авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 34 |

«ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК Сборник научных трудов VII Международной конференция студентов и молодых ученых ...»

-- [ Страница 5 ] --

Summary. Severe plastic deformation of Fe-1,12Mn-0,08V-0,07Ti-0,1C steel in ferritic-pearlitic state by ECAP and HPT leads to strong fragmentation of initial structure. ECAP forms structure with an average size of structural elements of 260±90 nm, and HPT - 90±50 nm. Formation of UFG states causes the increase in mechanical properties after both of SPD methods: Hµ=2,9GPa after ECAP and Hµ=6,4GPa after HPT. The structures after SPD have high thermal stability up to 500оС after ECAP and up to 400оС after HPT. A system of fine carbides formed during ECAP and HPT are of great importance for increasing of mechanical properties and thermal stability of steel investigated.

Acknowledgements. Authors of paper are thankful to professor S. V. Dobatkin, Dr. E. V. Naydenkin for useful discussions. This research was supported by RFBR (project No. 09-08-99062-r_ofi) and Russian Ministry of Education and Science (program “Scientific and Scientific-Educational Professional Community of Innovative Russia”).

ОЗОННЫЙ МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЕДВЕСТНИКА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ К.А. Землянова, К.И. Ромашова Научный руководитель: к.ф.-м.н., доцент В.В. Ласуков Томский политехнический университет, Россия, г.Томск, пр. Ленина, 30, E-mail: lav_8@list.ru OZONE MECHANISM OF AN ELECTROMAGNETIC EARTHQUAKE PREDICTOR K.A. Zemlynova, K.I. Romashova Scientific Supervisor: PhD V.V. Lasukov Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, E-mail: lav_8@list.ru It is shown that change of conductivity of a ground layer of air in some times may to result in changes of an electromagnetic signal of the same order so the appropriate anomalies of this field may be used for the forecast of process of preparation of earthquakes.

В настоящее время обнаружены новые явления электромагнитной природы, которые предшествуют и сопровождают процессы нарушения сплошности в деформируемом геоматериале [1–2]. Эти явления используются при изучении и прогнозе катастрофических событий (землетрясений [3], горных ударов [4], оползней), которые, прежде всего, являются механическими явлениями, так что предмет РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» исследования лежит на стыке геофизики и электродинамики. При этом понятие геофизической среды, имевшее до последнего времени механический характер, становится более широким, отвечая представлениям физики твердого тела. Существует несколько точек зрения на физическую природу этого явления. Оно может быть связано с процессом разрушения в твердой фазе горных пород, с электрокинетическими эффектами в жидкой фазе горных пород или являться проявлением сегнето - или пьезоэлектрических свойств пород. В рамках этих представлений о механизмах механоэлектрических преобразований используются два подхода при объяснении аномалий накануне сейсмического события:





концепция активных излучателей;

концепция изменений условий распространения.

Согласно впервые предложенной А.А. Воробьевым концепции активных излучателей электромагнитный сигнал литосферного происхождения возникает в результате механических процессов в земной коре в области очага (очаговая модель) или на поверхности (поверхностная модель) и попадает непосредственно в точку наблюдения в результате распространения прямым лучом или в волноводе Земля-Ионосфера. Согласно второй концепции аномалии в пункте приема сигнала возникают через изменение условий распространения электромагнитных волн атмосферного происхождения. В этой связи в работе в рамках концепции условий распространения исследуется озонный механизм изменения условий распространения.

Сравнительно давно в лабораторных условиях обнаружено явление электризации вновь образующихся поверхностей при деформации и разрушении кристаллов, в том числе и геоматериалов [5 – 8]. Электризация материала происходит за счет разрыва ионных связей при движении трещин в материале, за счет движения заряженных дислокаций, адгезии или электрокинетических явлений. При этом плотность разделенных зарядов в зависимости от типа материала лежит в широких пределах Кл / м 2, так что при поверхностной плотности зарядов порядка возможен 1010 102 Кл / м 10 электрический пробой газового промежутка между бортами поверхностных трещин, который может – сопровождаться генерацией озона (О3) и атомарного кислорода(О ) [9]. Процесс же разрушения – отрицательных ионов кислорода О + О3 2О2 + е +2,6 эВ. приведет к увеличению равновесной плотности свободных электронов. Из уравнений баланса для плотности электронов N e и отрицательных ионов N [10] ( ) ( ) ( ) dN dN e = N k N N + + N, = N k N N + N (1) + 3+ 1 2 e 4 e 8 9 2e 8 dt dt (при типичных условиях N e N, N + = N ) следует, что квазипостоянные решения уравнений (1) имеют вид:

( 8 + 9 )1 ( + ) 8 N =, Ne = (2), ( )k3 ( ) k 2 1 2 [X ]- частота соответствующих процессов, [X] - объемная плотность атомных частиц сорта Х;

здесь n = k n [] k 3 = 2 106 см / с ;

8 = k 8 O3, k 8 = (3±1) 1010 см / с, 3 d 9 = k 9 [O 2 ], k 9 = 8T i 0 exp 0, T µ d i d MW, 0 = 0,42 эВ, = 2,2 1017 см 2 / эВ Ti =T2+ d – – T 2 – температура газа;

М – суммарная масса О и О2, µ – приведенная масса иона О и О2, W –дрейфовая РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» N e N и скорость O в воздухе. Из выражения (2) можно получить, что зависимость отношений (N – N Ne N – конечная концентрация) от концентрации озона имеет вид:





первоначальная, а + ( 8 + 9 ) N 8 9 Ne = =, ;

N 8+ 9 ( 8 + 9) Ne Ne [O 3 ] N- [O 3 ] [ ] 1010 см 3, то так что, когда концентрация O 3.

;

Ne [ O 3 ] N- [ O 3 ] В свою очередь, увеличение плотности свободных электронов и заряженных ионов приведет к увеличению проводимости приземного слоя воздуха ={N eU e+ N U + N +U + } e, где U e,,+ – подвижность электронов, отрицательных и положительных ионов, соответственно. Увеличение проводимости изменит условия для распространения электромагнитных волн атмосферного происхождения, т. к. согласно [11] в сферическом приземном волноводе радиальная составляющая электромагнитного поля равна по модулю 0.003 R 300 W 0 1 F1 = + E= F1 F2,, (3) sin (0 ) N e 10 3 3 10 h hr, r 1 0. F 2 = exp + N e 10 3 3 где W – мощность излучателя атмосферного происхождения (кВт);

, - длина волны (км), E – выражается в мВ/м, r = R – горизонтальное расстояние между источником и точкой наблюдения, – 0 проводимость приземного слоя, Nв – электронная плотность в ионосфере, h – высота ионосферы (км).

