पीकेए (विकिरण)

संघनित-पदार्थ भौतिकी में, प्राथमिक नॉक-ऑन ऐसा परमाणु (पीकेए) है जो विकिरण द्वारा अपनी जाली साइट से विस्थापित हो जाता है; यह परिभाषा के अनुसार, प्रथम परमाणु है जो लक्ष्य में घटना कण का सामना करता है। इसकी प्रारंभिक जाली साइट से विस्थापित होने के पश्चात, पीकेए अन्य परमाणुओं के पश्चात की जाली साइट विस्थापन को प्रेरित कर सकता है यदि इसमें पर्याप्त ऊर्जा (सीमा विस्थापन ऊर्जा) होती है, तो अंतरालीय साइट पर जाली में विश्राम करने के लिए आती है।

इलेक्ट्रॉन विकिरण और कुछ अन्य प्रकार के विकिरण से उत्पन्न होने वाले अधिकांश विस्थापित परमाणु पीकेए होते हैं, क्योंकि ये सामान्यतः सीमा विस्थापन ऊर्जा से नीचे होते हैं और इसलिए अधिक परमाणुओं को विस्थापित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। अन्य स्थितियों में, जैसे तीव्र न्यूट्रॉन विकिरण अधिकांश विस्थापन उच्च-ऊर्जा पीकेए के अन्य परमाणुओं से टकराने के परिणामस्वरूप होते हैं क्योंकि वे विश्राम की स्थिति के लिए धीमी हो जाती है।

समाघात प्रारूप

परमाणुओं को केवल तभी विस्थापित किया जा सकता है, जब बमबारी के समय मिलने वाली ऊर्जा थ्रेसहोल्ड ऊर्जा E_d से अधिक हो। इसी प्रकार, जब गतिमान परमाणु स्थिर परमाणु से टकराता है, तो टक्कर के पश्चात दोनों परमाणुओं में E_d से अधिक ऊर्जा होती है, यदि मूल गतिमान परमाणु में 2E_d से ऊर्जा अधिक हो। तो इस प्रकार, केवल 2E_d से अधिक ऊर्जा वाले पीकेए अधिक परमाणुओं को विस्थापित करना प्रारम्भ रख सकते हैं और विस्थापित परमाणुओं की कुल संख्या में वृद्धि कर सकते हैं। ऐसी स्थितियों में जहां पीकेए में आगे के परमाणुओं को विस्थापित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, वही सत्य पश्चात में विस्थापित परमाणु के लिए भी होता है।

किसी भी परिदृश्य में, अधिकांश विस्थापित परमाणु अपने जाली साइटों को दो या तीन बार E_d से अधिक ऊर्जा त्याग देते हैं, इस प्रकार जब परमाणु टकराता है, तब लगभग प्रत्येक औसत अंतराल दूरी निश्चित करता है, औसत टक्कर के समय ऊर्जा का अर्ध भाग विलुप्त हो जाता है। यह मानते हुए कि परमाणु 1eV की गतिज ऊर्जा के लिए धीमा हो गया है, जो अंतरालीय साइट में फंस जाता है, जब विस्थापित परमाणु सामान्यतः उनके द्वारा त्याग दी गई रिक्तियों से कुछ अंतर-परमाणु दूरी से अधिक नहीं होंगे।

पीकेए की ऊर्जा के लिए कई संभावित परिदृश्य हैं, और ये हानि के विभिन्न रूपों को उत्पन्न करते हैं। इलेक्ट्रॉन या गामा किरण बमबारी की स्थिति में, पीकेए में सामान्यतः अधिक परमाणुओं को विस्थापित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। परिणामी क्षति में फ्रेनकेल दोषों का यादृच्छिक वितरण होता है, सामान्यतः अंतरालीय और रिक्ति के मध्य की दूरी चार या पांच अंतर-परमाणु दूरी से अधिक नहीं होती है। जब पीकेए बमबारी करने वाले इलेक्ट्रॉनों E_d से अधिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं, तो वे अधिक परमाणुओं को विस्थापित करने में सक्षम होते हैं, और कुछ फ्रेंकेल दोष एक दूसरे से कुछ अंतर-परमाणु दूरी के अंदर, संबंधित रिक्तियों के साथ अंतरालीय परमाणुओं के समूह बन जाते हैं। तीव्रता से चलने वाले परमाणुओं या आयनों द्वारा बमबारी की स्थिति में, रिक्तियों के समूह और अंतरालीय परमाणु या आयन के ट्रैक के साथ व्यापक रूप से भिन्न 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 अंतरालीय समूह केंद्रित होते हैं।

