Введение к работе
Актуальності, работы.
Математическое моделирование изменения параметров чистого кварцевого стекла при радиационных воздействиях необходимо для описания внутренней структуры, его собственных и примесных дефектов, особенностей ра-диацнонно-химических реакций в сетке стекла Целесообразность математического моделирования процессов физико-химических преобразований при радиационных воздействиях в кварцевом стекле и оптическом волокне на его основе диктуется актуальными задачами теории и практики построения систем сбора и передачи данных в условиях повышенного радиационного фона
Наиболее значимым параметром в оптоволоконных системах при радиационных воздействиях является коэффициент наведенного оптического поглощения В настоящее время математическая модель, описывающая поведение коэффициента оптического поглощения в волокне на определенной дайне волны в зависимости от времени, содержит систему кинетических уравнений первого или второго порядка, задающих создание и распад радиа-ционныч центров окраски в ходе параллельно-последовательных химических реакций в стекле сердцевины световода
Формирование модели кинетики накопления и распада радиационных центров окраски возможно одним из трех методов Первый основан иа использования методов классической химической кинетики, второй — на основе методов диффузионно-контролируемых реакций и третий — методов «флуктуационной» кинетики Отличие методов обусловлено учетом влияния пространственных неоднородностей в распределении плотности радиолити-ческих компонентов и радиационных центров окраски на кинетические закономерности процессов в стеклах В основе методов классической химической кинетики леясат предположения об однородности расположения реагентов по всему объему вещества, как в начальные, так и в последующие моменты времени В моделях диффузионной кинетики учитываются эффекты, связанные с транспортом реагирующих частиц друг к другу Известно, что уравнения классической и диффузионной кинетики адекватно описывают экспериментальные данные только на начальных промежутках времени радиационно-
химической реакции На «больших» интервалах времени эти модели дают значительные расхождения с экспериментом, поскольку лишь усредняют флуктуационные эффекты
В настоящее время нет математической модели, способной дать физически адекватное описание экспериментальной кинетики реакции генерации и рекомбинации радиационных центров окраски в волоконных световодах во всем диапазоне времен наблюдения
Цель работы: создание математической модели радиационно-химических реакций в волоконных световодах на основе чистого кварцевого стекла, позволяющей, используя экспериментальные данные, связать как диффузионный, так и флуктуационный подход
Научная новизна. Автором получены следующие новые научные результаты
Разработанная методика эксперимента, позволила уточнить характер радиационно-химических реакций в кварцевом стекле под воздействием у-излучения с различной мощностью дозы, обнаружить особенности изменения коэффициента оптического поглощения в различных типах волоконных световодов с сердцевиной из чистого кварцевого стекла при их помещении в поле ионизирующего излучения
Предложен новый метод анализа кинетики наведенного у-излучением оптического попощения в волоконных световодах, позволяющий выявлять отклик кинетики рекомбинации радиационных центров окраски на изменение режимов радиационного воздействия
Разработанная математическая модель рекомбинациоиных процессов в кварцевом стекле во всем диапазоне времен наблюдения, адекватно описывает диффузионные и флуктуационные процессы в кварцевом стекле
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечены достаточной сходимостью резучьтатов анализа большого объема экспериментальных данных и математической модели о поведении коэффициента наведенного поглощения в волоконных световодах из чистого кварцевого стекла под воздействием ионизирующего излучения и аргументирован-
ным обобщением результатов анализа в форме постановки принципиально новых вопросов в области актуальных научных проблем создания адекватных математических моделей радиационно-химических реакций в твердом теле
Научная н практическая значимость работы состоит в том, что разработанная математическая модель позволяет обобщенно описывать процессы диффузионного транспорта и процессы рекомбинации радиационных центров окраски во всем диапазоне времени наблюдения, что позволит создавать на основе волоконных световодов с сердцевиной из чистого кварцевого стекла принципиально новые радиационно стойкие или радиационно чувствительные элементы, датчики и линии передачи сигнала с заранее прогнозируемым значением коэффициента наведенного поглощения
Научные положения, выносимые на защиту
исследована кинетика наведенного оптического поглощения в высоко-и тізкогидроксильньїх световодах с сердцевиной из высокочистого кварцевого стекла на длине волны 850 нм при различных режимах у-облучения, выявлены и проанализированы эффекты радиационного просветления, радиационной закалки;, старения радиационной закалки в световодах на основе высокогидроксильного стекла и эффект радиационной антизакалки в световодах на основе низкогидроксильного стекла
разработан метод анализа кинетики послерадиационной рекомбинации радиационных центров окраски в волоконных световодах на основе кинетических дифференциальных уравнений
найдена на основе решения диффузионного уравнения Смолуховского оценка радиуса неподвижного рекомбинирующеі о радиационного центра окраски с учетом коэффициента диффузии подвижного радиолитического компонента, пассивирующего данный радиационный центр
разработанная на основе комбинации диффузионных и флуктуационных методов математическая модель физико-химического механизма рекомбинации радиационных центров окраски кварцевого стекла под воздействием высокодозного у-облучения, позволяет с высокой
адекватностью описывать процессы изменения коэффициента наведенного оптического поглощения в волоконных световодах Апробапип результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах научном симпозиуме «Неделя горняка — 2006» (Москва, МГГУ, 2006 г), международной научно-практической конференции «Целеполагание и средства его достижения в процессе обучения физике» (Москва, МГОУ, 2006 г), конференции по экспериментальной петрологии, минералогии и геохимии (Москва, ГЕОХИ им Вернадского, 1999 г), П-ой Всесоюзной конференции по физике стеклообразных твердых тел (Рига, 1991 г)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ Структура п объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и списка литературы из 124 наименований Диссертация содержит 33 рисунка и 2 таблицы