Вывод: изменение проводимости приземного слоя воздуха в несколько раз может приводить к изменениям E того же порядка, так что соответствующие аномалии этого поля могут служить прогностическим признаком процесса подготовки землетрясений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Электромагнитные предвестники землетрясений. / Под ред. Г.В. Садовского. – М.: Наука, 1982. – 231 с.

2.Гохберг М.Б., Моргунов В.А. Сейсмоэлектромагнитные явления. – М.: Наука, 1988. – 132 с.

3. Мастов Ш.Р., Ласуков В.В. // Изв. АН СССР. Физика Земли. – 1989. –№6. – С. 38–48.

4. Ласуков В.В., Мастов Ш.Р.// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 1993. – №2. – С. 6 – 11.

5. Дерягин Б.В., Кротова Н.Л., Смилга В.Г. Адгезия твердых тел. – М.: Наука, 1973. – 273 с.

6. Урусовская А.А. // УФН. – 1968.– Т. 86. – № 1. – С.39 – 60.

7. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. – М.: Металлургия. – 1977. – С. 359.

8. Хатиашвили Н.Г.// Изв. АН СССР. Физика Земли. – 1984. – № 9. – С. 13-19.

9. Воробьев А.А., Самохвалов М.А., Малышков Ю.П. // Геохимия. – 1982. – № 8. – С. 13.

10. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. // ЖТФ. – 1991. – Т. 61. – № 10.– С. 70.

11. Альперт Я.Л., Гусева Э.Г., Влигель Д.С. Распространение волн в волноводе Земля-Ионосфера. – М.:

Наука, 1967. – 342 с.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» ВРЕМЯПРОЛЕТНАЯ ДИАГНОСТИКА ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНЫХ ИОННЫХ ПУЧКОВ Ю.И. Исакова Научный руководитель: д. ф.-м. н., А.И. Пушкарев Томский политехнический университет, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, Е-mail: principessa-88@mail.ru TIME – OF – FLIGHT DIAGNOSTICS OF ION BEAMS PARAMETERS Yu.I. Isaakova Scientific Supervisor: PhD A.I. Pushkarev Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, Е-mail: principessa-88@mail.ru Annotation. One method of operative ion beam parameter control is represented here. The Ion beam is generated by a powerful pulse-generator. The TEMP-4 generator is set in a magnetic self-insulation mode, and displays the following parameters: accelerating voltage is 200-250 kV, ion current density is 20 ± 5 and 100 ± A/cm2 for different diodes. A time-of-flight diagnostic, based on a single high-speed sensor (Faraday cup with a magnetic cutoff) is used. This method allows for the determination of beam composition (ion type and degree of ionization), the absolute values of ion current density and the energy spectrum for each type of ion, with an accuracy of more than 20%.

Введение Воздействие импульсных ионных пучков гигаватной мощности с плотностью энергии 0,5–1 Дж/см обеспечивает нагрев и охлаждение приповерхностного слоя обрабатываемого изделия со скоростью более 107 К/с. Это позволяет получать в поверхностных слоях составы и наноразмерные структуры, недоступные ни одному из традиционных металлургических способов. В результате улучшаются свойства материалов: твердость, прочность, износостойкость;

повышаются эксплуатационные характеристики изделий из них. От электрохимических методов осаждения покрытий их отличает экологическая чистота метода.

Ионный состав мощных ионных пучков (МИП) определяет глубину модифицированного слоя обрабатываемого изделия и величину удельного энерговыделения. Поэтому в процессе оптимизации режима обработки изделия важно контролировать состав и количественное соотношение ионов в пучке.

Детальную информацию о составе пучка, энергетическом разбросе групп ионов можно получить с использованием спектрометра Томсона с трековой диагностикой на основе пластиков [1]. Состав определяют также времяпролетным методом с использованием двух измерителей ионного тока, установленных на разном расстоянии от диода [2]. Использование быстродействующего коллимированного цилиндра Фарадея (КЦФ) [3] и широкополосного осциллографа позволяет оперативно контролировать ионный пучок с использованием только одного датчика, установленного на достаточном расстоянии от источника ионов.

Цель работы – разработка методики оперативного контроля параметров ионного пучка гигаватной мощности.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» 1. Исследование состава пучка Исследования были проведены на ускорителе ТЕМП-4 [4]. Для анализа состава ионного пучка, формируемого диодом, использовали явление пространственного разделения разных ионов по пути движения от диода до регистрирующего устройства – КЦФ. При ускорении в анод-катодном зазоре диода ионы разной массы и степени ионизации приобретают разную скорость. Для каждого момента времени генерации ионного пучка по величине напряжения, приложенному к диоду (шаг 0,4 нс), рассчитывали плотность тока определенного типа ионов и величину задержки прихода этих ионов в КЦФ. Расчетные кривые сопоставляли с экспериментальными данными (рис. 1 а, б).

Задержка сигнала, вызванная движением ионов от диода до КЦФ, равна:

D, t = (1) vi где D - расстояние от КЦФ до заземленного электрода диода, vi – скорость ионов.

При прохождении анод-катодного промежутка диода ион приобретает кинетическую энергию, равную:

mi vi E= = z U (2) Из соотношений (1) и (2) получим выражение для расчета задержки прихода ионов в КЦФ:

mi t = D (3) 2z U В режиме ограничения объемным зарядом, в нерелятивистском приближении, с учетом расширения плазменной эмиссионной поверхности величина плотности ионного тока, протекающего в диоде, определяется соотношением Чайлда-Ленгмюра [5].

4 0 2 z U 3/ 2, J ион = (4) (d 0 vt ) 9 mi где d0 начальный зазор анодкатод, 0 – абсолютная диэлектрическая проницаемость, v скорость расширения плазмы, = 1,86 в ионном режиме диода, когда электронно-ионные потоки в а-к - зазоре достигают предельных величин.

(а) (б) Рис. 1. Осциллограммы напряжения (1) и плотности ионного тока (2) в плоском диоде. Кривая 3 – расчетная плотность тока протонов, кривая 4 – расчетная плотность тока ионов С+. Расстояние до КЦФ 12 (а) и 15 см (б).