क्षति प्रारूप

थर्मल स्पाइक ऐसा क्षेत्र है जिसमें गतिमान कण 10⁻¹² s क्रम के समय के लिए ठोस माध्यम से अपने ट्रैक के निकट की सामग्री को गर्म करता है। अपने मार्ग में, पीकेए धातु को गर्म करने और तीव्रता से शमन करने के समान प्रभाव उत्पन्न कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप फ्रेनकेल दोष होता है। थर्मल स्पाइक लंबे समय तक नहीं रहता है जिससे कि फ्रेनकेल दोषों को दूर किया जा सके।

भारी तत्वों के तीव्रता से न्यूट्रॉन बमबारी के लिए विस्थापन स्पाइक नामक भिन्न प्रारूप 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 भिन्न-भिन्न टकरावों पर विचार करने के अतिरिक्त, 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 निकट के जाली बिंदु अब तरल में उपस्थित नहीं होते हैं। थर्मल स्पाइक के स्थिति में, तापमान इतना अधिक नहीं होता है कि तरल अवस्था को लंबे समय तक बनाए रखा जा सके जिससे कि घनत्व में उतार-चढ़ाव को विश्राम मिल सके और अंतर-परमाणु विनिमय हो सके। तीव्रता से "शमन" प्रभाव के परिणामस्वरूप रिक्ति-अंतरालीय जोड़े होते हैं जो पिघलने और पुनर्संरचना के समय 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 उचित प्रकार से गर्म किया जा सके। जबकि सामग्री पिघल जाती है, घनत्व में उतार-चढ़ाव से स्थानीय उपभेदों की छूट द्वारा प्रारंभ किए गए परमाणुओं की यादृच्छिक गति के परिणामस्वरूप परमाणु विनिमय होता है। यह इन उपभेदों से संग्रहीत ऊर्जा को निरंतर करता है जो तापमान को और भी अधिक बढ़ा देता है, घनत्व में उतार-चढ़ाव के अधिकांश विलुप्त होने के पश्चात संक्षेप में तरल अवस्था को बनाए रखता है। इस समय, विक्षुब्ध गति निरंतर रहती है जिससे कि दृढ़ीकरण पर, अधिकांश परमाणु नई जाली साइटों पर अधिकार कर लेंगे। ऐसे क्षेत्रों को विस्थापन स्पाइक्स कहा जाता है, जो थर्मल स्पाइक्स के विपरीत, फ्रेनकेल दोषों को स्थिर नहीं रखते हैं।

इन सिद्धांतों के आधार पर, दो भिन्न-भिन्न क्षेत्र होने चाहिए, प्रत्येक पीकेए के मार्ग के साथ-साथ क्षति का भिन्न रूप बनाए रखता है। पथ के प्रथम भाग में थर्मल स्पाइक होना चाहिए, और यह उच्च-ऊर्जा क्षेत्र रिक्ति-अंतरालीय जोड़े को बनाए रखता है। पथ के अंत की ओर विस्थापन स्पाइक होना चाहिए, अल्प -ऊर्जा क्षेत्र जहां परमाणुओं को नई जाली साइटों पर ले जाया गया है किन्तु 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 अंतर्गत माइक्रोस्ट्रक्चरल परिवर्तनों के मूल्यांकन के आधार के रूप में किया जाना चाहिए। पतली सोने की पन्नी में, अल्प बमबारी की मात्रा पर, कैस्केड का सम्बन्ध नगण्य होता है, और दृश्य रिक्ति क्लस्टर और अदृश्य रिक्ति-समृद्ध क्षेत्र दोनों कैस्केड टकराव अनुक्रमों द्वारा बनते हैं। रिक्ति समूहों के उपस्थित में उत्पादन करने के लिए उच्च मात्रा पर कैस्केड के सम्बन्ध पाए गए हैं, जो स्पष्ट रूप से अदृश्य रिक्ति-समृद्ध क्षेत्रों को दृश्यमान रिक्ति समूहों में परिवर्तित कर रही थी। ये प्रक्रियाएँ पीकेए ऊर्जा पर निर्भर हैं, और विखंडन न्यूट्रॉन, 21 MeV स्व-आयन और संलयन न्यूट्रॉन से प्राप्त तीन पीकेए स्पेक्ट्रा से, परस्पर क्रिया द्वारा नए दृश्यमान समूहों का उत्पादन करने के लिए आवश्यक न्यूनतम पीकेए ऊर्जा 165 keV होने का अनुमान लगाया गया था।

यह भी देखें

• रिक्ति दोष
• अंतराकाशी दोष

श्रेणी:परमाणु