Введение к работе
Актуальность темы. Разработка научной аппаратуры и приборов, новых методов физического эксперимента и обработки экспериментальных данных имеет большое теоретическое и практическое значение Для решения этих проблем актуальным представляется изучение особенностей и взаимосвязи стимулированных внешним воздействием процессов в модельных и реальных регистрирующих средах на основе бистабильных и промежуточных состояний, создание имитационных моделей и их последующее использование в экспериментальной физике
Цель работы. На основе изучения процессов, протекающих в неустойчивых системах регистрации информации, а также в их электрических аналогах и моделях, установить общие закономерности этих процессов, математически формализовать их описание, использовать теоретические и практические разработки для создания новых приборов и методов для экспериментальных исследований в различных областях физики
Основные задачи исследований:
Исследовать физические процессы, протекающие в неустойчивых средах регистрации информации (на примере галогенидов тяжелых металлов), а также в их электрических аналогах и моделях
На основе установленных общих закономерностей в неустойчивых физических средах регистрации информации, экстраполировать полученные закономерности на физику неустойчивых систем, их электрические аналоги и модели
Сформировать подход к описанию процессов, происходящих в неустойчивых физических системах и средах регистрации информации, а также их электрических аналогах и моделях, с позиций представления их в виде дискретно-непрерывных функций и бистабильных состояний
На основе экспериментальных и теоретических разработок предложить новые методы математической обработки и описания экспериментального материала, разработать новые приборы и методы экспериментальной физики, среды и способы регистрации информации
Личный вклад автора. В основу работы положены экспериментальные и теоретические результаты, полученные автором лично, либо при его непосредственном участии В работах, опубликованных в соавторстве, вклад автора состоял в посіановке целей и задач исследований, разработке методик, анализе и интерпретации результатов исследований
4 Методы исследования; достоверность экспериментальных исследований, основных положений, выводов и рекомендаций. Работа выполнена на основе современных общепринятых теоретических положений физики твердого тела, физики диэлектриков и полупроводников, электроники Для исследований свойств материалов (фотолиза, термолиза, фотопроводимости, электропроводности, измерения амплитудно-частотных характеристик в СВУ-диапазоне) использованы установки, приборы и оборудование кафедры технологии неорганических веществ, кафедры минералогии и петрографии, кафедры физических методов и приборов контроля качества ТПУ
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована использованием общепринятых взаимодополняющих методик исследования, исчерпывающим объемом выборки экспериментальной информации, устойчивой воспроизводимостью эмпирических результатов, применением сертифицированного лабораторного оборудования и подтверждением результатов более поздними экспериментами, проведенными исследователями из других научных учреждений и Томского политехнического университета Для обработки экспериментальных материалов использовались современные на момент выполнения работы ПЭВМи программное обеспечение
Научная новизна: Впервые с позиций единства зависимых от времени процессов установлена и проанализирована общность и динамика процессов, протекающих в неустойчивых средах регистрации информации, их электронных аналогах и моделях
Для изучения неустойчивых сред и определения эффективности взаимодействия излучения с веществом предложен метод полного разложения На основе этого метода получен вывод уравнения, корректно описывающего кинетику твердотельных процессов вплоть до глубоких стадий превращения и позволяющего учесть неравномерность скорости протекания реакции во времени и пространстве Частными случаями уравнения при ряде последовательных приближений и упрощений являются уравнения, традиционно используемые для описания кинетики реакций в твердом теле
Представлены в виде аналитических выражений основополагающие закономерности процессов, протекающих в твердых неорганических веществах при актиничном воздействии (частные и общие формулировки) Установлена взаимосвязь ключевых параметров регистрирующих сред
Сформулировано уравнение изоопаки, позволяющее в широких пределах изменения интенсивности и времени облучения материала прогнозировать отклик регистрирующей среды
5 Определены предельные возможности регистрации фото- и терморегистри-рующих сред на основе твердых неорганических веществ, в том числе с сухой усиливающей обработкой
Обоснованы модели реализации термографической записи на слоях галоге-нидов тяжелых металлов (ГТМ), сложных систем на их основе и предложены механизмы осуществления процессов сухой усиливающей обработки в слоях ГТМ (оптическое и термическое проявление)
Произведен анализ электрических эмуляторов и имитаторов регистрирующих сред Созданы и изучены модели процессов, происходящих в реальных системах регистрации информации с использованием бистабильных и промежуточных квазистабильных состояний
Показана эффективность междисциплинарного взаимопереноса научных знаний и представлений, в частности, возможность генерации новых и перспективных направлений в создании и совершенствовании методов и технического обеспечения физического эксперимента
Практическая новизна и значимость. Развиты и систематизированы научные и технические задачи регистрации и обработки информации на примере неустойчивых физических систем, их электрических аналогов и моделей
Методы Для определения квантового выхода фотолиза экспериментально апробирован и оптимизирован для практического использования при спектро-фотометрическом, масс-спектрометрическом, гравиметрическом и других методах анализа метод полного разложения, предложен и апробирован дифференциально-кинетический метод исследования топохимических реакций Для определения и описания вида кинетической кривой произвольной формы, установления давности события и прогноза развития процесса предложен метод трех точек Показана возможность использования полученных формулировок, математических выражений и графических зависимостей для описания кинетики превращений в модельных и реальных средах и системах, а также их применимости для описания физических, химических, геологических, электрических и иных явлений и процессов