С увеличением расстояния от диода до КЦФ задержка ионного тока относительно ускоряющего напряжения увеличивается. При этом экспериментальные значения плотности ионного тока и расчетные по соотношениям (3) и (4) также хорошо совпадают.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» 2. Определение энергетического спектра ионов Рис. 2. Осциллограмма плотности ионного тока Рис. 3 (1) Спектры плотности ионов С2+, (1) и кинетическая энергия ионов С2+ (2). (фокусирующий диод) и ионов С+ (2) и протонов (3), формируемых плоским диодом.

Энергетический спектр ионов является одним из важнейших параметров МИП, определяющих его распределение по глубине при поглощении в конденсированной среде. Разработанная методика позволяет оперативно контролировать спектр отдельно для каждого типа ионов. В этом случае для каждого значения ускоряющего напряжения, регистрируемого осциллографом (шаг 0.4 нс), по соотношению (3) рассчитываем временную задержку и строим кривую изменения кинетической энергии определенного типа ионов, синхронную с осциллограммой сигнала с КЦФ. На рис. 2 приведены расчетные значения для ионов углерода, генерируемых в фокусирующем диоде (данные рис. 1). Полученные данные позволяют определить распределение ионов по энергии. Энергетические спектры ионов, формируемые плоским и фокусирующим диодами, приведены на рис. 3.

Заключение Разработанная методика оперативной диагностики параметров импульсного ионного пучка позволяет определить основные характеристики МИП сложного состава: состав пучка и абсолютные значения суммарной плотности ионов и плотности ионов разной массы и кратности ионизации, энергетический спектр каждого типа ионов. При контроле параметров МИП не требуется сложное оборудование и длительная обработка результатов измерений. Методика успешно апробирована на импульсном ионном ускорителе ТЕМП-4, формирующем МИП сложного состава мощностью 6-8 ГВт/с плотностью до 2·1013 см–2.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Ремнев Г.Е., Исаков И.Ф., Опекунов М.С., Матвиенко В.М. // Источники мощных ионных пучков 1.

для практического применения. / Известия ВУЗов, ФИЗИКА, №4, 1998, стр.92 – 111.

Бойко В.И., Скворцов В.А., Фортов В.Е., Шаманин И.В. Взаимодействие импульсных пучков 2.

заряженных частиц с веществом. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.

Москалев В.А., Сергеев Г.И. Измерение параметров пучков заряженных частиц. М.:

3.

Энергоатомиздат, 1991.

4. Brown, K. L.;

G. W. Tautfest (September 1956). "Faraday-Cup Monitors for High-Energy Electron Beams" (PDF). Review of Scientific Instruments 27 (9): p. 696– 5. Langmuir I. // Phys. Rev. 1913. v. 2. p. 450.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» CALCULATION OF ELECTRIC FIELD DISTRIBUTION OF PROBING WAVE OF PLASMA PULSED REFLECTOMETRY А.А. Kalashnikov, А.V. Sharnin, A.E. Markhinin Scientific Supervisor: A.V. Sharnin Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str. 30, E-mail: Alex-in-black@rambler.ru РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ПРОБНОЙ ВОЛНЫ ИМПУЛЬСНОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ ПЛАЗМЫ А.А. Калашников, А.В. Шармин, А.Е. Мархинин Научный руководитель: А.В. Шармин Томский политехнический университет, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, E-mail: Alex-in-black@rambler.ru Импульсная СВЧ рефлектометрия является важнейшим инструментом для диагностики высокотемпературной плазмы установок управляемого термоядерного синтеза (УТС) типа токамак. В настоящее время создано достаточно большое количество установок УТС, однако до сих пор остаются актуальными вопросы исследования физики высокотемпературной плазмы. Одним из таких вопросов является задача нахождения распределения плотности электронов в плазме. Сложность решения этой задачи определяется физическими особенностями и высокой скоростью протекающих в плазме процессов, а также ограниченными возможностями средств измерения. Одним из путей решения данной проблемы является использование импульсной рефлектометрии. Основной трудностью в этом направлении является нахождение зависимости между распределением электронной плотности и времяпролетных характеристик зондирующего излучения. Данная задача является нетривиальной, ее решение сводится к разработке модели взаимодействия волны и плазмы, на основе которой производится анализ с целью выявления искомой зависимости. Автором спроектирована и реализована модель импульсной рефлектометрии для установок УТС типа токамак, представленная в данной статье.

One of the basic problems in the pulsed refectometry is determination of electric field intensity of probing wave inside plasma [1]. The suggested model provides calculation of its intensity with effects which is not included into the model [2].

Interaction probing wave and plasma is described by Maxville equations like as (1-4) [3,4]:

k 0 E = 0;

(1) km µo H = 0;

(2) H E = km µo ;

(3) t E H = k 0 ;

(4) t where k – complex wave number, 0 and µo – dielectric and magnetic constants;

E and H – electric and magnetic intensities.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Apply rot to (3) and time derivative to (4) give the (5):

kkm 2 E E = (, E ) E = 2 (5) c t Where c – light speed number into the vacuum.

For uniform propagation medium formula (5) is transformed to (6):

kkm 2 E E= (6) c 2 t In the even of Km = 1 formula (6) reduced to (7):

1 E 1 2 E k 2 E + = r 0. (7) r r r r 2 2 c 2 t Boundary condition for (7) is defined from technical characteristics of probing wave like as (8) E ( r a, [ 0 : = E0 (t ) E0y ( ) E0 (t ) e / = = 2 t t 0 ]) (8), 0 - the azimuth angle in polar coordinate system limiting the exposed where a – radius of plasma boundary, plasma surface, E0y ( ) = e / 2 - the microwave intensity distribution in the plasma boundary.

t The E (t ) function is defined as (9) t T / sin(2 f t ) (9) E (= Emax exp t t) T T – width of wave packet on the level of 0.5E max, f – the carrier microwave frequency Analytical solution of equation (7) is the system (10):

1 M i j t N l R (r) = 0 ( n cos n + nl sin n ) R n (a) e E(r,, t) = 2 j =1 n n (10), R = J r 1 J r + C N r + u r (r) n 2 n n c c n c cс n where input parameters is defined from (11,12):

E (, )cos n d =l n (11) E (, )cos n d nl = a a u Jn Cn = c c a (12) Nn c Function U(r/c) in (10) is defined by solution of modified Bessel equation for function Rn(r/c) [5]:

r r x 2 r x Nn x 2 p ( x )dx + = Jn u 2c c с cс 0 r x 2 r x Jn x 2 p ( x )dx + Nn (13), 2с c 0 c с where function p(r) in (13) is dependence of plasma fluctuations frequency from the electron density of plasma РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» layer ne(r) with frequency of probe radiation looks like (14):

e 2 ne (r ) p (r ) = (14).

me Typical electron density profiles ne(r) in the tokamak plasmas is finitely approximated with acceptable degree of accuracy by function (15) r ne ( r= ne (0) 1 ) (15), a where, are real numbers.

