"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7825
ETF7825 "Nanomõõtmeliste defektide tekkeprotsessid suure tihedusega kiiritamisel ja laia keelutsooniga materjalide kiirituskindluse tõstmise väljavaated (1.01.2009−31.12.2012)", Aleksandr Luštšik, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond.
ETF7825
Nanomõõtmeliste defektide tekkeprotsessid suure tihedusega kiiritamisel ja laia keelutsooniga materjalide kiirituskindluse tõstmise väljavaated
Creation processes of nanosize defects under high-dense irradiation and prospects for increasing the radiation resistance of wide-gap materials
1.01.2009
31.12.2012
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP260 Tahke aine: elektrooniline struktuur, elektrilised, magneetilised ja optilised omadused, ülijuhtivus, magnetresonants, spektroskoopia1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)100,0
PerioodSumma
01.01.2009−31.12.2009322 560,00 EEK (20 615,34 EUR)
01.01.2010−31.12.2010322 560,00 EEK (20 615,34 EUR)
01.01.2011−31.12.201118 336,00 EUR
01.01.2012−31.12.201218 336,00 EUR
77 902,68 EUR

Ebapiisav kiirituskindlus piirab laia keelutsooniga materjalide (LKM, tsooni laius 6-15 eV) kasutamist paljudes rakendustes (näit. lühilaine piirkonna optikamaterjalid, valgustid ja kuvarid ning eriti (termo)tuumaenergeetika). Projekt on suunatud LKM nanomõõtmeliste defektide elementaarsete tekke- ja assotsiatsioonimehhanismide komplekssele eksperimentaalsele uurimisele kõrge ja ülikõrge kiiritustiheduse korral. Põhiobjektideks on puhtad ja legeeritud MgO ja Al2O3 kristallid, mõned aluminaadid ja Li-sisaldavad ühendid (osaliselt kasvatatud ja sünteesitud meie laboris). Kasutades VUV spektroskoopiat ning erinevaid (optiline, EPR või luminestsents-) termoaktivatsioonspektroskoopia (5-1000 K) versioone, uuritakse anioon- ja katioonomadefekte ning nende nanomõõtmelisi assotsiaate kiirete raskete ioonidega (näit. ~2 GeV või 3-20 MeV Au ioonid), alfa-osakeste (5 MeV), suurevooluliste elektronimpulsside (~1 ns, 300 keV), 1-30 keV elektronide ja 5-40 eV footonitega (incl. sünkrotroni and eksimeerlaseri kiirgus) kiiritatud LKM-des. Erinevates, varieeruva energia ja sisenemissügavusega kiiritustingimustes LKM-s indutseeritud optiliste karakteristikute muutuse võrdlev uurimus lubab (i) eristada kiirituskahjustuse protsesse aine sisemuses ja pinnalähedastes kihtides; (ii) eristada universaalsete põrkeprotsesside ja uute mittepõrkeprotsesside (eriti relakseerumata elektronide ja aukude rekombinatsiooniga seotute) panust kiirituskahjustustesse; (iii) tuvastada elementaardefektide teke katioonvõres, mis mängib otsustavat osa kristalli vahetult purunemiseelses kahjustumisjärgus. Erilist tähelepanu pööratakse kuumade elektron-auk rekombinatsioonide (eriti efektiivsed GeV-ioonide trekkides) allasurumise erinevatele võimalustele, tõstmaks LKM vastupanu kõrge tihedusega kiiritusele. Kuumad laengukandjad võivad ergastada vahetult lisanditsentreid või omadefekte, s.t nende energia ülejääk muundatakse luminestsentsiks (lisandite või defektide ergastatud olekute kaudu) või soojuseks. Hinnatakse nende kiirituskaitseliste "luminestsents- ja enesekaitsemehhanismide" võimalusi puhtais ja legeeritud metallioksiidides. Saadavad tulemused lubavad välja selgitada (termo)tuumaenergeetika ja muude rakenduste jaoks paljulubavate LKM-de tegeliku rakendatavuse ning nende kiirituskindluse tõstmise piirid. Kavandatakse tihedat koostööd välisteoreetikute ja eksperimentaatoritega.
Insufficient radiation resistance limits the use of wide-gap materials (WGMs, gap of 6-15 eV) for many applications (e.g., short-wavelength optical materials, lighting and displays, and, especially, fission/fusion energetics). The project will be focused on the complex experimental study of the elementary creation and association mechanisms of nanosize defects in WGMs under high and superhigh irradiation density. The main objects will be pure and doped MgO and Al2O3 crystals, some aluminates and Li-containing compounds (partly grown and synthesized in our laboratory). Using the methods of VUV spectroscopy and optical, EPR or luminescent versions of thermoactivation spectroscopy (5-1000 K), the intrinsic anion and cation defects and their nanosize associations will be investigated in WGMs irradiated by swift heavy ions (e.g., by ~2 GeV or 3-20 MeV Au-ions) alpha-particles (5 MeV), high-current electron pulses (~1 ns, 300 keV), 1-30 keV electrons and 5-40 eV photons (incl. synchrotron and excimer laser radiation). A comparative study of the changes of optical characteristics induced in WGMs under different irradiation conditions (varying the energy and penetration depth of radiation) will allow (i) to separate the processes of radiation damage in the bulk and near-surface layers; (ii) to separate the contribution of the universal knock-out and novel nonimpact mechanisms (in particular, connected with the recombination of nonrelaxed electrons and holes) to radiation damage; (iii) to distinguish the creation of elementary defects in a cation sublattice, which play a crucial role at the stages of damage just before the crystal destruction. Particular attention will be placed on the examination of the possible ways to suppress hot e-h recombination (highly efficient in the tracks of GeV-ions), thus increasing the resistance of WGMs against high-dense irradiation. Hot carriers can directly excite impurity centres or intrinsic point defects, i.e. their energy excess will be transformed into luminescence (via the excited states of impurities/defects) or heat. The limits of these "luminescent- and self-protection mechanisms" against radiation damage in doped or pure metal oxides will be estimated. The obtained results will allow to clarify the actual feasibility and limits of the enhancement of radiation resistance of WGMs promising for fission/fusion energetics and other applications. Close collaboration with foreign theorists and experimentalists is planned.