводили a-радиоактивные ядра в узлы кристаллической решётки (методом ионной имплантации) и наблюдали тени в угловом распределении вылетающих из кристалла a-частиц. Первый метод оказался более универсальным, и практически все последующие эксперименты проводились по его схеме. В частности, с помощью этого метода удалось наблюдать плоскостные тени, то есть области пониженной интенсивности частиц в направлении кристаллографических плоскостей, имеющие форму прямых линий. При регистрации плоскостных теней в качестве детектора часто используют ядерные фотографические эмульсии, так как с их помощью можно регистрировать теневую картину в большом телесном угле. На эмульсии возникает сложная теневая картина кристалла, называемая ионограммой (рис. 3).

Расположение пятен и линий на ионограмме зависит от структуры кристалла и геометрических условий опыта. Распределение интенсивности в пределах одной тени (осевой или плоскостной) определяется многими факторами (состав и структура кристалла, сорт и энергия движущихся частиц, температура кристалла, количество дефектов в кристалле). Пятна и линии на ионограмме по своей природе принципиально отличны от пятен и линий, получаемых при изучении кристалла дифракционными методами (см. Рентгеновский структурный анализ, Электронография, Нейтронография). Из-за малой величины длины волны де Бройля для тяжёлых частиц дифракционные явления на образование теней практически не влияют.

Теней эффект используется в ядерной физике и физике твёрдого тела. На базе Теней эффект разработан метод измерения времени протекания ядерных реакций в диапазоне значений 10^-6—10^-18 сек. Информация о величине t извлекается из формы теней в угловых распределениях заряженных продуктов ядерных реакций, поскольку эта форма определяется смещением составного ядра за время его жизни из узла решётки. В физике твёрдого тела Теней эффект используется для исследования структуры кристалла, распределения примесных атомов и дефектов. Особенно эффективными методы, основанные на Теней эффект, оказываются при изучении тонких монокристаллических слоев вещества (10—1000 ).

Теней эффект относится к группе ориентационных явлений, возникающих при взаимодействии частиц с кристаллами. Другое ориентационное явление — каналирование заряженных частиц.

Лит.: Тулинов А. Ф., Влияние кристаллической решетки на некоторые атомные и ядерные процессы, «Успехи физических наук», 1965, т. 87, в. 4, с. 585; Широков Ю. М., Юдин Н. П., Ядерная физика, М., 1972; Медиков Ю. В., Тулинов А. Ф., Ядерные столкновения и кристаллы, «Природа», 1974, № 10; Карамян С. А., Меликов Ю. В., Тулинов А. Ф., Об использовании эффекта теней для измерения времени протекания ядерных реакций, «Физика элементарных частиц и атомного ядра», 1973, т. 4, в. 2.
  А. Ф. Тулинов.