Calculations (11 – 15) provide to calculate the electric field intensity E(r,,t) from system (10).

Suggested model provide calculation in dynamic with not only partial even of ne(r) as in model [2] but for all time of evolution of electron density profiles. Its provided by variation of (t),(t).

E(r,,t) field is used in realized model of microwave power and time of flight calculation. It made it possible to realize advanced model of microwave pulse propagation in plasma and simulate time of flight measurements of PRR.

Correction of model application boundary will be found with current analyzing of presented calculation of E(r,,t) field in the future.

REFERENCES 1. Shevchenko V., Walsh M.J. First Results from the START Multifrequency Pulse Radar Reflectometer.

Rew. Sci. Instrum., v. 68(5), May 1997, p.2040- 2. A Kalashnikov, A Sharnin, Mathematical model of microwave pulse reflectometry of plasma in fusion device, Proceedings of the 15th international scientific conference modern technique and tchologies, Tomsk 2009, p 157-159, IEE Catalog Number: 04EX Стреттон Дж.А., Теория электромагнетизма – М.;

Л.: Изд-во технико-теоретической литературы, 3.

1948. – 539 с.

Хилд М., Микроволновая диагностика плазмы – М.: Атомиздат, 1968. – 392 с.

4.

Бейтмен А., Эрдейи Г., Высшие трансцендентные функции многочлены – М.: Наука, 1973. – Т.2:

5.

Функции Бесселя, функции параболического цилиндра, отроанальные функции. – 1974. – 295 с.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ ДИСПЕРГИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЕВОЙ ЗАГРУЗКИ Р.У.Камалов, Ф.Е.Сапрыкин Научные руководители: к.х.н. С.П. Журавков,, к.т.н. Я.И. Корнев Томский политехнический университет, НИИ ВН, Россия, г.Томск, пр.Ленина, 2А, E-mail:rabo_120@mail.ru ELECTROSPARK DISPERSION OF A ALUMINUM CHARGE R.U.Kamalov, F.E.Saprykin Scientific Supervisor: PhD, S.P. Zhuravkov, PhD J.I.Kornev Tomsk polytechnic university, HVRI, Russia, Lenina avenue 2A, E-mail: rabo_120@mail.ru Study on the process of electric spark dispersion of a aluminum charge in potassium bychromate aqueous solutions. It was shown that electrical conductivity of the working liquid influence on the amount and the chemical compositions of the formed products.

Электроискровое диспергирование металлических загрузок известно в качестве простого и доступного способа получения тонко-дисперсных металлических порошков [1]. Способ заключается в том, что между гранулами металла, засыпанными между двумя электродами в сосуд с водой, осуществляют искровые разряды приложением к электродам импульсов напряжения с амплитудой, обеспечивающей формирование электрических разрядов. В большинстве случаев в качестве металлической загрузки используют отходы металлообработки – дробленную стальную стружку, а в качестве рабочей жидкости – техническую воду.

В данной работе рассмотрено влияние проводимость растворов бихромата калия на условия электроимпульсной обработки алюминиевой загрузки, путем измерения количеств выделившегося газа и образовавшихся порошков и определения химического состава последних. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1. В сосуд из диэлектрического материала 1 (реактор) помещали алюминиевую загрузку (3) в виде гранул размером 3-5 мм. В качестве рабочей жидкости (4) использовали воду или водные растворы бихромата калия (K2Cr2O7). Реактор сверху герметично закрывался крышкой из диэлектрического материала (5), в которой на расстоянии 50 мм друг от друга закреплены алюминиевые электроды (2) и газоотводная трубка (7), соединенная при помощи силиконового шланга (6) с сосудом (8) для сбора выделяющегося газа, помещенного в емкость (9) с водой. От высоковольтного источника питания на электроды подаются импульсы напряжения с амплитудой 500 В и с частотой Гц. В течение определенного времени осуществлялось электроискровое диспергирование металла. В ходе данного эксперимента контролировали величину амплитуды тока и напряжения, рассчитывали выделившуюся при разряде энергию импульса, фиксировали объем выделившегося при этом газа и измерялся окислительно-восстановительный потенциал системы. Результаты приведены в таблицах 1 – 3.

В ходе обработки металлической загрузки в воде электрическими разрядами происходит диспергирование металла, при этом на поверхности Al порошка нарушается целостность оксидной пленки и частицы порошка начинают активно окислятся. Процесс окисления Al порошка сопровождается активным газовыделением. В РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» системе увеличивается содержание восстановленных форм алюминия, что приводит к изменению величины окислительно-восстановительного потенциала. Оставшийся в реакционной смеси непрореагировавший алюминий продолжает взаимодействие с водой, в системе снова накапливаются окисленные ионы и окислительно-восстановительный потенциал меняет свое значение. Твердые продукты электроискровой эрозии (ЭИЭ) алюминиевой загрузки, которые по данным рентгено-фазового анализа идентифицируются как гидроокислы, кристаллизуются в виде волокнистых образований. Диаметр волокнистых образований продуктов эрозии алюминия составляет (210) нм. Таким образом, выдержка продуктов эрозии алюминия в воде после обработки его электрическими импульсными разрядами в течение некоторого времени снижает содержание металлического алюминия в продукте практически до 0 % масс. Тогда на выходе получим гидроокись алюминия, свободную от примесей настолько, насколько чистым был исходный металл и рабочая жидкость. Экспериментально показано, что если в качестве сырья используются сплавы алюминия, то получаемые гидроокислы загрязняются металлами-присадками, например, медью. Практически постоянной примесью в металлическом алюминии является литий, который в условиях опытов переходит в растворимые соединения и накапливается в воде.

