References

zhps

Журнал прикладной спектроскопии

Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii

0514-7506

B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences

zhps-2177

Research Article

Статьи

Изменение оптических свойств терморадиационно-модифицированного политетрафторэтилена, подвергнутого воздействию ускоренных ионов ксенона

Changes in the Optical Properties of Thermal-Radiation-Modified Polytetrafluoroethylene Exposed to Accelerated Xenon Ions

Белов

О. В.

Belov

O. V.

Дубна Московской области

Dubna, Moscow Region

Пухаева

Н. Е.

Pukhaeva

N. E.

Дубна Московской области; Владикавказ, Республика Северная Осетия–Алания

Dubna, Moscow Region; Vladikavkaz, Republic of North Ossetia

pukhaeva@jinr.ru

Параипан

М. М.

Paraipan

M. M.

Дубна Московской области; Магуреле, Илфов, Румыния

Dubna, Moscow Region; Magurele, Ilfov, Romania

Рындя

С. М.

Ryndya

S. M.

Москва

Moscow

Москвитин

Л. В.

Moskvitin

L. V.

Москва

Moscow

Слесаренко

С. В.

Slesarenko

S. V.

Москва

Moscow

Токовой

С. А.

Tokovoy

S. A.

Москва

Moscow

Смолянский

А. С.

Smolyansky

A. S.

Москва

Moscow

Объединенный институт ядерных исследованийРоссияJoint Institute for Nuclear ResearchRussian Federation

Объединенный институт ядерных исследований; Северо-Осетинский государственный университет имени К.Л. ХетагуроваРоссияJoint Institute for Nuclear Research; North Ossetian State University named after K.L. KhetagurovRussian Federation

Объединенный институт ядерных исследований; Институт космических исследованийРоссияJoint Institute for Nuclear Research; Space Research InstituteRussian Federation

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhIRussian Federation

ООО “Квант-Р”РоссияQuantum-R LLCRussian Federation

ООО “Поливуд”РоссияPoliwood LLCRussian Federation

2026

30032026

932226237

2026

Белов О.В., Пухаева Н.Е., Параипан М.М., Рындя С.М., Москвитин Л.В., Слесаренко С.В., Токовой С.А., Смолянский А.С.

Belov O.V., Pukhaeva N.E., Paraipan M.M., Ryndya S.M., Moskvitin L.V., Slesarenko S.V., Tokovoy S.A., Smolyansky A.S.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2177

Методом компьютерного моделирования установлены характеристики взаимодействия ускоренных ионов ксенона с энергией 3.2 МэВ/нуклон с пленками терморадиационно-модифицированного политетрафторэтилена (ТРМ-ПТФЭ) толщиной 100 мкм. Установлено, что в процессе радиолиза первоначально однородный образец ТРМ-ПТФЭ превращается в слоистую структуру, включающую в себя зоны интенсивного и частичного радиолиза, а также слой неповрежденного полимера. Рассчитаны характеристики пространственного распределения ионизационных потерь и поля поглощенных доз в области радиационных повреждений вокруг латентного трека иона ксенона. Изучены оптические свойства пленок ТРМ-ПТФЭ толщиной 100 мкм, подвергнутых воздействию ионов ксенона с энергией 3.2 МэВ/нуклон до флюенса 1.08 · 106 см–2. В оптических спектрах ТРМ-ПТФЭ зарегистрированы максимумы поглощения при 206 и 476 (374, 578) нм, происхождение которых может быть связано с изолированными двойными связями и полиеновыми структурами, содержащими 14 сопряженных двойных связей, соответственно. Обнаружена радиационно-индуцированная интерференция, возникновение которой может быть связано с образованием слоя радиационного повреждения толщиной 0.34—0.39 мкм, который может находиться на расстоянии до ~36 мкм от поверхности образца ТРМ-ПТФЭ. Сделан вывод о наличии корреляции между прогнозными оценками радиационно-индуцированных изменений оптических свойств пленок ТРМ-ПТФЭ и экспериментальными данными.

