Phương pháp thực nghiệm xác định sai hỏng

.c om PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM cu u du o ng th an co ng XÁC ĐỊNH SAI HỎNG CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Giới thiệu phƣơng pháp phân hủy positron c om Phương pháp phân hủy positron phương pháp xác định mật độ ng electron nội cấu trúc nguyên tử vị trí khảo sát tương tác an co tĩnh điện positron với môi trường th Thông tin cấu trúc đo lường theo thời gian phổ du o ng lượng xạ phân hủy positron kiểm tra cấu trúc u vật liệu khối nút khuyết, kết tụ nguyên tử, siêu mạng, cu chấm lượng tử, lệch mạng, dão, mỏi, … Những sai hỏng giúp xác định tính chất vật liệu tính chất cơ, tính dẫn điện, khuếch tán, phát xạ ánh sáng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lịch sử phát triển c om Sự tồn phản hạt electron – positron phát Dirac (1928) ng Cuối năm 1960, MacKenzie phát hạt positron cu u du o ng th an co nhạy với sai hỏng mạng tinh thể kim loại, bán dẫn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Khái niệm positron c om Trong mơ hình chuẩn để mơ tả hạt tương tác, hạt có phản hạt Positron phản hạt electron, có khối lượng ng khối lượng electron mang điện tích dương Nếu electron th an co gặp positron bị phân hủy cách tạo thành tia gamma du o gamma ng Tính chất vật lý cấu trúc tinh thể nghiên cứu thông qua tia cu u Trong số vật liệu, positron liên kết với electron để hình thành positronium Sự hủy positron phụ thuộc vào trạng thái positronium tương tác positronium với môi trường xung quanh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Positron phát từ nguồn có lượng vài KeV đến vài MeV, với vận tốc c om tương ứng vào tinh thể, trình tán xạ electron dẫn, electron liên kết, dao động mạng (phonon), positron giảm vận tốc ng đến vận tốc nhiệt Thời gian nhiệt hóa phụ thuộc vào lượng ban đầu co Thời gian sống trung bình positron hầu hết kim loại khoảng th an 200ps  positron bị nhiệt hóa trước phân hủy du o ng Khi bị nhiệt hóa, positron có vận tốc 105m/s, di chuyển quãng đường tổng cộng từ lúc nhiệt hóa đến lúc bị hủy 20m khoảng cách trung bình cu u nguyên tử mạng tinh thể khoảng 0.1nm  positron qua 106 nút mạng Xác suất gặp nút khuyết sai hỏng có kích thước ngun tử lớn dù nồng độ sai hỏng nhỏ 10-6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Positron bị nhiệt hóa bị hủy electron  giải phóng lượng .c om Đối với cặp e- - e+ chuyển động chậm hủy phát gamma, gamma, gamma theo giản đồ Feynman Trong gamma bảo tồn ng động lượng xảy có mặt hạt thứ electron hạt nhân cu u du o ng th an co nguyên tử môi trường CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong phạm vi phịng thí nghiệm, positron tạo nguồn phóng xạ tạo + 68Ge cu u du o ng th an co ng c om 22Na, 64Cu, 58Co CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 22Na có nhiều ưu điểm: c om - Hiệu suất cao ( > 90%) - Dễ điều khiển nước (22NaCl 22Na2CO3) ng - Rẻ tiền an co - Thời gian bán hủy dài 2.6 năm th - Phát positron có lượng ban đầu cực đại 0,54MeV, kèm theo du o ng gamma lượng 1,28MeV cu u Khoảng thời gian trễ lúc phát gamma 1,28MeV gamma hủy 0,51MeV thời gian sống positron mẫu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đồng vị 22Na: phát positron, 22Na chuyển thành 22Ne trạng thái kích thích với thời gian sống trung bình 3,3ps Sau khử kích thích tạo + , c om q trình chuyển proton thành neutron positron, phát hai tia gamma cu u du o ng th an co ng có lượng 1.274MeV CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Positron tạo đồng vị phóng xạ + (22Na) có nồng độ 109 positron/s Positron có phổ lượng rộng liên tục với lượng c om trung bình khoảng vài trăm KeV Những positron nhanh sử ng dụng cho mẫu vật liệu khối, để nghiên cứu màng mỏng positron cần cu u du o ng th an co phải làm chậm lại CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Khảo sát toán tương tác positron lên electron, sai c om hỏng mạng tinh thể đường positron lý thuyết lượng tử  phức tạp xét tương tác hệ nhiều hạt, tốn hệ an co ng phương trình vi phân lớn ng th Số liệu thực nghiệm thu dạng thống kê  muốn giải thích du o  có mơ hình tính tốn  thu thơng tin nồng độ nút cu u khuyết, lượng hình thành nút khuyết, lượng liên kết nút khuyết tạp chất thông qua phép đo thực