Введение к работе
Одной из актуальных_задач физики твердого тела, в частности, материаловедения высокотемпературных оптических кристаллов с неравновесными метастабильными состояниями является синтез кристаллов с управляемой степенью неоднородности.
Неоднородности в кристаллах подразделяются на два типа: одни связаны с короткопериодическими изменениями параметров на уровне межатомных расстояний, а другие определяются изменениями характеристик на расстояниях много больше межатомных - крупномасштабные неоднородности макро- и мезоскопического уровня.
_Среди различных причин,вносящих существенный вклад в формирование крупномасштабных неоднородностей в кристаллах своей фундаментальностью выделяется неравновесность процессов их роста.
Макроскопические неоднородные структуры обязаны своим появлением существенно неравновесным условиям роста кристаллов.
С другой стороны, степень неравновесности оказывает столь же значительное влияние и на особенности внешней огранки кристаллов .
В свою очередь,совокупность факторов, определяющих качество іфисталлов можно подразделить на две группы: структурно-чувствительные и структурно-нечувствительные.
К первым относятся те, которые непосредственно связаны со структурными изменениями кристаллической решетки и проявляются в спектрально-чувствительных характеристиках,а свойства описываются на уровне электронных взаимодействий. Структурно-нечувствительные характеристики определяют макроособенности кристаллов: габитус, строение граней,'внешнюю симметрию индивидов, включения. Влэтом случае свойства кристаллов рассматриваются на уровне развития отдельных граней и областей кристаллов.Качество кристаллов определяется совокупностью перечисленных свойств.
Несомненно,что обе группы факторов тесно переплетаются друг с другом,что проявляется во взаимосвязи отдельных,обусловленных ими особенностей. Несомненно также и то, что определяющую роль в проявлении этих свойств и особенностей играют примеси, которые приводят к различным деформациям кристаллической решетки.
Основными ограничениями на пути такого рода исследований, существенно уточняющих научные представления о механизмах формирования и структуре различных крупномасштабных ш-однородноетои
являются недостаточная чувствительность и сравнительно невысокая разрешающая способность существующих методов количественной оценки НеОДгіорОДНОСТеЙ.
Значительный прогресс в этой области стал возможен благодаря достижениям электронной вычислительной техники, позволяющей использовать наиболее современные методы обработки, в частности, цифровые методы обработки изображения.
Цль_р_аботы состояла в исследовании особенностей и природы распределения примесей в природных и синтетических кристаллах, сформировавшихся в существенно неравновесных условиях на базе усовершенствованных методов авторадиографии.
Для достижения поставленной цели было необходимо решение следующих_задачі
исследовать возможности авторадиографии в сочетании с цифровой обработкой изображения для исследования пространственного распределения примесей и компонентов в алмазах и тугоплавких оксидных кристаллах;
исследовать структуры неоднородного распределения примесей и компонентов в оптических кристаллах,примесную природу этих неод-нородностей и их особенности;
изучить возможности использования результатов по исследованию -распределения примесей для синтеза кристаллов с заданными свойствами, а также для оценки качества природных кристаллов алмаза и их месторождений. ,
Успешное решение поставленных задач было достигнуто применением комплекса источников различных ядерных частиц - реактора типа ВВР-СМ, нейтронного генератора типа НГ-150, циклотро- . на типа УРС-150, использования современных быстродействующих ци— фровых вычислительных машин и различных методов исследования.
В качестве объектов_исследования были выбраны кристаллы алмаза различной генерации и парагенеза, синтетические кристаллы, алуг.за,тугоплавкие оксидные кристаллы фианита,а также кристаллы со структурой граната. Степень неравновесности кристаллов была обусловлена либо уело иями природного синтеза (алмаз) либо режи- . маыи выращивания методом прямого ВЧ - плавления в холодном тигле (фианиты).
г ' г;
<~j "*
Научная _но виз на..
-
Адаптация методов и алгоритмов цифровой обработки изображения для авторадиографических исследований кристаллов, увеличивающая возможности метода и повышающая его разрешающую способность .
-
Явления потери устойчивости однородного распределения приме— сей и особенности их структуирования в естественных (алмаз)
и искусственных (фианит) кристаллах, интерпретация которых получила свое модельное объяснение в рамках представлений Пригожина о самоорганизации в неравновесных системах.
3. Корреляция между структурой неоднородного распределения при
месей титана и характером радиационного отклика в фианитах.
_0В^?Тичес кая _це н н ость ^
1. Адаптированные методы и алгоритмы цифровой обработки изображе
ния успешно используются для авторадиографических исследова
ний в материаловедении, биологии, медицине.
-
Установленные корреляции по примесному составу алмазов используются для оценки качества этих кристаллов.
-
Полученные результаты по исследованию алмазов разной генерации й парагенеза используются для обоснованного планирования поисковых и разведочных работ.
дсндвные_пдложениях_выносимые_на_защту^ 1.Развитие методов авторадиографии для исследования кристаллов, включающей цифровую обработку изображения для подавления фоновой активности, что позволило на порядок повысить разреша-. ющую способность метода при минимальном контрасте.