Таблица 1.

Водопроводная вода, электропроводимость 520мкСм Время, с V газа, мл 30 30 60 30 90 30 150 60 180 30 210 30 240 30 240 Рис.1.Схема экспериментальной установки pH конеч.=9,1;

Ehкон =57мВ;

нач = 520 мкСм;

конеч =141мкСм Таблица 3.

Таблица 2.

Водный раствор Водный раствор K2Cr2O7,электропроводимость K2Cr2O7,электропроводимость 1000мкСм 520мкСм Время, с Время, с V газа, мл V газа, мл 30 30 200 35 35 68 33 70 40 105 37 105 45 140 35 145 40 175 35 183 38 215 40 220 37 250 35 260 40 280 30 300 40 280 300 pHконеч.=10,1;

Ehкон=69мВ;

pH конеч.=9,9;

Ehкон =90 мВ;

нач = 520 мкСм;

конеч = 182 мкСм нач =520 мкСм;

конеч = 98 мкСм Если же в качестве рабочей жидкости использовали водный раствор бихромата калия, то ход процесса ЭИЭ алюминиевой загрузки меняется. При этом возрастает рН раствора, уменьшается объем выделившегося газа и электропроводность. Меняется внешний вид и химический состав продуктов РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» реакции. В этом случае продукты имеют сферическую форму, полидисперсный состав. В ИК-спектрах продуктов отсутствуют полосы поглощения характерные для гидроксидов алюминия (область 1000 500 см-1). Поверхность частиц порошка покрыта плотным слоем вещества, препятствующим дальнейшему взаимодействию алюминия с водой, и которое можно охарактеризовать как шпинели. При этом содержание металлического алюминия в получаемом продукте достигает 70 % масс. и более.

Сравнение данных по величине энергии импульса и объем выделившегося газа свидетельствуют в пользу существования взаимосвязи между электропроводностью рабочей жидкости и количества выделившего газа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ А.С. СССР №70000. Класс 49l,3. Способ получения порошков и устройство для его 1.

осуществления/Б.Р.Лазаренко, Н.И.Лазаренко. Заявлено 01.04.1943;

Опубликовано 1964, Бюл. №22.

МЕТОД ДВУХЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ АБСОРБЦИОМЕТРИИ Д.А. Карпов, Т.Н. Стрежнева Научные руководители: профессор Крючков. Ю.Ю., старш. преп. Антропов Н.А.

Томский политехнический университет, 634050, Россия, г.Томск, пр. Ленина, E-mail: hardrijam@gmail.com METHOD OF TWO-ENERGY X-RAY ABSORPTIOMETRY D.A. Karpov, T.N. Strezhneva Scientific Supervisor: Prof., Dr. Yu.Yu. Kryuchkov, N.A. Antropov Tomsk Polytechnic University, 30, Lenin str., Tomsk, Russia, E-mail: hardrijam@gmail.com An X-ray transmission method of measuring the substance density is being developed. Calibrating coefficient is given and illustrated. The base of X-ray transmission method of measuring of density is revealed. The line equation between mass deplete coefficients of different energy lines which passes through sample is proved theoretically and practically.

Прохождение излучения через вещество (трансмиссия) является достаточно изученным разделом физики, результаты которого широко используются в народном хозяйстве, например для определения плотности веществ, которая играет важную роль при проведении аналитических исследований, контроле параметров и т.д. В ее основе лежит ослаблении интенсивности радиоактивного излучения при прохождении через анализируемую пробу (1) [1]:

J = J 0 e µ х, (1) где J – интенсивность падающего на пробу излучения, J0 – интенсивность излучения, прошедшего через пробу, – плотность пробы, – массовый коэффициент ослабления излучения, x – толщина слоя вещества.

Однако при использовании трансмиссии для определения плотности многокомпонентных проб переменного состава, таких как человек, нефть, газ и других, возникает проблема определения двух неизвестных и.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» В последнее время в медицине для более точного измерения минеральной плотности кости (далее МПК) широко используется метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии. Суть которого, заключается в том, что исследуемый объект (кость человека) облучают двумя энергиями рентгеновского излучения 35 кэВ и 68 кэВ.

Вычисление МПК проводится из следующей системы уравнений [2]:

N1 = N01 * exp(- b1*tb* b - S1*ts* s - f1*tf* f), (2) N2 = N02 * exp(- b2*tb* b - S2*ts* s - f2*tf* f), где N1, N2 - количество импульсов, зарегистрированных датчиками после прохождения через исследуемый участок, N01, N02 - количество импульсов, зарегистрированных датчиками при прохождении через внутренний фантом, tb, ts, tf - толщина кости (b), тощих тканей (s) и жировых тканей (f) соответственно, b1, S1, f1 соответствующие коэффициенты поглощения рентгеновского излучения, при энергии излучения 35keV, b2, S2, f2 - соответствующие коэффициенты поглощения рентгеновского излучения, при энергии излучения 68keV, b, s, f - соответствующие плотности, tb* b - неизвестная плотность, которую требуется определить T = tb + ts + tf Для решения системы уравнений (2) принимается допущение, что коэффициенты поглощения, для энергий излучения 35 кэВ и 68 кэВ постоянны. Использование двух энергий позволяет достичь погрешности определения плотности до 0,5 %.

В Томском политехническом университете на кафедре Общей физики ЕНМФ разрабатывается рентгенотрансмисионный способ измерения плотности веществ, в котором задача определения плотности многокомпонентных сред с переменным составом решена в общем виде, что позволяет снизить погрешность определения плотности в сколь угодно малых приделах определяемых лишь погрешностью используемой аппаратуры. Для этого предложено и доказано уравнение связи [3]:

µ` = a + bµ``, (3) где µ`, µ`` – массовые коэффициенты ослабления ХРИ элементов периодической системы элементов Д.И.

Менделеева выбранных в качестве вторичной мишени для получения моноэнергетических линий;

a и b – коэффициенты линейного уравнения.

Тогда для определения плотности будет справедлива система уравнений:

N" = ( N0 " Nф " ) e µ " x, N ' = ( N0 ' Nф ' ) e µ ' x, µ` = a + bµ`` (4) где N0`, N` и N0``, N`` – число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ выбранных элементов соответственно, Nф``, Nф`, – число импульсов фона.

