ПРЕДИСЛОВИЕ .................................................... 10
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ .................................. 15
Часть I СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС В ОРГАНИЧЕСКИХ
КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ
Введение ....................................................... 17
Глава 1 Особенности взаимодействия ионизирующего излучения с
веществом сцинтиллятора ........................................ 21
1.1 Возбуждение заряженными частицами ......................... 22
1.2 Возбуждение фотонами гамма-излучения ...................... 25
1.3 Возбуждение нейтронами .................................... 26
1.3.1 Возбуждение органического (водородосодержащего)
сцинтиллятора быстрыми нейтронами .................. 27
1.3.2 Возбуждение сцинтиллятора тепловыми нейтронами ..... 28
Глава 2 Органические сцинтилляторы и их люминесценция ......... 29
2.1 Органические сцинтилляторы и их свойства .................. 29
2.2 Перенос энергии электронного возбуждения и люминесценция .. 32
2.2.1 Молекулярный характер люминесценции органических
сцинтилляторов ..................................... 32
2.2.2 Характерные константы скоростей энергетических
переходов в молекулах .............................. 35
2.2 3 Перенос энергии электронного возбуждения ........... 36
2.2.4 Кинетика свечения быстрого компонента
сцинтилляционной вспышки (мгновенная
радиолюминесценция) ................................ 39
2.2.4а Однокомпонентная система ........................... 43
2.2.4b Двухкомпонентная система ........................... 43
2.3 Процессы, происходящие при больших плотностях
возбуждения ............................................... 45
2.3.1 Процессы аннигиляции, рекомбинации и тушения
(общие замечания) .................................. 45
2.3.1а Деление синглетных экситонов ....................... 47
2.3.1b Слияние триплетных экситонов ....................... 47
2.3.1с Аннигиляция синглетных экситонов триплетными
экситонами ......................................... 48
2.3.1d Взаимная аннигиляция синглетных экситонов .......... 48
2.3.1е Тушение молекулярных возбуждений зарядовыми
состояниями ........................................ 49
2.3.2 Генерация носителей в результате экситонных
реакций ............................................ 50
2.3 2а Экситонно-экситонные реакции ....................... 50
2.3.2b Экситонно-фотонные реакции ......................... 52
3 Задержанная радиолюминесценции .............................. 53
Глава 3 Влияние поляризации молекул на генерацию, транспорт
и рекомбинацию носителей заряда ................................ 59
3.1 Межмолекулярные взаимодействия ............................ 60
3.2 Поляроны .................................................. 61
3.2.1 Локализация и делокализация носителей заряда,
влияние поляризации ................................ 61
3.2.2 Электронный, молекулярный и решеточный поляроны .... 70
3.2.3 Транспорт носителей заряда при наличии
поляризационных эффектов ........................... 79
3.3 Горячие носители заряда ................................... 84
3.4 Рекомбинация зарядовых состояний .......................... 89
Глава 4 Сцинтилляционный процесс в областях высокой и низкой
плотности активации ............................................ 94
4.1 Образование областей высокой и низкой плотности
активации ................................................. 94
4.2 Первичные короткоживущие возбужденные состояния ........... 99
4.2.1 Плазмоны ........................................... 99
4.2.2 Сверхвозбужденные состояния ....................... 103
4.3 Размен энергии вторичных электронов ...................... 104
4.4 Процессы в областях низкой плотности активации ........... 109
4.5 Процессы в областях высокой плотности активации .......... 112
Глава 5 Методы исследования сцинтилляционного сигнала ........ 114
5.1 Радионуклидные источники ионизирующего излучения ......... 114
5.1.1 Источники альфа-частиц ............................ 114
5.1.2 Источники электронов .............................. 115
5.1.3 Источники фотонов гамма-излучения ................. 116
5.1.4 Источники быстрых нейтронов ....................... 116
5.2 Световой выход ........................................... 120
5.3 Форма сцинтилляционного импульса ......................... 122
