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

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.

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

2. 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

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

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

5. 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

6. 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)

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

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

14. 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

15. 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

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

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

18. 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

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

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

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

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

23. 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

24. 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

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

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

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

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

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

30. 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

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

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

33. 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

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

35. 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

36. 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

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

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

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

40. 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

41. 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

42. 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

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

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

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

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

47. 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

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

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

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

51. 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