文档介绍：第七章固体和径迹探测器的原理 和应用
第一节引言
1、回顾历史
1958年,Young用1:1的饱和FeCl3的氢氟酸(HF)溶液与
冰醋酸混合液处理裂变碎片轰击过得LiF晶体时,发现在径迹与
晶体表面相交处形成可以用显微镜观察的蚀坑。
1959年Silk和Barnes用投射电子显微镜观察到核裂变潜
径迹。
1962年Price和Walker在用HF处理用核裂变碎片照射过
的云母时,发现了沿径迹轨迹的辐射损伤,能够随着时间处理
而扩大,由最初几纳米的损伤痕迹扩大到用普通光学显微镜观
察到的微米级大小,并且蚀刻扩大后的径迹稳定。
1963年Fleischer和price对玻璃和塑料等非晶态固体中核
径迹进行蚀刻研究。
1964年发现了陨石中有近于铁核的银河宇宙线径迹。
1967年开始用塑料固体核径迹探测器识别入射粒子。
1975年Fleischer、price和Walke对固体径迹探测器的
原理及应用作了全面地总结。到目前和固体径迹探测器已在地
质学、环境科学、考古学、生命科学、辐射剂量及宇宙线天体
物理学等方面发挥了重要作用。
第七章固体和径迹探测器的原理 和应用
2、固体核径迹探测器
带电粒子穿入固体材料时,沿着他们前进的轨迹造成材
料本身原子尺度上的辐射损伤,如果这种损伤的密度足够
高,经过化学蚀刻的处理,就会使原来只有几个纳米范围
的损伤扩大到微米量级,形成了用普通光学显微镜就可观
测径迹。根就这一原理,发展起来的带电粒子探测器,称
为固体核径迹探测器。
3、固体核径迹探测器的优点
a、抗干扰能力强;b、记录持久;c、价格便宜;d、几何尺寸小; e、显影容易。
第七章固体和径迹探测器的原理和应用
第二节核径迹形成原理和特性
1、核径迹(Nuclear Tracks)形成原理
带电粒子(离子)进入到固体中,发生电子碰撞和原子碰撞
两种不同的碰撞作用。发生的几率随带电粒子速度而变化,速
度高时与固体中原子的轨迹电子发生相互作用,使电子激发到
较高的能级或使其脱离原子成为次级电子。当带电粒子在固体
中幔化到与轨迹电子速度相近时,发生原子碰撞即带电粒子与
物质中原子或离子碰撞而损失能量,造成阻止物质中原子移位
和空位等损伤。在此过程中带电粒子使其穿过的物质受到辐射
损伤,同时粒子的能量集中地沉积在其轨迹附近,这种损伤就
是潜径迹,其半径几纳米。组成每条潜径迹的缺陷不一定完全
相同,损伤分布也不一定均匀。在化学蚀刻时,沿径迹损伤方
向的径向蚀刻速度要比未受损伤的部位时刻速度快得多,随着
蚀刻时间的增加,使只有几纳米的潜径迹扩大到微米级。
2、核径迹的特征
•核辐射损伤轨迹核心区范围(即受严重辐射损伤的狭窄区
域),相同能量同种带电粒子,在不同的固体径迹探测器中,
造成的辐射损伤范围不同,并且在材料不同部位,由于能量损
失率不同,损伤区域范围也不同,能量损失率越打损伤直径范
围也越大。
第七章固体和径迹探测器的原理 和应用
各种固体径迹探测器中的裂变潜径迹
•辐射损伤区的组成固体中的核径迹是由辐射损伤
造成的长寿命的缺陷组成的,组成每条径迹的缺陷不一
定完全相同,损伤分布也不一定均匀。无机晶体(磷灰
石等单矿物)径迹是由两类辐射损伤缺陷组成,一类是
沿径迹断续分布的扩展缺陷,另一类是点状缺陷,而有
机聚合物(CR—39)中的辐射损伤由
种化学活性缺陷组成(断链分子,不同活性的各种自由
基)。
•辐射损伤径迹的退火行为受环境条件(温度和时间)
的影响,辐射造成的损伤会部分或全部衰退,而使潜径
迹部分或全部消失,这种现象称为退火。不同材料中形
成的损伤潜径迹火情况各异。退火行为会影响径迹的蚀
刻特征,如蚀刻速度,可蚀刻射程,以及某种粒子径迹
材料
径迹宽度(nm)
平均宽度(nm)
人造氟金云母
—
白云母
—
金云母
—
黑云母
—
第七章固体和径迹探测器的原理 和应用
在材料中记录的裂变径迹年龄等。
•辐射损伤的从优蚀刻受损伤区域容易被腐蚀,沿径迹
处的物质容易被蚀刻剂溶去而形成孔洞,随着蚀刻时间
的延长,空洞逐渐增大。在损伤区域内沿径迹的径向蚀
刻速率要比未受损伤的材料本身快好几个数量级。
3、核径迹的显示
化学蚀刻法显示径迹是研究得最多、用的最广的方
法。有上百种材料能使带电粒子潜径迹经化学蚀刻而被
光学显微镜观察到径迹。主要有三大类:a 矿物类磷灰
石、榍石、锆石;b 塑料类如CR-39、LR-115等;c
玻璃类磷酸盐玻璃、黑曜石等。
•化学药品主要是酸碱两大类
碱:NaOH、KOH。酸:HNO3 、HF、H2SO4、HCl