Для выбора условий определения концентрационно-компонентного состава вещества разработан и использован метод корреляционной оптимизации В целях сопоставления серии экспериментальных кривых, внешне мало отличимых друг от друга, предложено использовать коэффициент корреляционного подобия, определяемого на основании статистической обработки массива экспериментальных данных, получения усредненного значения классифицируемых по определенному признаку распределения данных и нахождении коэффициентов
корреляции между усредненным и индивидуальным (анализируемым) распределением Продемонстрирована возможность использования метода корреляционного подобия для компьютеризированной идентификации геологических объектов по их С5Ч-спектрам, установления их возраста
Предложены метод цветодинамических квазимостовых измерений и устройства, его реализующие Для определения энергетических параметров источников излучения предложен градиентный метод, основанный на контроле скорости изменения наблюдаемого оклика системы (например, оптической плотности регистрирующего материала)
Устройства Базируясь на теоретически обоснованном представлении вида кинетических кривых переходных процессов из одного устойчивого состояния в другое и с учетом наличия промежуточных квазистабильных состояний и обратимости процессов, синтезированы новые электронные устройства широкого круга применения
Разработаны принципиально новые технические устройства, в том числе преобразователи и индикаторы на элементах с S- или N-образной В АХ, прямос-мещенных полупроводниковых датчиков, барьерно-резистивные элементы, градиентные реле, элементы бесприоритетной логики, квазифильтры клапанного типа, мостовые цветодинамические измерительные приборы и другие устройства
Регистрирующие среды Разработаны и защищены авторскими свидетельствами на изобретения и исследованы новые фото- и терморегистрирующие среды, способы их усиливающей обработки Созданы первые в мире термографические материалы на неорганической основе, позволяющие контактным методом осуществлять копирование оригинала с сохранением масштаба изображения
Установлена возможность использования разработанных материалов и методов в физическом эксперименте в дефектоскопии, актинометрии и дозиметрии, для создании фотоэлектрических преобразователей, гигро-, газо- и меха-ночувствительных датчиков и материалов
Определена возможность применения регистрирующих сред на основе ГТМ для решения ряда специальных задач Исследованы конденсационные, кристаллизационные и электроразрядные процессы формирования изображений, регистрации излучений и полей точечных и пространственно распределенных излучателей Созданы электрические аналоги и модели реальных систем регистрации информации
7 Апробация работы. Апробация работы и ее основных положений проводилась на III Всес совещ по фотохимии, Ростов-на-Дону, 1977, VII Всес совещ по кинетике и механизму реакций в твердом теле, Черноголовка, 1978, IV, V Всес совещ по радиационной физике и химии ионных кристаллов (Саласпилс, Рига, 1978, 1983), на II, III, V, VI Международной (Всесоюзной) конф «Воздействие ионизирующих излучений на гетерогенные системы» {Кемерово, 1979, 1982, 1990, 1995), III, V Всес научно-технич конф «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение», Москва, 1979, 1984, Всес научн конф «Регистрирующие среды, методы и аппаратура голографии», Кишинев, 1980, III Всес конф по бессеребряным и необычным фотографическим процессам, Вильнюс, 1980, Всес конф «Процессы усиления в фотографических системах регистрации информации», Минск, 1981, IV Всес совещ по фотохимии, Ленинград, 1981, II Всес семинаре-дискуссии «Химия и физика кластерных и полиядерных соединений», Шушенское, 1981, VIII Всес совещ по кинетике и механизму реакций в твердом теле, Черноголовка, 1982, IV Всес конф «Бессеребряные и необычные фотографические процессы», Суздаль, 1984, X Республ конф молодых ученых по актуальным проблемам прикладной физики, Ташкент, 1985,1, II, III Международных (Всесоюзных) междисциплин научно-технич школах-семинарах «Непериодические быстропротекающие явления в окружающей среде», Томск, 1988, 1990, 1992, Всес научно-технич конф «Человеко-машинные системы и комплексы принятия решений», Таганрог, 1989, I, II Междунар конф «Датчики электрических и неэлектрических величин (Датчик-93, 95)», Барнаул, 1993, 1995, IV Всеросс конф по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц, Томск, 1996, II, VI, VII, VIII и IX Всеросс научно-технич конф «Энергетика экология, надежность, безопасность», Томск, 1996, 2000, 2001, 2002, 2003, Conference on Precision Electromagnetic Measurement, Germany, Braunschweig, 1996, Intern Conf on Actual problem of measuring technique («Measurement-98»), Ukraine, Kyiv, 1998, 4th Intern Conf «Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceeding (APEIE-98)», Novosibirsk, 1998, Междунар конф «Физико-химические процессы в неорганических материалах», Кемерово, 1998, III Всеросс научно-техн конф. «Методы и средства измерений физических величин», Нижний Новгород, 1998; Всероссийских научно-техн конференциях «Методы и средства измерений», «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве», Нижний Новгород, 2000, II Междунар научно-практ конф «Геотехнологии проблемы и перспективы», Тула, 2001,1 Всеросс научно-практ конф «Теория и практика газоразрядной фотографии», Краснодар, 2003, а также на 40 других Международных, Всесоюзных, региональных научно-технических семинарах, конференциях и симпозиумах
8 Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше 440 работ, из которых 10 монографий, 16 авторских свидетельств и патентов на изобретения, 216 статей в центральных реферируемых технических журналах России, ближнего и дальнего зарубежья (в том числе 41 статья в журналах по списку ВАК, 24 статьи в журналах Германии, Великобритании и Польши), 36 статей в сборниках, 36 информационных листков Томского ЦНТИи др работы
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы Работа содержит 283 страницы текста, куда входят 12 таблиц, 116 рисунков, список литературы из 354 наименований