Тогда плотность определится как решение системы уравнений (4) и будет найдена из выражения:

N 0' N ф N 0'' N ф' ' ' (5) = К 1 ln К 2 ln N Nф N '' N ф' ' ' ' где К1 и К2 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов с известной плотностью.

Исследования метода проводятся на лабораторном анализаторе «РЕТРАН», который включает рентгеновскую трубку типа БХ-10 максимальное напряжение – 50 кВ;

блок питания рентгеновской трубки БХ-10-БПУ;

блок детектирования пропорциональный БДП-2, состоящий из счетчика рентгеновского пропорционального отпаянного СИ 12-Р и предусилителя импульсов;

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» спектрометрическое устройство СУ-05П;

широкополосный усилитель;

спектрометрический амплитудно цифровой преобразователь АЦП-8К-2М, выполненный в виде платы и находящийся в корпусе ПК.

На данный момент была определена погрешность аппаратуры, по каждой линии она составляет 0,6 %.

В определении плотности она войдет как сумма погрешностей каждой энергетической линии и составит 1,2 %. В качестве энергетических линий были выбраны k – линия серебра с энергией 22 кэВ и k-линия циркония с энергией 15,7 кэВ. Для анализа было приготовлено шесть водно-солевых проб с плотностью в диапазоне от 1000 до 1060. плотности растворов определялись с помощью ареометров АН с ценой деления 0,5 кг/м3 [4]. Для них проведены измерения количества импульсов в пике. По крайним точкам определялись калибровочные коэффициенты К1 и К2 для уравнения (5), которые составили 4893 и соответственно. Результаты измерений приведены в табл. 1.

Разница между плотностью проб измеренных экспериментально на анализаторе «РЕТРАН» лежит в пределах от 1 % до 1, 12 %. Чтобы снизить погрешность определения плотности надо использовать более стабильную аппаратуру на данной аппаратуре достичь желаемых результатов не удается.

Таблица 1.

Результаты измерения плотности водно-солевых растворов Плотность Ag Zr Плотность пробы пробы, N' (1) N' (ср) N'' (ср) ln(N0''/N'') N' (2) ln(N0'/N') N'' (1) N'' (2) измеренная, пустая 2991650 1000 139853 138831 139342 3,066649 226630 226666 226648 1, 1015 87590 87928 87759 3,528986 187987 188278 188132,5 1,626707 1030 51888 51704 51796 4,056267 152497 151610 152053,5 1,839621 1045 34349 34156 34252,5 4,469821 129237 128798 129017,5 2,003905 1060 23770 23735 23752,5 4,835893 110639 110957 110798 2, Относительная погрешность измерения плотности в два раза выше погрешности указанной в работе [2], однако в отношении значений коэффициентов поглощения не предполагалось никаких допущений.

Вариации массового коэффициента для приготовленных проб для линии циркония и серебра составлял более 40 %. Таким образом, было показано, что предложенный метод, как и предсказано теоретически не зависит от вариации массового коэффициента пробы.

Данный способ разрабатывается в рамках проектного обучения студентов ЭТО на кафедре Общей физики ЕНМФ ТПУ разрабатывается рентгенотрансмиссионный анализатор для определения плотности и концентрации серы в нефти и нефтепродуктах, при финансовой поддержке мэрии города Томска и программы УМНИК.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Немец О.Ф., Гофман Ю.В. Справочник по ядерной физике. – Киев: Наукова думка, 1975. – 320 с.

2. Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия [электронный ресурс]. – http://lundltd.ru/index.php?razd=106&catalog= 3. RU №2367933"Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах.

4. ГОСТ 28947-91 (ИСО 1768-75) Ареометры стеклянные. Стандартное значение коэффициента объемного термического расширения (для использования при подготовке поправочных таблиц для жидкостей). - М.: Издательство стандартов, 1991. – C. 5.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИИ ЗЕРНОГРАНИЧНОГО СОЛИДУСА НА ОБЪЕМНОЙ ФАЗОВОЙ ДИАГРАММЕ СИСТЕМЫ Al–Zn О.А. Когтенкова, Б.Б. Страумал, С.Г. Протасова Институт физики твердого тела РАН, Россия, г. Черноголовка, Мос. обл., ул. Институтская, д. 2, E-mail: koololga@issp.ac.ru THE LINE OF THE GRAIN BOUNDARY WETTING PHASE TRANSITION IN THE Al–Zn SYSTEM O.A. Kogtenkova, B.B. Straumal, S.G. Protasova Institute of Solid State Physics, Russia, Chernogolovka, Moscow district., Institutskaya 2, E-mail: koololga@issp.ac.ru The nature and behavior of grain boundary (GB) phases is very important since they can control strength, plasticity, resistivity, grain growth, corrosion resistance etc., especially in nanocrystalline materials. For nanocrystalline Al-based light alloys extremely high plasticity has been observed in restricted temperature and concentration intervals close to the solidus line. This phenomenon is not fully understood. It can be explained by formation of GB phases not included in the bulk phase diagram. Therefore, the structure of GB phases, as well as thermodynamic conditions for their existence has to be carefully studied. In this work the structure, composition and thermal evolution of binary Al–Zn alloys with different grain size were studied by high-resolution microscopy, analytical transmission electron microscopy and method of differential scanning colorimetry. Evidence has been obtained that a thin layer of a liquid-like phase exists in GBs and GB triple junctions slightly below the bulk solidus line.

Большинство металлов и сплавов, применяемых в технике, имеют поликристаллическую структуру.

Свойства поликристаллических материалов зависят от поведения и параметров внутренних границ раздела (границ зерен и межфазных границ). Поэтому изучение процессов, происходящих на границах зерен (раздела) [1–4] привлекает к себе внимание исследователей.

Сравнительно недавно были обнаружены так называемые фазовые переходы смачивания [1, 5] на границах зерен и начато их подробное исследование. В результате этих исследований на традиционных объемных фазовых диаграммах появляются новые линии (коноды), описывающие свойства поликристалла с границами раздела. Такие зернограничные линии на фазовых диаграммах необходимо принимать во внимание – особенно при исследовании свойств материалов с нанокристаллическим размером зерен, поскольку объемная доля границ зерен и тройных стыков существенно возрастает. И в этом случае традиционные фазовые диаграммы не годятся для объяснения формирующейся структуры и особенностей физических свойств поликристаллов.