The interaction characteristics of accelerated 3.2 MeV/nucleon xenon ions with 100 μm-thick thermoradiation-modified polytetrafluoroethylene (TRM-PTFE) films were determined using computer modeling. It was found that, during radiolysis, the initially homogeneous TRM-PTFE sample was transformed into a layered structure including zones of intense and partial radiolysis, as well as a layer of intact polymer. The spatial distribution characteristics of ionization losses and the absorbed dose field in the region of radiation damage around the latent track of a xenon ion were calculated. The optical properties of 100 μm-thick TRM-PTFE films exposed to 3.2 MeV/nucleon xenon ions to a fluence of 1.08 · 106 cm–2 were studied. The optical spectra of TRM-PTFE exhibit absorption maxima at 206 and 476 (374, 578) nm, which may be due to isolated double bonds and polyene structures containing 14 conjugated double bonds, respectively. Radiation-induced interference was detected, which may be due to the formation of a 0.34–0.39 μm-thick radiation-damaged layer, which may be located at a distance of up to ~36 μm from the surface of the TRM-PTFE sample. A correlation was concluded between the predicted estimates of radiation-induced changes in the optical properties of TRM-PTFE films and the experimental data obtained.

терморадиационно-модифицированный политетрафторэтиленпленкаион ксенонаоптикаспектрпропусканиепоглощениедиффузное отражениеинтерференциялатентный трекрадиолизпродукткомпьютерное моделирование

thermoradiation-modified polytetrafluoroethylenefilmxenon ionopticsspectrumtransmissionabsorptiondiffuse reflectioninterferencelatent trackradiolysisproductcomputer modeling

Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования “Гетероструктурная СВЧ-электроника и физика широкозонных полупроводников” НИЯУ МИФИ.

References1

J. S. Forsythe, D. J. T. Hill. Prog. Polymer Sci., 25 (2000) 101—136

A. S. Smolyanskii, E. D. Politova, O. A. Koshkina, M. A. Arsentyev, P. P. Kusch, L. V. Moskvitin, S. V. Slesarenko, D. P. Kiryukhin, L. I. Trakhtenberg. Polymers, 13 (2021) 3679, doi: 10.3390/polym13213678

С. А. Хатипов, Е. М. Конова, Н. А. Артамонов. Рос. хим. журн., LII, № 5 (2008) 64—72

A. Oshima, A. Udagawa, Y. Morita. Rad. Phys. Chem., 60, N 1-2 (2001) 95—100, doi:10.1016/S0969-806X(00)00321-2

E. M. Konova, Yu. E. Sakhno, S. A. Khatipov, V. G. Klimenko, S. T. Sychkova, T. V. Sakhno. Phys. Chem. Sol. State, 12 (2011) 1013—1017

C. F. P. da Silva. Study of the Reflectance Distributions of Fluoropolymers and Other Rough Surfaces with Interest to Scintillation Detectors. Dissertação de Doutoramento em Física Especialidade de Física Experimental apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, Coimbra, Universidade de Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia (2009)

K. Lee, S. Jockusch, N. J. Turro, R. H. French, R. C. Wheland, M. F. Lemon, A. M. Braun, T. Widerschpan, D. A. Dixon, J. Lie, M. Ivan, P. Zimmerman. J. Am. Chem. Soc., 127 (2005) 8320—8327, doi: 10.1021/ja0440654

R. R. Thomas. In: Fluoropolymers 2. Properties, Eds. G. Hougham, P. E. Cassidy, K. Johns, T. Davidson. Ch. 4, New York, Kluwer Academic–Plenum Publishers (1999) 47—68

K. Dawes, L. C. Glovery, D. A. Vroomy. In: Physical Properties of Polymers Handbook, Ed. J. E. Mark, Ch. 52, New York, Springer (2007) 867—887, doi: 10.1007/978-0-387-69002-5_52

A. Oshima, Y. Tabata, S. Ikeda, K. Otsunaga, H. Kudoh, T. Seguchi. In: JAERI-Conf. 95-003 Proceedings of the 6th Japan-China Bilateral Symposium on Radiation Chemistry, November 6–10, 1994, Waseda University Tokyo, Japan, Eds. Yoshimasa Hama, Yosuke Katsumura, Nobuyuki Kouchi, Keizo Makuuchi, Japan Atomic Energy Research Institute, Tokyo Japan (1995) 487—491

