Введение 3
1. Обзор литературы 5
1.1 Пироэлектрическая керамика 5
1.2. Физика пироэлектрических явлений 6
1.2.1. Уравнения электростатического поля в диэлектриках, связанные и
свободные заряды, вектор поляризации 6
1.2.2. Дипольный момент, поляризация диэлектриков 8
1.3. Пироэлектрики, спонтанная поляризация, пироэлектрический эффект. . 11
1.4. Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение 12
1.5. Производство пироэлектриками рентгеновских лучей и нейтронного
излучения 16
1.6. Постановка задачи исследования 17
2. Материал и методики исследования 18
2.1. Материал исследования 18
2.2. Методика измерения спектра рентгеновского излучения с поверхности
пироэлектрических керамик 19
2.3 Методика измерения тока и температуры с поверхности пироэлектрических керамик 21
3. Результаты исследования и их обсуждение 22
3.1. Результаты измерения спектра рентгеновского излучения с поверхности
пироэлектрических керамик ЦТС-19 и ЦТБС-3М 22
3.2. Результаты измерения тока и температуры с поверхности
пироэлектрических керамик ЦТС-19 и ЦТБС-3М 24
3.3. Результаты зависимости интенсивности рентгеновского излучения от
давления остаточного газа пироэлектрической керамики ЦТБС-3М 26
Заключение 28
Список литературы
Пироэлектрический эффект является термоэлектрическим явлением, заключающимся в том, что изменение температуры диэлектрических кристаллов способствует изменению величины электрической поляризации. Пироэлектрические явления известны уже давно. Наблюдение электризации при нагреве некоторых кристаллов, например (турмалина) описаны еще в древнегреческих источниках. В современном мире часто применяются такие пироэлектрические кристаллы как ниобат лития(ЫЫЬО3),танталат лития (LiTaO3) , танталат бария(ВаТаОз) и другие.
Как известно, выращивание кристаллов является очень длительным и дорогостоящим процессом, поэтому для изготовления во многих случаях используют керамические образцы, изготовление которых гораздо проще технологически и материально.
Одним из представителей керамических материалов, обладающими пироэлектрическими свойствами является пироэлектрическая керамика на основе твердых растворов титаната-цирконата свинца Pb(Ti1-xZrx)O3 (ЦТС).Известно, что данный вид керамики обладает также и пьезоэлектрическими свойствами, в случае, когда материал деформируется, создается электрический заряд, так же, наоборот, воздействие электрического поля деформирует керамический образец. Именно в этой области керамика имеет наиболее широкое применение: датчики давления, датчики ультразвука, бытовая промышленность (пьезозажигалка).
В данной работе будет предложено другое применение пироэлектрической керамике (ЦТС), а именно создание миниатюрного источника рентгеновского излучения на основе пироэлектрической керамики.
Данный прибор обладает простотой конструирования, для создания такого источника рентгеновского излучения требуется невысокие материальные затраты, то есть прибор обладает минимальной дороговизной.
При использование данного прибора можно избежать опасного воздействия рентгеновского излучения. Он не требует при своей работе ни высокого напряжения, ни радиоактивных материалов, которые являются основными опасностями, которым подвергается человек при работе с источниками рентгеновского излучения.
Суть работы данного источника заключается именно в пироэлектрическом эффекте. Задняя поверхность керамического образца нагревается и охлаждается элементом Пельтье, напротив установлена заземленная мишень, генерируется рентгеновское излучение, которые фиксирует детектор.
Возможность применения керамических материалов в конструирование данного источника рентгеновского излучения снижает дороговизну конструкции, дает возможность сделать определенные выводы о максимальной интенсивности рентгеновского излучения, которое можно получить, используя керамические образцы, также мы можем судить о величине энергии рентгеновского излучения, которое получается в небольшом диапазоне температур нагрева и охлаждения образца.
Источники рентгеновского излучения на основе пироэлектрической керамики могут найти свое применение во многих областях: медицинских, промышленных, бытовых. Также данные источники рентгеновского излучения можно применять в научных целях при исследование структуры и свойств разных кристаллических тел.
1) Были исследованы следующие типы керамики: ЦТС-19, ЦТБС-3М. С каждого из данных типов керамики был измерен выход рентгеновского излучения. Для ЦТБС-3М была исследована зависимости интенсивности рентгеновского излучения от давления остаточного газа в камере.
2) Если сравнивать выход рентгеновского излучения от данной поликристаллической керамики с монокристаллами ниобата лития, то заметно, что выход РИ немного меньше.
3) После измерение тока с поверхности пироэлектрической керамики были вычислены пироэлектрические коэффициенты для каждого типа керамики. Для керамики ЦТС-19 пироэлектрический коэффициент равен 9.379* 10-8 ± 1. 20 *10-8Кл/К/см2, а для ЦТБС-3М 7.55 * 10-8 ± 0.96 * 10-8 Кл/К/см2. Для сравнения, можно сделать вывод, что пироэлектрический коэффициент для пироэлектрической керамики выше на порядок, чем для кристаллов ниобата лития. Также и диэлектрическая проницаемость данных пироэлектрических керамик на два порядка выше, чем диэлектрическая проницаемость соответствующих кристаллов. Таким образом отношение пироэлектрического коэффициента к диэлектрической проницаемости данных керамик ниже чем для кристаллов, именно этим можно объяснить низкий выход рентгеновского излучения с поверхности пироэлектрических керамик по сравнения с кристаллами ниобата лития.
4) Также были получены максимумы выхода рентгеновского излучения для керамики ЦТБС в зависимости от давления.
