高能粒子辐照二氧化硅玻璃E′色心形成机理研究

考虑高能粒子辐照二氧化硅玻璃形成E′色心的情况,建立了E′色心形成的动力学模型,得到了E′色心浓度与辐照剂量的关系式. 结果表明,在高能粒子辐照情况下,E′色心的形成包括两个过程,即色心的创造过程和色心的激活过程. 色心的创造过程主要由二氧化硅网格中疲劳键的断裂形成或网格中氧移位形成,E′色心浓度随剂量的变化呈线性增长.色心的激活过程主要由二氧化硅玻璃中固有点缺陷形成,E′色心浓度随剂量的变化呈饱和趋势.理论结果和实验结果符合很好,说明建立的模型是有效的. 关键词： 二氧化硅玻璃 E′色心 辐照剂量 动力学模型     

高纯硅低能粒子辐照E′色心形成动力学研究

考虑固有点缺陷形成E′色心的情况,建立了E′色心形成的动力学模型,得到了高纯硅低能粒子辐照E′色心浓度与辐照剂量的关系式.结果表明,在低辐照剂量下,E′色心浓度随剂量的变化呈线性增长;随着辐照剂量的增加,E′色心浓度随剂量的变化呈饱和趋势.如果进一步考虑E′色心和其他物质反应形成新的稳定结构,E′色心浓度随剂量的变化呈双指数关系,E′色心浓度随剂量的变化不再趋于饱和状态,而是偏离饱和状态.理论结果和实验结果很好地符合,说明建立的模型是有效的.     

高纯硅低能粒子辐照E′色心形成动力学研究

考虑固有点缺陷形成E′色心的情况，建立了E′色心形成的动力学模型，得到了高纯硅低能粒子辐照E′色心浓度与辐照剂量的关系式.结果表明，在低辐照剂量下，E′色心浓度随剂量的变化呈线性增长；随着辐照剂量的增加，E′色心浓度随剂量的变化呈饱和趋势.如果进一步考虑E′色心和其他物质反应形成新的稳定结构，E′色心浓度随剂量的变化呈双指数关系，E′色心浓度随剂量的变化不再趋于饱和状态，而是偏离饱和状态.理论结果和实验结果很好地符合，说明建立的模型是有效的.     

γ辐照后硼硅酸盐玻璃的吸收光谱研究

玻璃固化体是用来固化放射性废物的硅酸盐。作为放射性废物处理的第一道工程屏障,它的耐辐照性能尤其引人注目。本工作使用硼硅酸盐玻璃模拟玻璃固化体材料,用不同剂量的γ射线辐照硼硅酸盐玻璃模拟天然放射性对固化体的辐照损伤。通过测量和分析辐照后硼硅酸盐玻璃的吸收光谱,证实了辐照后在玻璃中产生了E'缺陷,非桥氧空位色心、过氧自由基以及过桥氧联接等缺陷。此外,还得出了不同微观结构随吸收剂量的演化关系。对于辐照后产生的缺陷,它们的浓度都随吸收剂量的增加而增大。同时,发现玻璃在辐照后其吸收光谱的带隙随着剂量的增加而逐渐变窄;而当吸收剂量大于等于105 Gy时,玻璃的带隙则达到饱和值。Vitrification is one kind of silicates which is used for immobilization of high-level waste (HLW). As the first engineered barrier of HLW disposition, its anti-irradiation characteristic is particularly noticeable. Vitrification is replaced by borosilicate glass to investigate radiation effect, and the irradiation damage generated by natural radioactivity in vitrification is simulated by different doses gamma rays on borosilicate glass. By measuring and analyzing the absorption spectrum of irradiated borosilicate glasses, it is confirmed that E'defect, non-bridging oxygen hole center, peroxy dangling bond and bridge oxygen link, etc. are induced in borosilicate glass after irradiation. Furthermore, the relations between the defects and absorbed doses are shown. For the concentrations of these defects induced by irradiation, all of them increase with absorbed dose. Meanwhile, absorption band gap in borosilicate glass after irradiation decreases with absorbed dose and the band gap becomes saturated when absorbed dose is equal to or greater than 105 Gy.     

重离子辐照SiO2通过能量损失产生发光色心的研究

通过红外光谱和荧光发射光谱分别对600 keV、4 MeV和5 MeV Kr离子辐照的SiO2进行发光特性的研究。在低能量辐照体系中,简单色心(F2色心)的形成在损伤过程中占据主导地位,其主要诱发蓝光发射带;在高能离子辐照条件下,离子径迹上的能量密度较大,因此缺陷浓度的增大产生了一些缺陷团簇和离子径迹,形成了复杂的色心(F2+和F3+色心等)并诱发了强烈的绿光发射带和红光发射带。该实验结果与能量损失过程中统一热峰理论模型(一个综合的基于电子能损与核能损的非弹性碰撞模型和弹性碰撞模型)的模拟结果能够很好地吻合,表明在keV～MeV能区上存在电子能损过程与核能损过程的协同效应。     

