Файл: Гегузин, Я. Е. Очерки о диффузии в кристаллах.pdf

надлежит произойти, произойдет за время нагрева до не­

которой определенной температуры, но это уже прямого отношения к существу процесса не имеет.

Мы обращали внимание на то, что начальная плот­

ность дефектного кристалла окажется пониженной. Пос­

ле отжита, когда восстановится равновесная структура,

плотность будет тоже пониженной. Теперь, однако, это по­

нижение связано с тем, что в процессе отжига в кристал­ ле образовались микроскопические поры. Образовались

вследствие объединения вакансий, а вакансии возникли в

процессе выполнения команды «смирно». Действитель­

но, небольшие «разрыхления» в некоторой протяженной

ленная» структура в процессе отжига оказывается источ­

ником вакансий. Об этом ее свойстве мы далее вспомним

и воспользуемся им.

Биография кристалла, найденного геологом

Анкета кристалла, найденного геологом в земных недрах, должна состоять всего из нескольких пунктов, по-видимо­

му, таких: 1) название; 2) особые приметы; 3) возраст;

4) пережитые потрясения.

доступно. Для этого есть специальные лаборатории с хи­ мическими колбами, рентгеновскими аппаратами, мик­ роскопами, спектрографами. А вот возраст и пережитые потрясения — это уж совсем сложно; кристалл, как из­ вестно, это неживая природа и о себе ничего не расска­

зывает. Впрочем, рассказывает, но для этого нужно уметь

задавать кристаллу вопросы и понимать его безмолвные ответы.

Передо мной лепесток слюды — мусковита, добытый

из копей Сибири. Ему очень много лет, и в его биографии,

видимо, было немало потрясений. Неожиданный подъем

температуры в среде, где лепесток расположен, или сколь­

которые оставляют след в структуре лепестка.

87

сталле может быть трек, остающийся в небе за летящим

реактивным самолетом. По виду трека в небе можно оп­

ределить многое. Направление полета совпадает с на­

правлением, в котором трек сужается. По степени его раз­ мытости можно судить о том, давно ли самолет пролетел.

А опытный глаз может определить и скорость полета по

чит, можно установить, какое количество урановых ядер

распалось за время жизни кристалла. Время полура­ спада в процессе спонтанного деления ядер урана-235,

т. е. время, в течение которого распадается половина еще

не распавшихся ядер, хорошо известно. Оно равно колос­

сально большой величине, 10” сек. Именно поэтому про­ цесс спонтанного деления ядер урана можно использовать

когда появился первый трек, т. е. сколько времени живет кристалл. Моему лепестку слюды мусковита оказалось

триста миллионов лет! Этой цифрой можно заполнить третий пункт анкеты.

Треки, как и всякий неравновесный дефект, при по­

вышении температуры залечиваются. Этот процесс осу­

ществляется вследствие диффузионного перемещения атомов. Если потрясение заключалось в нагреве кристал­ ла, можно получить сведения о процессе нагрева, изу­ чая последствия диффузионного залечивания кристалла.

Очевидно, залечивание трека должно происходить так: атомы, которые были выбиты в периферийную зону трека, в процессе залечивания должны диффузионно пе­ ремещаться к его оси. Если придерживаться такого пред­ ставления о механизме ■ залечивания, можно, изучая фигуры травления треков, получить много важных све­

дений, которым место в четвертом пункте анкеты.

Если нагрев был и трек при этом не залечился до

конца, он должен растравливаться медленнее и быть тем

более коротким, чем полнее прошло залечивание. Так в действительности и оказывается, и связано это с тем,

89

Вот еще один источник информации о тепловой исто­ рии кристалла. Если наши представления о диффузион­

ном механизме залечивания треков состоятельны и диф­

фузионное перемещение атомов из периферии трека к

его оси осуществляется в направлении, перпендикуляр­

ном к ней, можно ожидать, что при одних и тех же усло­

виях нагрева треки, которые в слюде ориентированы

под разными углами к плоскости естественного раскола

слюды, будут залечиваться, т. е. укорачиваться, с раз­ личной скоростью. Это предположение основано на том,

что в кристаллах слюды коэффициент самодиффузии

резко зависит от направления, в котором проходит диф­

фузионный поток. Он наибольший в направлении, па­

раллельном плоскости скола, и наименьший в направле­

нии, перпендикулярном к ней. Это означает, что скорее

прочих будут залечиваться треки, перпендикулярные пло­ скости скола, и скорость залечивания должна умень­

шаться с уменьшением угла между этой плоскостью и

треком. Именно так должно быть, потому что залечива­

ние трека определяется диффузионным потоком, перпен­

дикулярным к его осы. И если обнаруживается зависи­

мость длины фигуры травления на треке в слюде от его

ориентации относительно плоскости спайности, характе­ ризуемой углом ф, геолог может быть уверен, что в «био­

графии» кристалла был нагрев. Собственно, за миллионы лет и при так называемой «комнатной» температуре мо­ жет произойти некоторое залечивание. Оказывается, что по тому, насколько изменились длины треков, ориенти­

рованных различным образом, можно пусть неточно, но

все же оценить ту температуру, при которой некогда на­

ходился кристалл.

Эти данные и можно внести в четвертый пункт «ан­ кеты» кристалла.

Залечивание «5-трека»

Примем такой план: вначале которого о том, что такое «5-трек», а затем поподробнее о том, как он может ис­ чезнуть, залечиться.

Если в объем кристалла сквозь его поверхность вле­

тит либо искусственно ускоренный ион, либо осколок развалившегося ядра, в объеме кристалла образуется

91

дефектная область — трек, об этом мы уже знаем. Есте­

ственно предположить, что поверхность не останется безучастной к такому насилию над кристаллом и вблизи

того места, где осколок внедряется в кристалл, должны

зависеть от того, под каким углом по отношению к по­

верхности кристалла осколок ядра влетел в его объем.

Такое предположение основано на «общих соображени­

ях». А специально поставленные опыты свидетельствуют

вот о чем. Если осколок влетал в кристалл почти пер­

пендикулярно к его поверхности, на поверхности форми­

руется круговое нарушение гладкости поверхности, на­

поминающее мгновенно застывший всплеск от камня,

брошенного в воду. А если осколок двигался почти па­

раллельно поверхности (под очень малым углом по отно­

шению к ней), у своего истока, когда осколок движется еще над поверхностью кристалла, «5-трек» имеет форму

царапины, на берега которой выброшено вещество из

объема царапины; движущийся ион как бы царапает

электрон своим электрическим полем. После внедрения в кристалл ион движется под его поверхностью, образуя на ней протяженную выпуклость. Форму «5-трека» при промежуточных значениях углов влета мы не будем об­

суждать, а скажем лишь, что она несет на себе черты и

всплеска, и царапины, и протяженной выпуклости.

Это все о структуре «5-трека». Теперь о его залечи­

вании, точнее говоря — о тех особенностях этого процес­

са, которые оправдывают специальный рассказ о нем. Особенности структуры «5-трека» предопределяют и особенности его залечивания. В описанных структурах

легко усмотреть два существенно различных элемента.

Один из них — простое изменение профиля поверхности

нормально «здорового» кристалла. Примеры: царапина,

создаваемая ионом, который движется над поверхностью,

периферийная часть застывшего кругового всплеска.

Его центральная часть является элементом иного типа, так как под ней не «здоровый» кристалл, а очень иска­

женная область объемного трека. Это же относится и к той протяженной выпуклости, под которой в объеме кристалла двигался ион, создавая дефектную область.

92