Введение к работе
Актхальность_темы_ Кристаллы водорода являются интересными объектами для изучения принципиальных проблем физики твердого тела. При низких давлениях они являются квантовыми кристаллами, и для их описания необходимы изощренные теории динамики решетки. При высоких давлениях трансляционные колебания молекул приближаются к гармоническим, однако возрастает сложность межмолекулярных взаимодействий, роль многочастичных вкладов. При мегаСарных давлениях интерес концентрируется на переходе диэлектрик-металл, а при давлениях ниже 30 кбар основные задачи связаны с изучением взаимодействия молекул, динамикой решетки и фазовыми диаграммами.
Основные параметры межмолекулярного взаимодействия могут быть рассчитаны из первых принципов, и в ходе широкого теоретического исследования достигнуты значительные успехи в оценке роли различных факторов в наблюдаемых явлениях и определении границ различных приближений. Однако современное состояние теоретического описания водорода не дает возможности рассчитывать уравнение состояния с достаточной точностью. Поэтому актуальным остается накопление и уточнение экспериментальных результатов. Прямые данные о зависимости молярного объема твердого водорода от давления, при различных температурах, позволяют оценить справедливость потенп-їлов межмолекулярного взаимодействия и различных теоретических поводов, а также феноменологических моделей, описывающих термодинамические свойства кристаллической решетки. Наиболее важным является экспериментальное определение низкотемпературной ("нулевой", т=0) изотермы, которая может служить основой полуэмпирических уравнений состояния, сравниваться с многочисленными теоретическими расчетами изотермы Т=0 К и наряду с данными о кривой плавления водорода позволяет совершенствовать межмолекулярные потенциалы и теоретические модели.
Необходимость в подробном исследовании термодинамических свойств водорода для практического применения объясняется различными прикладными задачами - энергетическими программами на основе водорода, использованием водорода в инерционном термоядерном синтезе, получением гидридов, изучением роли водорода в синтезе сверхтвердых материалов.
К моменту начала работы лксь данные для p-v зависимости водорода при 4,2 К, полученные в двух работах до 20 и 25 кбар. Результаты полученные в этих работах сильно различались. Кривая плавления водорода была измерена лишь до 5 кбар. Данные для p-v зависимости при более высоки температурах отсутствовали.
Цель_работы заклиналась в уточнении вида фазовой диаграммы водорода - измерении линии плавления; измерении низкотемпературного (4,2 К) уравнения состояния водорода, являющегося основоіі подгонки параметров потенциала взаимодействия и основой полузмтш-рическнх расчетов уравнения состояния, в более широком диапазоне давлении; измерении p-v заоксимости при 77 К для проверки применимости уравнения Ми-Грюнайзопа и ггрпбликения Дебоя при описании теплового вклада в уравнение состояния в исследованной области; а также в расчете полуэмпирического уравнения состояния твердого водорода для іграктичсскш целей и анализа имеющихся термодпнгми-ческих данных, экспериментальных и расчетных.
H?y"LI'lLiJjQDLi3Hai 1. Ьлс-рвые гроведзны измерения JiiHnin плавления водорода при давлениях де- 10 к'.яго.
-
Измерении p-v зависимое1;;! її, nr/: 4,2 К vr-oz:-.)'-^' с помощью усовершенствованной метод:з;ы сме;-;ен:п, порыля и интервал измерении расширен до 27 кбар.
-
Получены p-v данные гысокой точности ї;гл 77 К, при стог.: влорзне
ПЗМереНПЯ ДЛЯ П9 i:.'0^.!,.r,Ji.^ В ОД^ІО;.: ОШТе На нескольких (4,2 и
77 К) изотермах, чіо повысило надежность і. согдасоваїскисть ....к^ых. :. Впервые проведены !.с:'.л;онал нзоіеріхчасхого сжатия '.осорд-ого аргона при температур.'1;: дни» тро/пой тощ::;, і г;;: Т-2С0 К. Расширен диапазон измерения ' . зависимости тдирдого аргона при 77 К с 20 до 32 кбар.
5. На основании собственных измерений низкотемпературной изотерма 1>2 до 27 кбар и наиболее цодєшіх литературных данных рассчитаны таолицы (изотермы ы пзохоры) уравнения состояния водорода в диапазоне давлений до 30 кбар. Показано непригодность для представления значений молярных объемов твердой Лжи на лшпгн плавления - vna Еодорода и дейтерия часто ыр:д,;зш,!:мого уравнения vm== л-з іп(т ).
ПЗБ1Ц!101102_232^21'1Т2.-. Создана оригинальная экспериментальная установка для измерения изотермического с;;<атия крдокристаллов. Экономичный пресс для гелнеи;:; температур, автономная камера еысо-
кого давления, газовый мультипликатор расширяют возможности разнообразных экспериментальных исследований при низких температурах и высоких давлениях. Разработана методика измерения изотермического сжатия водорода при 4,2 К при использовании компактного уплотнения с малым трением типа антиэкструзионного кольца и методический прием, позволяющий проводить такие измерения высокой точности на кри-окристаллах в области температур выше тройной точки. Содержащиеся в диссертации экспериментальные результаты, а также полученные на их основе подробные таблицы уравнения состояния твердого водорода необходимы не только для научных исследований, но и при решении технических задач связанных с-.энергетическими программами на основе водорода.
ШйШ&Ш&-$.Ш&>й2Ш% работы. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ. Основные результаты диссертации докладывались на і и и Всесоюзных рабочих (извещениях по проблеме водорода и его аномальных состояния (Москва, 1977 и 1981 гг.); 2-й Всесоюзной конференции по фазовым переходам металл-диэлектрик (Львов, 1977 г.); 5-м Республиканском семинаре по влиянию высоких давлений на вещество (Одесса, 1980 г.); і Верещагинской Международной конференции по физике высоких давлений (Москва, 1979 г.); 24-м Всесоюзном совещании по физике низких температур (Тбилиси, 1986); XI Международной конференции МАРИВД по физике высоких давление (Киев, 1987 г.); v Республиканском совещении по физике криокрис-таллов (Одесса, 1987 г.).
Стру.кту.ра_и_объем_работыл Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, включая 34 рисунка, 13 таблиц и список литературы - 137 наименований.
