पीकेए (विकिरण)

संघनित-पदार्थ भौतिकी में, एक प्राथमिक नॉक-ऑन परमाणु (PKA) एक परमाणु है जो विकिरण द्वारा अपने ब्राविस जाली स्थल से विस्थापित होता है; यह, परिभाषा के अनुसार, पहला परमाणु है जो लक्ष्य में एक घटना कण का सामना करता है। इसकी प्रारंभिक जाली साइट से विस्थापित होने के बाद, पीकेए अन्य परमाणुओं के बाद के जाली साइट विस्थापन को प्रेरित कर सकता है यदि इसमें पर्याप्त ऊर्जा (दहलीज विस्थापन ऊर्जा) होती है, या अंतरालीय साइट पर जाली में आराम करने के लिए आती है यदि यह नहीं है (बीचवाला दोष)।

इलेक्ट्रॉन विकिरण और कुछ अन्य प्रकार के विकिरण से उत्पन्न होने वाले अधिकांश विस्थापित परमाणु पीकेए होते हैं, क्योंकि ये आमतौर पर दहलीज विस्थापन ऊर्जा से नीचे होते हैं और इसलिए अधिक परमाणुओं को विस्थापित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। तेज न्यूट्रॉन विकिरण जैसे अन्य मामलों में, अधिकांश विस्थापन उच्च-ऊर्जा PKAs के अन्य परमाणुओं से टकराने के परिणामस्वरूप होते हैं क्योंकि वे शक्ति को रोकते हैं।

टकराव मॉडल

परमाणुओं को केवल तभी विस्थापित किया जा सकता है, जब बमबारी के दौरान उन्हें मिलने वाली ऊर्जा थ्रेसहोल्ड विस्थापन ऊर्जा से अधिक हो E_d. इसी प्रकार, जब एक गतिमान परमाणु एक स्थिर परमाणु से टकराता है, तो दोनों परमाणुओं की ऊर्जा से अधिक होगी E_d टक्कर के बाद ही अगर मूल गतिमान परमाणु में ऊर्जा अधिक हो 2E_d. इस प्रकार, केवल पीकेए से अधिक ऊर्जा के साथ 2E_d अधिक परमाणुओं को विस्थापित करना जारी रख सकता है और विस्थापित परमाणुओं की कुल संख्या बढ़ा सकता है।ऐसे मामलों में जहां पीकेए में आगे के परमाणुओं को विस्थापित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, वही सत्य बाद में विस्थापित परमाणु के लिए भी होता है।

किसी भी परिदृश्य में, अधिकांश विस्थापित परमाणु अपने जाली स्थलों को दो या तीन बार से अधिक ऊर्जा के साथ नहीं छोड़ते हैं E_d. इस तरह का एक परमाणु दूसरे परमाणु से टकराएगा, लगभग हर औसत अंतराल दूरी तय करेगा, औसत टक्कर के दौरान अपनी ऊर्जा का आधा हिस्सा खो देगा। यह मानते हुए कि एक परमाणु जो 1 इलेक्ट्रॉनवोल्ट की गतिज ऊर्जा तक धीमा हो गया है, एक अंतरालीय साइट में फंस जाता है, विस्थापित परमाणु आमतौर पर उनके द्वारा छोड़ी गई रिक्तियों से कुछ अंतर-परमाणु दूरी से अधिक नहीं फंसेंगे।

पीकेए की ऊर्जा के लिए कई संभावित परिदृश्य हैं, और ये नुकसान के विभिन्न रूपों को जन्म देते हैं। इलेक्ट्रॉन या गामा किरण बमबारी के मामले में, PKA में आमतौर पर अधिक परमाणुओं को विस्थापित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। परिणामी क्षति में फ्रेनकेल दोषों का एक यादृच्छिक वितरण होता है, आमतौर पर अंतरालीय और रिक्ति के बीच की दूरी चार या पांच अंतर-परमाणु दूरी से अधिक नहीं होती है। जब PKAs से अधिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं E_d इलेक्ट्रॉनों पर बमबारी करके, वे अधिक परमाणुओं को विस्थापित करने में सक्षम होते हैं, और कुछ फ्रेंकेल दोष एक दूसरे से कुछ अंतर-परमाण्विक दूरी के भीतर, संबंधित रिक्तियों के साथ अंतरालीय परमाणुओं के समूह बन जाते हैं। तेजी से चलने वाले परमाणुओं या आयनों द्वारा बमबारी के मामले में, रिक्तियों के समूह और अंतरालीय परमाणु परमाणु या आयन के ट्रैक के साथ व्यापक रूप से अलग हो जाते हैं। चूंकि परमाणु धीमा हो जाता है, पीकेए के उत्पादन के लिए क्रॉस सेक्शन बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप ट्रैक के अंत में रिक्तियों और इंटरस्टिशियल के समूह केंद्रित होते हैं।