石英玻璃低能质子辐照损伤动力学研究

地面模拟研究了JGS3光学石英玻璃在真空、热沉和能量低于200keV的低能质子辐照下表面光学性能变化的基本规律．并建立了辐照损伤色心演化的动力学唯象模型。试验结果表明．大通量低能质子辐照对石英玻璃表层具有明显的表面损伤效应。随着辐照吸收剂量的增加,光密度变化先以线性规律迅速增加．加进一步增加时逐渐呈现饱和趋势;采用较高能量辐照作用后光密度变化出现饱和趋势的拐点提前,且饱和数值降低。根据对试验结果的分析,建立了低能质子辐照下石英玻璃色心演化的动力学模型．并给出了光密度变化的表达式。采用模型结果进行数学模拟,模拟曲线与试验结果曲线相似。因此所建立的动力学模型可以用来定量描述低能质子辐照下石英玻璃光学性能随辐照吸收剂量的变化规律。     

Xe离子束辐照硼硅酸盐玻璃和石英玻璃效应对比研究

玻璃固化体作为放射性废物地质处置的第一道安全屏障,它的耐辐照性能研究至关重要.玻璃固化体主要网络结构硅氧四面体与石英玻璃的硅氧四面体是一致的,所以这里用石英玻璃代替玻璃固化体作为研究对象.本文采用Xe离子在相同条件下辐照石英玻璃和硼硅酸盐玻璃.利用纳米压痕技术和椭圆偏振仪表征了辐照前后样品的硬度、模量以及折射率的变化情况.结果表明:硼硅酸盐玻璃和石英玻璃的硬度均随着辐照剂量的增大而减小,硼硅酸盐玻璃的模量随着辐照剂量的增大而减小;石英玻璃的模量随着辐照剂量的增大而增大.模量的变化可能和密度的变化有关,这点与折射率的结果相符.     

钨酸铅晶体的本征色心和辐照诱导色心

根据钨酸铅晶体(PbWO4,简称PWO)的缺陷化学和晶体结构特点,用光吸收谱、广延X射线吸收精细结构(EXAFS)和精密X射线衍射(XRD)方法对高温退火后PWO晶体进行微结构研究,获得了其退火前后缺陷变化的情况,据此提出生成态(asgrown)晶体中350nm本征色心吸收带起源于V-F空穴心,并指出PWO中紫外区色心吸收带的强度取决于晶体中铅空位和氧空位浓度之差:[VPb]-[VO];然后,结合晶体在紫外光(UV)辐照过程中色心的转化规律和偏振吸收谱的实验结果,提高420nm辐照诱导色心吸收带起源于V0F双空穴心.并对所提出的PWO晶体色心模型的合理性进行了讨论. 关键词： 钨酸铅 本征色心 辐照诱导色心 色心模型     

玻璃空间电离辐照着色损伤考核方法

针对空间电离辐照的复杂性,在玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究基础上,讨论了玻璃空间电离辐照着色损伤考核面临的问题,提出了一种动力学的考核方法。基于该方法,以K9-HL玻璃为研究对象,研究了特定轨道(近地点350km,远地点425km,轨道倾角51.6°)下玻璃空间电离辐照着色损伤过程,分析了特定轨道下玻璃空间电离辐照着色损伤特征,结果显示:K9-HL玻璃特征轨道在轨20年后蓝光区域透过率降低严重导致其必然呈现淡黄色,严重影响了其作为高性能无色光学材料的使用。此外,对玻璃空间电离辐照着色损伤~(60)Co-γ射线辐照考核方法的适用性进行了分析讨论,结果表明,采用~(60)Co-γ射线作为辐照源分析玻璃空间电离辐照着色损伤可能引入较大误差,造成该现象的原因是~(60)Co-γ射线在玻璃中的作用深度极大及考核方法未考虑色心弛豫消失。     

质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析

作为航天器电源系统的重要组成部分,太阳电池需要更高的转换效率和可靠性以及更长的使用寿命。通过在太阳电池表面覆盖抗辐照玻璃盖片,可以增强太阳电池对粒子辐射的防护,延长太阳电池的服役寿命,使航天器获得可靠的能源供应。硼硅酸盐玻璃就是一种理想的太阳电池玻璃盖片材料。采用蒙特卡罗方法,结合SRIM软件模拟研究质子辐照硼硅酸盐玻璃的损伤物理机理。基于粒子与物质相互作用的理论以及基本公式,通过分析不同入射能量的质子在硼硅酸盐玻璃中的阻止本领、电离能损、位移能损、空位的产生情况,对辐照损伤的物理机制进行研究。结果表明:能量为30~120 keV的质子辐照损伤主要发生在硼硅酸盐玻璃表面;质子沉积、空位分布等均为Bragg峰型分布;电离能损是能量损失的主要部分,随入射能量的增加而增大,导致电子的电离和激发;位移能损在玻璃内部随能量降低而增大,导致硼、氧和硅等空位缺陷的产生;电离效应和缺陷的产生是硼硅酸盐玻璃色心形成的重要原因。