5.4 Идентификация излучений по форме сцинтилляционного
импульса ................................................. 125
5.5 Восстановление нейтронного спектра по спектру протонов
отдачи ................................................... 127
5.6 Определение величины сцинтилляционного сигнала для
нейтронов и альфа-частиц ................................. 129
5.7 Выделение информации о процессах, происходящих в треках
ионизирующих частиц ...................................... 132
5.8 Оценка степени влияния характеристик сцинтилляторов на
процессы, происходящие в треке частицы ................... 135
Глава 6 Влияние свойств сцинтиллятора и вида
возбуждения на параметры сцинтилляционного сигнала ............ 137
6.1 Исследования формирования быстрого компонента импульса
радиолюминесценции ....................................... 137
6.1.1 Кинетика свечения пластмассовых сцинтилляторов .... 140
6.1.2 Кинетика свечения органических кристаллических
сцинтилляторов .................................... 144
6.1.2а Монокристаллы ..................................... 144
6.1.2b Поликристаллы ..................................... 146
6.1.3 Кинетика свечения жидких сцинтилляторов ........... 148
6.1.4 Поляронная модель переноса заряда в органических
молекулярных твердых телах и ее соответствие
результатам исследования кинетики мгновенной
радиолюминесценции ................................ 149
6.1.4а Эффект плотности возбуждения ...................... 151
6.1 4b Отсутствие дополнительной задержки высвечивания
фотонов радиолюминесценции у жидкостей ............ 152
6 1.5 Влияние различных видов возбуждения на
формирование быстрого компонента
сцинтилляционной вспышки органических
сцинтилляторов .................................... 153
6.2 Температурная зависимость сцинтилляционного сигнала ...... 153
6.3 Исследования формирования медленного компонента
импульса радиолюминесценции .............................. 157
6.3.1 Общие замечания ................................... 157
6.3.2 Выполнимость диффузионного приближения,
определение параметра tƒ .......................... 162
Заключение ............................................... 166
Часть II РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВЕЩЕСТВЕ,
ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ЕГО ВОЗБУЖДЕНИИ ИОНИЗИРУЮЩИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Введение ...................................................... 173
Глава 7 передача энергии ионизирующего излучения
веществу ...................................................... 177
7.1 Легкие и тяжелые частицы ................................. 177
7.2 Основные особенности передачи энергии частицы веществу ... 177
7.2.1 Механизм передачи энергии ......................... 177
7.2.2 Запасание энергии с учетом возможности ее
локализации ....................................... 178
7.2.3 Временная шкала событий ........................... 180
7.3 Основные теории тормозной способности для быстрой
заряженной частицы ....................................... 180
7.3.1 Общее описание процессов деградации ............... 180
7.3.2 Тормозная способность и линейная передача
энергии ........................................... 180
7.3.3 Классическая теория Бора .......................... 181
7.3.4 Теория Бете ....................................... 185
7.3.5 Поправки к основной формуле для тормозной
способности ....................................... 188
7.3.6 Тормозная способность соединений и смесей ......... 191
7.4 Основы теорий тормозной способности ...................... 191
7.4.1 Средний потенциал возбуждения ..................... 191
7.4.2 Пробег и случайный разброс траекторий ............. 193
7.5 Явления при малых скоростях .............................. 200
7.5 Тяжелые частицы: перезарядка и ядерное торможение ........ 200
7.5.2 Предположения о возможных энергетических потерях
медленных электронов .............................. 202
7.5.3 Влияние фазы на торможение электронов ............. 205
7.6 Дополнительные вопросы ................................... 208
7.6.1 Тонкий поглотитель ................................ 208
7.6.2 Наследственные эффекты ............................ 209
7.6.3 Свечение Черенкова-Вавилова ....................... 209
7.6.4 Особенности возбуждения плазмонов ................. 210
Глава 8 структура трека заряженной частицы в
конденсированной среде ........................................ 212