क्षति मॉडल

एक थर्मल स्पाइक एक ऐसा क्षेत्र है जिसमें एक गतिमान कण 10 के क्रम के समय के लिए ठोस के माध्यम से अपने ट्रैक के आसपास की सामग्री को गर्म करता है।⁻¹² एस। अपने रास्ते में, एक पीकेए एक धातु को गर्म करने और तेजी से शमन करने के समान प्रभाव पैदा कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप फ्रेनकेल दोष होता है। एक थर्मल स्पाइक लंबे समय तक नहीं रहता है ताकि फ्रेनकेल दोषों को दूर किया जा सके। भारी तत्वों के तेजी से न्यूट्रॉन बमबारी के लिए विस्थापन स्पाइक नामक एक अलग मॉडल प्रस्तावित किया गया था। उच्च ऊर्जा पीकेए के साथ, प्रभावित क्षेत्र को सामग्री के गलनांक से ऊपर के तापमान तक गर्म किया जाता है, और अलग-अलग टकरावों पर विचार करने के बजाय, प्रभावित संपूर्ण मात्रा को थोड़े समय के लिए "पिघला" माना जा सकता है। शब्द "पिघल" और "तरल" यहाँ शिथिल रूप से उपयोग किए जाते हैं क्योंकि यह स्पष्ट नहीं है कि इतने उच्च तापमान और दबाव पर सामग्री तरल या सघन गैस होगी। पिघलने पर, पूर्व अंतरालीय और रिक्तियां "घनत्व में उतार-चढ़ाव" बन जाती हैं, क्योंकि आसपास के जाली बिंदु अब तरल में मौजूद नहीं होते हैं। थर्मल स्पाइक के मामले में, तापमान इतना अधिक नहीं होता है कि तरल अवस्था को लंबे समय तक बनाए रखा जा सके ताकि घनत्व में उतार-चढ़ाव को आराम मिल सके और अंतर-परमाणु विनिमय हो सके। तेजी से "शमन" प्रभाव के परिणामस्वरूप रिक्ति-अंतरालीय जोड़े होते हैं जो पिघलने और पुनर्संरचना के दौरान बने रहते हैं। पीकेए के पथ के अंत में, ऊर्जा हानि की दर इतनी अधिक हो जाती है कि सामग्री को उसके गलनांक से ऊपर अच्छी तरह से गर्म किया जा सके। जबकि सामग्री पिघल जाती है, घनत्व में उतार-चढ़ाव से स्थानीय उपभेदों की छूट द्वारा शुरू किए गए परमाणुओं की यादृच्छिक गति के परिणामस्वरूप परमाणु विनिमय होता है। यह इन उपभेदों से संग्रहीत ऊर्जा को जारी करता है जो तापमान को और भी अधिक बढ़ा देता है, घनत्व में उतार-चढ़ाव के अधिकांश गायब होने के बाद संक्षेप में तरल अवस्था को बनाए रखता है। इस समय के दौरान, विक्षुब्ध गति जारी रहती है ताकि दृढ़ीकरण पर, अधिकांश परमाणु नई जाली साइटों पर कब्जा कर लेंगे। ऐसे क्षेत्रों को विस्थापन स्पाइक्स कहा जाता है, जो थर्मल स्पाइक्स के विपरीत, फ्रेनकेल दोषों को बरकरार नहीं रखते हैं।

इन सिद्धांतों के आधार पर, दो अलग-अलग क्षेत्र होने चाहिए, प्रत्येक एक पीकेए के मार्ग के साथ-साथ क्षति का एक अलग रूप बनाए रखता है। पथ के पहले भाग में एक थर्मल स्पाइक होना चाहिए, और यह उच्च-ऊर्जा क्षेत्र रिक्ति-अंतरालीय जोड़े को बनाए रखता है। पथ के अंत की ओर एक विस्थापन स्पाइक होना चाहिए, एक कम-ऊर्जा क्षेत्र जहां परमाणुओं को नई जाली साइटों पर ले जाया गया है लेकिन कोई रिक्ति-अंतरालीय जोड़े नहीं बनाए गए हैं।

कैस्केड क्षति

कैस्केड क्षति की संरचना पीकेए ऊर्जा पर दृढ़ता से निर्भर है, इसलिए पीकेए ऊर्जा स्पेक्ट्रम का उपयोग कैस्केड क्षति के तहत माइक्रोस्ट्रक्चरल परिवर्तनों के मूल्यांकन के आधार के रूप में किया जाना चाहिए। पतली सोने की पन्नी में, कम बमबारी की खुराक पर, कैस्केड की बातचीत नगण्य होती है, और दृश्य रिक्ति क्लस्टर और अदृश्य रिक्ति-समृद्ध क्षेत्र दोनों कैस्केड टकराव अनुक्रमों द्वारा बनते हैं। रिक्ति समूहों के मौजूदा समूहों के पास नए समूहों का उत्पादन करने के लिए उच्च खुराक पर कैस्केड की बातचीत पाई गई, जो स्पष्ट रूप से अदृश्य रिक्ति-समृद्ध क्षेत्रों को दृश्यमान रिक्ति समूहों में परिवर्तित कर रही थी। ये प्रक्रियाएँ PKA ऊर्जा पर निर्भर हैं, और विखंडन न्यूट्रॉन, 21 MeV स्व-आयन और संलयन न्यूट्रॉन से प्राप्त तीन PKA स्पेक्ट्रा से, परस्पर क्रिया द्वारा नए दृश्यमान समूहों का उत्पादन करने के लिए आवश्यक न्यूनतम PKA ऊर्जा 165 keV होने का अनुमान लगाया गया था।

यह भी देखें

• रिक्ति दोष
• अंतराकाशी दोष

श्रेणी:परमाणु