M. Adami, L. Guzman, B. Y. Man, A. Miotello, P. M. Ossi. Thin Solid Films, 459 (2004) 318—322, doi: 10.1016/j.tsf.2003.12.139

G. De Vincentis, V. Frantellizzi, M. Pacilio. In: Nuclear Medicine and Immunology, Eds. Sara Harsini, Abass Alavi, Nima Rezaei, Ch. 15, Cham, Switzerland: Springer Nature Switzerland AG (2022) 347—357, doi:10.1007/978-3-030-81261-4_15

C. Leroy, P.-G. Rancoita. Principles of Radiation Interaction in Matter and Detection, 2nd Ed., Singapore, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. (2009)

J. Kiefer, K. Schenk-Meuser, M. Kost. In: Biological and Medical Research in Space, Eds. D. Moore, P. Bie, H. Oser, Ch. 6, Berlin Heidelberg, Springer-Verlag (1996) 300—367

Ф. Ф. Комаров, А. Ф. Комаров, А. М. Миронов, Г. М. Заяц, Ю. В. Макаревич, С. А. Мискевич. Материалы электронной техники, № 4 (2012) 18—23

F. F. Komarov. Langmuir, 12 (1996) 199—206

Ф. Ф. Комаров. Успехи физ. наук, 173, № 12 (2003) 1287—1318

А. М. Борисов, В. А. Казаков, Е. С. Машкова, М. А. Овчинников, Е. А. Питиримова. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, № 4 (2019) 44—52, doi: 10.1134/S020735281904005X

J.-L. Leray, P. Paillet, J.-L. Autran. J. Phys. III France, 6, N 12 (1996) 1625—1646, doi: 10.1051/jp3:1996205

С. В. Слесаренко. Арматуростроение, 97, № 4 (2015) 72—74

Б. П. Голубев. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. Учебник для вузов, Москва, Атомиздат (1976)

В. И. Иванов. Курс дозиметрии. Учебник для вузов, Москва, Атомиздат (1978)

R. E. Stoller, M. B. Toloczko, G. S. Was, A. G. Certain, S. Dwaraknath, F. A. Garner. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B, 310 (2013) 75—80, doi: 10.1016/j.nimb.2013.05.008

J. Apostolakis. In: Molecular Imaging: Computer Reconstruction and Practice, Eds. Y. Lemoigne, A. Caner, Dordrecht, The Netherlands, Springer Science + Business Media B.V. (2008) 73—92, doi: 10.1007/978-1-4020-8752-3

J. F. Ziegler, M. D. Ziegler, J. P. Biersack. SRIM – The Stopping and Range of Ions in Matter, Chester, Maryland, USA (2008)

К. Б. Тлебаев, В. З. Габдракипов. Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан, № 2 (2007) 72—74

V. V. Ovchinnikov. Surface & Coatings Technology, 355 (2018) 65—83, doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.03.084

G. I. Barenblatt. In: Fracture of High Polymers, Eds. H. Kaush, J. A. Hassel, R. I. Jaffe, New York, Plenum Press (1973) 91—111

H. H. Rossi, M. Zaider. Microdosimetry and Its Applications, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag (1996), doi: 10.1007/978-3-642-85184-1

J. P. Nolan. Univariate Stable Distributions. Models for Heavy Tailed Data, Springer Series in Operations Research and Financial Engineering, Cham, Switzerland, Springer Nature Switzerland AG (2020), doi: 10.1007/978-3-030-52915-4

J. Quintanilla, S. Torquato, R. M. Ziff. J. Phys. A: Math. Gen., 33 (2000) L399—L407

J. Quintanilla. Phys. Rev. E, 63 (2001) 061108, doi: 10.1103/PhysRevE.63.061108

И. А. Драбкин, В. И. Царюк, М. И. Черкашин, П. П. Кисилица, М. Г. Чаусер, А. И. Чигирь, А. А. Берлин. Высокомол. соед., 10А, № 8 (1968) 1727—1734