2. Обнаружение с использованием, усовершенствованных методов ис
следований класса явлений,характеризуемых неустойчивьш одно
родным распределением и образованием примесных мезоструктур,
обусловленных существенной неравновесностью изучаемых систем
(природный алмаз и фианиты):
чередование механизмов роста "танг."^"норм." и интерпретация этого явления, связанная с нелинейностью температуропроводности как функции темпер; .-уры и периодическим изменением термодинамической движущей силы, пропорциональной перепаду локальных температур над равновесным значением;
изменение структуры неоднородного распределения переходных металлов с увеличением концентрации ( кобальта в алма-
- б -
зах,титана в фианитах ) и его трактовка на базе модели спонтанного нарушения однородности распределения в рамках син-ергетических представлений с учетом немонотонной зависимости коэффициента диффузии от их концентрации ( Гирер и Майнхардт); - явление перехода микрозональной структуры в ячеистую в фианитах и модель эффекта на основе нелинейных автокаталитиче- . ских реакций (задача о раскраске "хвоста оппосума",Дж.Марри). учитывающих кинетику диффузионно-химического взаимодействия примесей и компонентов растущего кристалла.
-
Выявление повышения радиационной чувствительности кристаллов фианита с усилением неоднородности распределения примесей титана и модель дефектообразования по упругому механизму.
-
Способ оценки качества кристаллов алмаза с использованием облучения для определения их примесного состава.
Совокупность развитых и обоснованных в работе научных положений и выводов можно квалифицировать как су_щественный_вклад в развитие нового научного направления -нер_авно8есное_мате2иалове-дение алмазов и тугоплавких оксидных кристаллов - физические основы создания и контроля кристаллов с заданными свойствами путем управления степенью неоднородности материала.
Достоверность_рзу_льтатов работы обеспечена применением современных методов физического эксперимента и теоретическим анализом, достаточной воспроизводимостью результатов,а также практическим использованием полученных результатов.
ЛУНЦУЗ_вїД9йі Представленнные в диссертации научные резуль таты получены в ИЯФ по тематическому плану НИР,ответственным исполнителем которых является автор диссертации.В работе автор использовал коллекции алмазов,отобранные для исследований Алмазной Лабораторией ЦНИГРШг.Мирный,Республика Coxa-Якутия),ЦНИЛ ГОХРА-НА, ЦНИГРШ г.Москва),ИМР Ail Украины(г.Симферополь). В работе использован ряд материалов, опубликованные с другими авторами-сотрудниками ЦКИГРИ.МГРИ (г.Москва) Алмазной лаборатории ЦНИГРИ (г. Мирный,Республика Соха-Якутия ),лаборатории РФОМ АН РУз,- которые выполнены при непосредственном участии автора диссертации.Обработка авторадиографи1 іскхх снимков на интерактивном комплексе по обработке изображений проведена совместно со специалистами Вычислительного центра"Агроресурсы"(г.Ташкент) Теоретическая интерп-
ретация результатов проведена совместно с сотрудниками Института Э и Отдела Теплофизики АН РУЗ.Обобщение результатов,представленных диссертации, выполнено автором. Апвобация_работьіі Основные результаты работы представлялись на следующих научныхфорумах: на Всесоюзном семинаре "Физика и синтез полупроводникового алмаза"(Киев, 1979),на Всесоюзном совещании по прогнозированию алмазных месторождений (Симферополь,1982),П Всесоюзном совещании "Природные . газы земли и их роль в формировании полезных ископаемых" (Москва, 1982), ХШ Всесоюзном совещании по исследовательским ядерным реакторам (Ташкент,1984), У Всесоюзном совещании по активацион-ному анализу (Ташкент,1987), У1 Всесоюзном совещании по применению ускорителей заряженных частиц (Ленинград,1988),Всесоюзном семинаре "Автоматизация научных исследований" (Ташкент,1988), -на Координационном.совещании по работам с использованием научно-исследовательских ядерных реакторов (Обнинск,1988), на ХУ1 Международном симпозиуме по авторадиографии (Улан-Уде,1988), на Ш Советско-японском семинаре по сверхпроводимости (Душанбе, 1989),на 16 Международной летней школе по современным проблемам физики (Пакистан,1991), на Всесоюзных семинарах по исследованию алмазов(Москва,1990, Фрунзе,І991), на Ш Всесоюзном радиогеохимическом совещании "Радиографические методы исследования в радиогеохимии и смежных областях" (Томск, 1991), на v Региональной конференции по математической физике (Едирне,Турция, 1991),. на 3-ей Европейской конференции по исследованию алмазов (Гейдельберг,Германия,1992),на 16 Международной Пекаровской кон-. ференции по теории полупроводников, г.Одесса,1994, на 1 Международной -конференции "Новые материалы и приборы",.г.Ташкент, 1994,
. а также на научных семинарах ФТЙ АН РУз.МГРИ г.Москва,И'1 СО АН России,ФИАН России,ИОФАН России,МГУ,ИЯФ АН РУз и других научных
' учреждениях (-1976 -1994 ).
Пу_бликация_р_аботы. По материалам диссертации опубликовано 42 работы,основные результаты диссертации изложены в 21 публикации. Стру_кту_р_а_и_объем_работьк Диссертация состоит из введения,пяти глав, заключения и общих выводов, списка цитируемой литературы из &Z работ,изложена на ПН страницах, ыиючает Si рисунков, /О таблиц.
ti -
Похожие диссертации на Неравновесность условий рости и формирование примесных неоднородностей в алмазах и тугоплавких оксидных кристаллах