8.1 Тормозная способность различных заряженных частиц в
воде ..................................................... 212
8.1.1 Электрон .......................................... 214
8.1.2 Мюон .............................................. 216
8.1.3 Протон ............................................ 217
8.1.4 Ядро углерода ..................................... 219
8.1.5 Осколки деления ................................... 220
8.2 Преобразование энергии, выделенной излучением ............ 221
8.3 Распределение энергии во времени для молекулярной
системы .................................................. 225
8.4 Трек заряженной частицы в жидкости ....................... 226
8.4.1 Замечания общего характера ........................ 226
8.4.2 Трековые эффекты в радиационной химии ............. 228
8.4.3 Структура треков .................................. 229
8.4.3а Малые значения ЛПЭ ................................ 229
8.4.3b Промежуточные значения ЛПЭ ........................ 235
8.4.3с Большие значения ЛПЭ .............................. 238
8.4.4 Сжиженные благородные газы ........................ 247
Глава 9 Особенности процессов ионизации и возбуждения ......... 249
9.1 Замечания общего характера ............................... 249
9.1.1 Потенциал ионизации и потенциал появления ионов ... 249
9.1.2 Возбужденные состояния ............................ 256
9.2 Эффективность ионизации: сверхвозбужденные состояния ..... 256
9.3 Механизм формирования возбужденных состояний ............. 257
9.3.1 Поглощение света .................................. 259
9.3.1а Дипольное излучение ............................... 259
9.3.1b Симметрия молекул ................................. 260
9.3.1с Запреты по симметрии и спину ...................... 261
9.3.2 Прямое возбуждение при столкновении с заряженной
частицей .......................................... 262
9.3.3 Нейтрализация ионов ............................... 264
9.3.4 Диссоциация ионизированных и сверхвозбужденных
состояний ......................................... 266
9.4 Ионизация соударением и фотоионизация .................... 266
9.5 Фотоионизация и фотоотщепление ........................... 273
9.6 Сила осциллятора и правила суммы ......................... 274
9.7 Величина W ............................................... 277
9.8 Дополнительные вопросы ................................... 484
9.8.1 Эффекты конденсированной фазы ..................... 284
9.8.2 Избыток энергии в ионизации ....................... 285
9.8.3 Оже-эффект и К-процессы ........................... 285
9.8.4 Распределение ионизации и возбуждений в следах .... 286
Глава 10 Теория радиационно-химических выходов следов:
диффузионные и стохастические модели .......................... 290
10.1 Диффузионные модели радикалов одного вида ................ 290
10.1.1 Диффузионные модели Сэмуеля-Маги ................. 292
10.1.1а Модель для малых значений ЛПЭ (фотоны гамма-
излучения, быстрые электроны) .................... 294
10.1.1b Модель для больших значений ЛПЭ (альфа-частицы) .. 297
10.1.1с Модель для промежуточных значений ЛПЭ (бета-
частицы трития) .................................. 300
10.1.2 Диффузионная модель Гангули-Маги ................. 301
10.1.3 Особенности моделей, рассматривающих радикалы
лишь одного вида ................................. 308
10.2 Мультирадикальные диффузионные модели .................... 310
10.2.1 Модель Куппермана ................................ 311
10.2.2 Модель Шварца .................................... 314
10.2.2а Некоторые особенности модели радиолиза воды,
предложенной Шварцем ............................. 320
10.2.2b Согласование очевидных противоречий в модели
радиолиза воды Шварца ............................ 323
10.2.2с Изменение выхода гидратированных электронов ...... 325
10.2.3 Другие диффузионные модели ....................... 326
10.3 Стохастическая (вероятностная) кинетика .................. 327
10.3.1 Моделирование методом Монте-Карло ................. 328
10 3.2 Приближение основного (управляющего) уравнения .... 330
10.3.3 Модель независимого времени реакции ............... 331
10.3.4 Реакционноспособные продукты ...................... 332
10.3.5 Сравнение результатов, полученных разными
методами моделирования ............................ 333
10.3.6 Другие стохастические модели ...................... 335
10.4 Сравнение результатов моделирования с экспериментами по
