Введение к работе
Актуальность работы. Открытию изотопов химических элементов исполнилось 100 лет. За последующие годы было обнаружено существование радиоактивных и стабильных изотопов для большинства природных элементов, осознана перспектива их использования и созданы методы их разделения. Для стабильных изотопов - это фракционная перегонка, химический обмен, диффузионные методы, центрифугирование, электромагнитные методы и т.д. Сегодня изотопы широко используется в химии, физике, технологии, биологии, сельском хозяйстве, медицине и т.д.[1]
Актуальной становится задача поиска дешевых и производительных методов разделения. Одним из таких методов для изотопов средних масс является лазерное разделение изотопов (ПРИ) и, в частности, инфракрасная многофотонная диссоциация (ИК МФД). Этот метод основан на изотопическом сдвиге спектральных линий в ИК-спектре поглощения. При настройке длины волны лазера на линию поглощения молекул с нужным изотопом происходит селективное возбуждение и последующая диссоциация этой разновидности молекул [2].
Используя метод ИК МФД можно организовать разделение изотопов кремния. Кремний содержит три изотопа, природное содержание которого составляет: 28Si-92.2%, 29Si-4.7%, 30Si-3.1%. Интерес к использованию изотопов кремния в полупроводниковой промышленности в значительной степени вызван работами, в которых обнаружено увеличение теплопроводности изотопно-чистых монокристаллов 28Si.
Еще одна из возможных областей применения изотопов кремния в полупроводниковой промышленности, связана с методикой легирования фосфором путем превращения изотопа 30Si в 31Р, согласно реакции:
Кроме того, Si имеет спин ядра. Получение образцов, обогащенных этим изотопом, позволяет использовать метод ЭПР.
Возможности метода ИК МФД для разделения изотопов того или иного элемента определяются, главным образом, выбором химического соединения, молекулы которого способны эффективно возбуждаться и диссоциировать в поле лазерного излучения с высокой селективностью.
Сегодня оптимальным соединением для разделения изотопов кремния методом ИК МФД считается гексафтордисилан (Si2F6).
Однако, очевидным требованием к оптимальному для разделения изотопов соединению является наличие только одного атома кремния в молекуле. В молекуле Si2F6 редкие изотопы кремния 29Si и 30Si содержатся, в основном, в смеси, например, 30SiF3 - 28SiF3, что принципиально препятствует получению высокой степени обогащения.
Цель работы. Исследование ИК МФД широкого круга кремнииорганических соединений, содержащих один атом кремния в молекуле, с целью поиска соединения, характеристики селективной диссоциации которого превышают характеристики Si2F6
Научная новизна. В работе впервые предложено использовать ряд молекул SiF3-CHkX2_k-CHmX3_m где X - CI, F, к=0,1,2; т=0,1,2. В частности, исследована селективная по изотопам кремния ИК МФД молекулы SiF3-СНС1-СН2С1 из этого ряда. Показано, что эта молекула имеет низкую энергию диссоциации и с большим выходом распадается на стабильные продукты SiF3Cl и С2Н3С1.
Получены рекордно высокие значения селективности по редким изотопам кремния.
Практическая ценность. Полученные в работе результаты демонстрируют перспективность разделения изотопов кремния при помощи
лазерного метода на основе ИК МФД ряда кремнийорганических соединений типа SiF3-CHkX2.k-CHmX3.m где X - CI, F, к=0,1,2; т=0,1,2.
Личный вклад соискателя. Автор участвовал в создании экспериментальной установки, проведении всех экспериментов, синтезе веществ, проводил квантово-химические и другие расчеты.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международных и всероссийских конференциях: 8-я Всероссийская (международная) научная конференция: «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул» (ГНЦ РФ ТРИНИТИ, Звенигород, Московской области, 2003 год); 9-я Всероссийская (международная) научная конференция: «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул» (ГНЦ РФ ТРИНИТИ, Звенигород, Московской области, 2004 год); XVIII симпозиум "Современная химическая физика" (г. Сочи, д/о МГУ "Буревестник" 2006 год); XII Международная научная конференция «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул и в лазерных, плазменных и нано-технологиях» (ГНЦ РФ ТРИНИТИ, Звенигород, Московской области, 2008 год).
Публикации. Основные результаты опубликованы в 7 статьях в рецензируемых научных журналах и 4 тезисах докладов международных и всероссийских конференций.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и приложения. В конце сформулированы выводы и результаты, приведен список цитируемой литературы (102 ссылки). Работа изложена на 135 страницах, содержит 47 рисунков и 7 таблиц.