nghiệm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ phương trình vi phân gồm (m+1) phương trình diễn tả biến thiên số co ng c om positron tự nf (t) tinh thể hoàn hảo số positron nj m loại bẫy dn j t    j n j t    j n j t    j C j n f t  j  1, 2, m dt m dn f t  m   j n j t    f n f   j C j n f t   N j  1, 2, m dt j 1 j 1 jCjnf số positron bị bẫy đơn vị thời gian bẫy loại j Số th an hạng làm giảm số positron tự miền tinh thể hoàn hảo ng nj: số positron bị bẫy du o j: tần số thoát bẫy bẫy loại j njj số hạng góp phần làm tăng số positron trạng thái tự cu u f: xác suất hủy positron trạng thái tự fnf: số positron bị hủy trạng thái tự đơn vị thời gian Số hạng làm giảm số positron trạng thái tự N: số positron từ nguồn vào tinh thể đơn vị thời gian CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt f: xác suất hủy positron trạng thái tự j ng f j  co f  c om j: xác suất hủy positron trạng thái bẫy loại j cu u du o ng th an f , j thời gian sống positron tự positron bẫy loại j CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phổ thời gian sống positron c om Phổ thời gian sống positron đo thực nghiệm sử dụng nguồn phóng xạ 22Na tạo tia +, tạo positron neutron, để lại hạt co ng nhân 22Ne bị kích thích, nhanh chóng phân rã thông qua phát xạ an tạo photon lượng 1.2745MeV Photon sử dụng th tín hiệu kích, bắt đầu cho q trình đo thời gian sống positron, cu u 511KeV du o ng tín hiệu kết thúc sử dụng hai photon hủy có lượng Khoảng thời gian trễ lúc phát gamma 1,28MeV gamma hủy 0,51MeV thời gian sống positron mẫu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phổ thời gian sống positron hàm phụ thuộc theo thời gian với cu u du o ng th an co ng c om hàm mũ e Lấy Ln vế ta vẽ đường tuyến tính  xác định thời gian sống  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thời gian sống positron bị bẫy nút khuyết dài so với c om khối nồng độ electron nút khuyết thấp khối ng c: tốc độ hủy electron vật liệu khối co nút khuyết u Khái niệm nút khuyết du o ng th an : tốc độ hủy tổng cộng cu nút khuyết đơn (monovacancy) nguyên tử mạng tinh thể hai nút khuyết đơn kết hợp lại  nút khuyết đôi (divacancy) Nếu có nhiều nút khuyết kết hợp  lỗ trống (voids) bọt khí (bubles) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sự mở rộng vạch Doppler Khi positron nhiệt hóa bị hủy lượng xuất dịch doppler tia ng gamma hủy, dịch liên quan đến c om electron chất rắn, để bảo toàn động co động lượng electron hủy an Nếu positron đứng yên phổ th lượng cho thấy đỉnh hẹp du o ng lượng 511KeV Do positron chuyển động, nên dector cu u ghi nhận lượng bị chênh lệch xung quanh giá trị 511KeV Phổ mở rộng Doppler cho thông tin động lượng electron mẫu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Giá trị tham số S liên quan đến hủy positron với electron hóa trị S nhạy với sai hỏng thể tích trống (open volume) Giá trị S tăng co an positron với electron sâu bên ng  Giá trị W liên quan đến hủy AS S Ao c om chứng tỏ có diện nút khuyết ng th (core electron) W nhạy với phân hủy cu AW W Ao u du o chất hóa học xung quanh vị trí CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Khi positron bị bẫy defect, xác suất phân hủy electron liên kết sâu bên (core electron) nguyên tử lân cận nhỏ c om  dạng đường cong phân hủy bị hẹp lại  sai hỏng có xu hướng cu u du o ng th an co ng làm đường cong thực nghiệm hẹp lại CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phương pháp phân tích tương quan góc hai tia gamma giúp xác c om định phân bố động lượng positron-electron nhiên thường dùng cu u du o ng th an co ng để xác định mức Fermi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... https://fb.com/tailieudientucntt Có phương pháp thực nghiệm nghiên cứu hủy positron -Phương pháp đo thời gian sống c om - Phương pháp đo tương quan góc cu u du o ng th an co ng -Phương pháp đo độ mở rộng vạch... https://fb.com/tailieudientucntt Ưu điểm phương pháp: c om - xác định loại sai hỏng đơn giản ng - có lý thuyết chứng minh chặt chẽ cu u du o ng th an vật loại dẫn điện loại (n, p) co - phương pháp áp dụng cho vật...Giới thiệu phƣơng pháp phân hủy positron c om Phương pháp phân hủy positron phương pháp xác định mật độ ng electron nội cấu trúc nguyên tử vị trí khảo