радиолизу воды ........................................... 336
10.5 Кинетика электронно-ионных рекомбинаций в
диэлектрических жидкостях ................................ 340
10.5.1 Общее рассмотрение: геминальные пары ............. 340
10.5 2 Преобразование Лапласа и взаимодействие с
химическим акцептором ............................ 341
10.5.3 Оценка диффузионных моделей ...................... 344
10.5.3а Предписанная диффузия ............................ 344
10.5.3D Метод собственных значений ....................... 346
10.5.4 Исследования, основанные на стохастическом
подходе .......................................... 348
Глава 11 вылет электрона и выход свободных ионов .............. 351
11.1 Особенности результатов, полученных в экспериментах при
облучении с малой ЛПЭ .................................... 352
11.2 Теория Онзагера геминальной ионной рекомбинации .......... 353
11.2.1 Стационарный случай: упрошенное толкование ........ 355
11.2.2 Кинетика .......................................... 358
11.3 Неизолированные ионные пары .............................. 359
Заключение ............................................... 365
ЧАСТЬ III ИЗУЧЕНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В
КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ
Введение ...................................................... 373
Глава 12 трековые детекторы ................................... 377
12.1 Потери энергии заряженной частицы в твердотельных
трековых детекторах ...................................... 377
12.1.1 Ядерные взаимодействия ........................... 378
12.1.2 Передача энергии электронам ...................... 380
12.1.3 Пробеги ионизирующих частиц ...................... 382
12.2 Формирование скрытых треков в твердотельных трековых
детекторах ............................................... 382
12.2.1 Создание атомных дефектов ........................ 386
12.2.1а Кулоновский взрыв ................................ 386
12.2.lb Возникновение первичных дефектов ................. 387
12.2.2 Перегруппировка дефектов ......................... 388
12.2.2а Релаксация атомных дефектов ...................... 388
12.2.2Ь Запасенная энергия и повреждение вещества ........ 389
12.2.2с Порог травления трека ............................ 391
12.2.2d Отжиг трека ...................................... 392
12.2.2е Релаксация молекулярных дефектов ................. 392
12.2.3 Повышение чувствительности (сенсибилизация)
трека ............................................ 394
12.3 Пространственное распределение поглощенной энергии в
треке частицы ............................................ 395
Глава 13 Изучение структуры трека по распределению
парамагнитных центров в конденсированной среде ................ 401
13.1 Оценка радиального сечения трека ......................... 402
13.2 Модель пространственного распределения атомов водорода
и ион-радикалов в треке .................................. 406
13.3 Структура радикальных греков бета-частиц трития в
водных и спиртовых растворах ............................. 409
13.4 Структура треков тяжелых ионизирующих частиц ............. 411
13.5 Сравнение функций распределения длин пробегов
низкоэнергетических электронов, полученных методом
фотоэлектронной эмиссии из металлических электродов в
растворы электролитов и из данных по ЭСЭ ................. 412
Глава 14 Исследование параметров трека радиолюминесцентными
методами ...................................................... 415
14.1 Определение параметра .................................... 415
14.2 Особенности формирования медленного компонента
сцинтилляционного импульса и его эволюция во времени ..... 419
14.3 Соотношение потерь при разных видах возбуждения .......... 422
14.4 Особенности формирования сцинтилляционного импульса в
областях трека ........................................... 425
14.4.1 Генерация и размен энергии зарядовых состояний ... 425
14.4.2 Генерация возбужденных состояний и размен их
энергии .......................................... 429
Заключение .................................................... 432
ИТОГИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ........................................... 436
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. 447
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ .......................................... 449
|
