Strahlenschädigung in Ultraschall-exponiertem Quarzglas

Abstract

<p>Strahlenschädigung in Materialien ist für Energiereiche Strahlung bisher nur unzureichend untersucht worden. Über hohe Teilchenenergien werden große Eindringtiefen in das Probenmaterial erreicht. Die produzierte Strahlenschädigung wird mittels verschiedener Messtechniken ortsaufgelöst untersucht. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit ist der Einfluss von unterschwellig eingestrahltem Ultraschall während des Teilchenbeschusses und die Auswirkung auf die Defektkonzentration. Als Modellsystem wurde Quarzglas gewählt. Aufgrund der Transparenz bieten sich hier auch optische Untersuchungsmethoden an. Weiterhin ist der Quarztetraeder als grundlegender Baustein in den meisten Gläsern vorhanden und durch die amorphe Struktur existiert nur eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwelle in longitudinaler und transversaler Richtung. Pro Probe wurden zwei Positionen unter exakt denselben Bedingungen bestrahlt. Hierbei wurde eine Position unter Ultraschall-Einstrahlung in der Resonanzfrequenz bestrahlt. Die Strahlteilchen sind Protonen, Deuteronen und Heliumkerne. Nach den Bestrahlungen wurden die Proben mittels der Spannungsoptik untersucht, welche die induzierten mechanischen Spannungen im Glas nachweist. Weiterhin wurde die optische Absorptionsspektroskopie genutzt, um die produzierten elektronischen Defekte nachzuweisen. Über interferometrische Messungen können Rückschlüsse auf die Dichteänderungen entlang der Teilchenbahn gezogen werden. Die Positronenannihilationsspektroskopie detektiert tiefenaufgelöst Änderungen des freien Volumens in der Quarzstruktur. Gebiete, in denen der Energieverlust der Strahlungsteilchen primär durch Ionisationseffekte stattfindet, können von Gebieten, in denen die Energieabgabe durch nukleare Stösse geschieht unterschieden werden. Es kann gezeigt werden, dass die Schädigungen über die gesamte Eindringtiefe der Teilchen im Material stattfindet, in der Stop-Tiefe der Teilchen der sogenannte Bragg-Peak jedoch durch nukleare Stöße unter Verlagerung der Atomkerne produziert wird.</p>