I. A. Drabkin, V. I. Tsaryuk, M. I. Cherkashin, P. P. Kisilitsa, M. G. Chauser, A. N. Chigir’, A. A. Berlin. Vysokomol. Soyed., 10A, N 8 (1968) 1727—1734

K. Nagayama, T. Miyamae, R. Mitsumoto, H. Ishii, Y. Guchi, K. Seki. J. Electron. Spectr. Rel. Phenom., 78 (1996) 407—410

K. Seki, H. Tanaka, T. Ohta, Yu. Aoki, A. Imamura, H. Fujimoto, H. Yamamoto, H. Inokuchi. Phys. Scripta, 41 (1990) 167—171, doi: 10.1088/0031-8949/41/1/041

M. Dole, G. G. A. Bohm. In: Radiation Chemistry. Volume II. Gases, Solids, Organic Liquids. Int. Conf. Sponsored by Argonne National Laboratory Argonne, Ill. Aug. 12—15, 1968, Ed. E. J. Hart; Ch. 36, Advances in Chemistry 82, Am. Chem. Soc., Washington, DC (1968) 525—536

M. Schulze, K. Bolwin, E. Giilzow, W. Schnurnberger. Fres. J. Anal. Chem., 353 (1995) 778—784

R. Hemley, B. E. Kohler. Biophys. J., 20 (1977) 377—382

R. H. Baughman, R. R. Chance. J. Polymer Sci.: Phys. Ed., 14 (1976) 2037—2045, https://doi.org/10.1002/pol.1976.180141109

R. L. Christensen, A. Faksh, J. A. Meyers, I. D. W. Samuel, P. Wood, R. R. Schrock, K. C. Hultzsch. J. Phys. Chem. A, 108 (2004) 8229—8236, doi: 10.1021/jp048421g

S. R. Allyarov, I. A. Frolov, E. M. Tolstopyatov, D. A. Dixon, M. Vasiliu, L. F. Ivanov, P. N. Grakovich, S. V. Demidov. J. Russ. Laser Res., 40, N 6 (2019) 571—580, doi: 10.1007/s10946-019-09839-8

O. Stenzel. The Physics of Thin Film Optical Spectra. An Introduction. Second Edition, Springer Series in Surface Sciences, 44, Cham Switzerland, Springer International Publishing Switzerland (2016), doi: 10.1007/978-3-319-21602-7

ГОСТ Р 57941-2017 Композиты полимерные. Инфракрасная спектроскопия. Качественный анализ

Х. С. Багдасарьян. Теория радикальной полимеризации, Москва, Наука (1966)

W. Eckstein. Computer Simulation of Ion-Solid Interactions, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag (1991) 83—110, doi: 10.1007/978-3-642-73513-4

В. Н. Байер, В. М. Катков, В. М. Страховенко. Электромагнитные процессы при высокой энергии в ориентированных монокристаллах, Новосибирск, Наука (1989)

V. M. Biryukov, Y. A. Chesnokov, V. I. Kotov. Crystal Channeling and Its Application at High-Energy Accelerators, Berlin, Heidelberg, New York, Springer-Verlag (1997), doi: 10.1007/978-3-662-03407-1

J. W. Wilson, H. Tai. Range and Energy Straggling in Ion Beam Transport. NASA/TP-2000-209864, Hampton Virginia, NASA Langley Research Center (2000)

K. Suzuki. Fujitsu Sci. Tech. J., 46, N 3 (2010) 307—317

J. C. Vareille, J. L. Decossas, J. P. Moliton, J. L. Teyssier. J. Appl. Phys., 56 (1984) 211—214, doi: 10.1063/1.333753

Y. Hama, K. Hamanaka, H. Matsumoto, H. Kudoh, T. Sasuga, T. Seguchi. In: JAERI-Conf. 95-003 Proceedings of the 6th Japan-China Bilateral Symposium on Radiation Chemistry. November 6–10, 1994 Waseda University Tokyo, Japan, Ed. Y. Hama, Y. Katsumura, N. Kouchi, K. Makuuchi, Tokyo Japan, Japan Atomic Energy Research Institute (1995) 101—104

The authors declare that there are no conflicts of interest present.