Помимо зернограничных фазовых переходов смачивания, происходящих в двухфазной области S + L фазовых диаграмм [1, 5], существуют зернограничные фазовые переходы в однофазной области, где в объеме может существовать только твердая фаза S, а на границе зерен может скачком образоваться слой конечной толщины, состоящий из жидкой (или жидкоподобной фазы), которая неустойчива в объеме. В работах [6, 7] было показано, что в сплавах на основе алюминия под линией объемного солидуса наблюдается резкое увеличение пластичности материала (на 1000 %). Это явление было названо высокоскоростной сверхпластичностью. Мы впервые предположили, что явление высокоскоростной сверхпластичности можно объяснить существованием равновесного зернограничного жидкоподобного РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» слоя на границах зерен вблизи от линии объемного солидуса. Существование данного слоя между линиями объемного и зернограничного солидусов в сплавах Al–Zn подтверждается данными дифференциальной сканирующей калориметрии и высокоразрешающей электронной микроскопии.

Al-24 вес.%Zn, Тепловой поток, Вт/г 570.1°С КК 548.2°С L Al-24 вес.%Zn, 575.9°С 618.5°С МК 552.3°С 617.5°С 600.5°С Al-16 вес.%Zn, Температура,°C 589°С -5 Al-16 вес.%Zn, 610.1°С (Al)+L 590.6°С 633.4°С (Al) 592.2°С 626°С Al-10 вес.%Zn, МК 610.1°С 633.4°С 0 10 Вес. % Zn - Рис. 2. Часть фазовой диаграммы Al–Zn.

645°С 500 540 580 620 Teмпература, С Рис. 1. Температурная зависимость теплового потока (кривые ДСК) для сплавов Al с различной концентрацией Zn.

– температура ликвидуса, – объемный солидус для недеформированных сплавов, – объемный солидус для деформированных сплавов, – зернограничный солидус для недеформированных сплавов, – зернограничный солидус для деформированных сплавов.КК – крупнокристаллические образцы с размером зерен 20–50 мкм,МК – мелкокристаллические образцы с размером зерен 0,5–0,6 мкм.

Исследования проводились на образцах с различным размером зерен (рис. 1). Точки минимумов на кривых определяют температуру ликвидуса данного сплава. Температура солидуса определяется пересечением термической кривой с базовой линией. В нашем случае наблюдается явное наложение двух термических пиков.

Основной минимум отвечает плавлению в объеме. Дополнительный минимум отвечает плавлению по границам. Его начало соответствует линии зернограничного солидуса. Этот минимум выражен сильнее для мелкокристаллических образцов, т.к. по сравнению с крупнокристаллическим материалом в мелкокристаллических образцах объемная доля границ зерен и тройных стыков существенно возрастает.

Согласно полученным данным по калориметрии, была построена линия зернограничного солидуса для системы Al–Zn. Светлые точки линий солидуса и ликвидуса хорошо согласуются с литературными данными, а черные получены впервые для зернограничного солидуса (рис. 2). Для того чтобы понять, что происходит на границах зерен в области зернограничного солидуса, был проведен следующий эксперимент.

Образцы сплава Al–10 вес.% Zn отжигались в температурном интервале выше и ниже линии объемного солидуса. В образцах, отожженных выше объемного солидуса (620 °С) и закаленных при комнатной температуре, на границах зерен и в тройных стыках содержатся продолговатые выделения второй фазы. На основе данных электронной дифракции было показано, что это выделения практически чистого Zn.

В образцах, отожженных ниже линии объемного солидуса при Т = 605 С, в тройных стыках после закалки наблюдалась метастабильная m-фаза. По данным электронной дифракции было определено, что она имеет структуру гексагональной плотной упаковки со следующими параметрами решетки: a = 0,274 нм, c = 0,443 нм, c/a=1,62. Наблюдение m-фазы в структуре образцов, отожженных при Т = 605 С с последующей закалкой, подтверждают данные, полученные методом дифференциальной сканирующей калориметрии о существовании РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» жидкоподобной прослойки на границах зерен и в тройных стыках в области под линией объемного солидуса фазовой диаграммы. Ниже 600 С на границах зерен и в тройных стыках не наблюдалось никаких выделений.

Таким образом, согласно данным калориметрии и результатам структурных исследований границ зерен, линия зернограничного солидуса на фазовой диаграмме проходит на 10–15 С ниже лини объемного солидуса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Когтенкова О.А., Протасова С.Г., Страумал Б.Б., Лопес Г. Влияние зернограничных фазовых переходов смачивания в системах Al–Mg и Al–Zn на высокоскоростную сверхпластичность // Известия РАН. Серия физическая. – 2005. – Т. 69. – № 9. – С. 1324–1328.

2. Molodov D.A., Czubayko U., Gottstein G., Shvindlerman L.S., Straumal B.B., Gust W. Acceleration of grain boundary motion in Al by small additions of Ga // Phil. Mag. Lett. – 1995. – V. 72. – P. 361.

3. Chang L.S., Rabkin E., Straumal B.B., Baretzky B., Gust W. Thermodynamic aspects of the grain boundary segregation in Cu(Bi) alloys // Acta mater. – 1999. – V. 47. – P. 4041.

4. Rabkin E.I., Semenov V.N., Shvindlerman L.S., Straumal B.B. Penetration of tin and zinc along tilt grain boundaries 43 [100] in Fe–5at.% Si alloy // Acta metall. mater. – 1991. – V. 39. – P. 627.

5. Страумал Б.Б. Фазовые переходы на границах зерен. – М.: Наука, 2003. – 170, 181 с.

6. Higashi K., Nieh T.G., Mabuchi M., Wadsworth J. Effect of liquid phases on the tensile elongation of superplastic aluminium // Scripta Metall Mater. – 1995. – V. 32. – P. 1079.

7. Takayama Y., Tozawa T., Kato H. Superplasticity and thickness of liquid phase in the vicinity of soliduse temperature in a 7475 aluminum alloy // Acta Mater. – 1999. – V. 47. – P. 1263.

ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ НА ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЛЬЦИЙ-ФОСФАТНЫХ ПОКРЫТИЙ В.С. Козырева1, Е.Г. Кряжева Научный руководитель: к.ф.-м.н., с.н.с. Е. В. Легостаева Томский политехнический университет, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 634021, Россия г. Томск, пр. Академический 2/ E-mail: Veronika.5@sibmail.com THE INFLUENCE OF VOLTAGE OF MICRO-ARC OXIDATION ON PHYSIC AND MECHANICAL PROPERTIES OF CALCIUM-PHOSPHATE COATINGS V.S. Kozyreva1, Е.G. Kryazheva Scientific Supervisor: PhD E.V. Legostaeva Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, Institute of Strength Physics and Materials Science, SB RAS, 634021, 2/4 Akademicheskii pr.

E-mail: Veronika.5@sibmail.com The influence of voltage of micro-arc oxidation on the properties of calcium-phosphate coating such as thickness, porosity, pores sizes, and adhesive behavior has been studied. It was shown that when the voltage increases the line growth of coating parameters as thickness, mass takes place, at the same time porosity does not change. Adhesion strength depends from coatings thickness. The optimal range of voltage which allows to form of calcium-phosphate coating with the best characteristics was revealed.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Важнейшим вопросом медицинского материаловедения является разработка методов и способов модификации поверхности титана и его сплавов с целью улучшения биологических свойств. Среди методов обработки поверхности не только титана и его сплавов, но и других материалов, наибольшее распространение получило нанесение биоактивных кальций-фосфатных покрытий, приближающих создаваемые имплантаты к классу биомиметических материалов для костной ткани. Тем не менее, существует проблема в области медицинского материаловедения: с увеличением толщины кальций-фосфатного покрытия (в диапазоне до мкм) возрастает его биоактивность, способность к остеоиндукции и остеокондукции, но падает механическая прочность и адгезия к подложке [1]. В связи с этим, формирование кальций-фосфатных биопокрытий, оптимально сочетающих биоактивность и механическую прочность, является актуальной задачей медицинского материаловедения. На сегодняшний день существует ряд методов формирования кальций фосфатных покрытий на поверхности металлов, например шликерный (золь-гель), магнетронное распыление, плазменное напыление и др. Наиболее технологичным и достаточно популярным современным методом модификации поверхности металлов и сплавов является метод микродугового оксидирования. В ИФПМ СО РАН была разработана и изготовлена полупромышленная установка MicroArc–3.0 для микродугового оксидирования и нанесения кальций-фосфатных покрытий с широкой вариацией электрофизических параметров. Известно, технологические параметры микродугового оксидирования (напряжение, длительность импульсов, плотность тока, частота и т.д.) влияют на свойства покрытий (толщина, пористость, адгезионная прочность, морфологические особенности и т. д.) [2].

Цель работы – исследовать влияние напряжения при микродуговом оксидировании на свойства кальций-фосфатных покрытий, а именно, толщину, массу, пористость и адгезионная прочность.

Объекты и методы исследования. Покрытия наносились на материалы, используемые в медицинской практике, а именно, на технически чистый титан ВТ1-0. Для формирования покрытий применялась установка MicroArc–3.0. Микродуговое Са-Р покрытие наносилось на поверхность образцов в электролите на основе водного раствора ортофосфорной кислоты, гидроксиапатита и карбоната кальция [3]. Параметры нанесения Са-Р покрытий: длительность импульса – 100 мкс, частота следования импульсов – 50 Гц, время нанесения – 10 мин, напряжение варьировались в следующих пределах– 100-450 В. Морфологию поверхности Са-Р покрытий исследовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) на электронном микроскопе SEM 515 (Phillips). В качестве количественного параметра были выбраны размеры структурных элементов:

сферолитов и пор, формирующихся при нанесении микродуговых покрытий. Для измерения размеров структурных элементов применяли метод «секущей» [4].

Общая пористость и размеры пор в покрытиях оценивались микроскопическим методом по РЭМ изображениям, полученным на электронном микроскопе SEM 515 (Phillips). Общая пористость оценивалась как отношение суммарной длины отрезков, попадающих на поры, к общей длине секущих линий:

l 100%, П= L где L1 - общая длина секущей;

l – длина секущей, попадающей на поры.

Испытания на адгезионную прочность методом отрыва [4] проводили на испытательной машине Instron. К противоположным поверхностям плоского образца с покрытиями с помощью высокопрочного клея приклеивали цилиндры, основания которых располагались строго параллельно. При отрыве цилиндров от поверхности измерялось усилие отрыва F, необходимое для отделения покрытия от основы по всей площади контакта S, P = F/S является мерой адгезионной прочности.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Результаты и их обсуждение. На рис. 1 представлены типичные а РЭМ-изображения микродуговых кальций–фосфатных покрытий, полученных при различных напряжениях оксидирования. Видно, что структура покрытия представляет собой сфероидальные образования (сферолиты), которые имеют поры. В табл. 1 приведены основные результаты по влиянию напряжения микродуговых разрядов на свойства покрытий.

Из таблицы видно, что при увеличении напряжения б оксидирования от 150 до 450 В пористость покрытий практически не изменяется и варьирует в диапазоне 16-20 %, однако наблюдается линейный рост толщины от 20 до 125 мкм и массы покрытия от 4,5 до 40,5 мг. Адгезионная прочность покрытий непосредственно связана с их толщиной и максимальна (33 МПа) при толщине покрытия порядка 40-50 мкм. Увеличение напряжения оксидирования сопровождается увеличением плотности тока и переходом Рис. 1. РЭМ- изображения кальций – фосфатных покрытий: а) U = 150B;

микродугового разряда в дуговой, что приводит к значительному б) U = 450В росту покрытий (более 100 мкм) и отрицательно сказывается на их адгезионной прочности (табл. 1). При оптимальных толщинах покрытия до 100 мкм наилучшие результаты по адгезионной прочности были получены в диапазоне напряжений от 150–300 мкм.

Таблица Таблица влияния напряжения на свойства Са-Р покрытий Напряжение Толщина, Масса Размер Пористость Адгезия Р, Примечание U, В мкм покрытия, мг пор, мкм П, % МПа Отсутствие Покрытие не формируется разряда 150 20 4,4 2,34 17 21, Микродуговой 200 40 8,4 2,76 20 33, разряд 300 75 28,5 2,67 18 20, Дуговой разряд 450 125 40,5 2,48 16 11, Таким образом, исследование влияния напряжения оксидирования на свойства покрытий позволило установить оптимальный диапазон напряжений - 150-300 В. Дальнейшей задачей работы является комплексное исследование влияния электрофизических параметров миродугового оксидирования на свойства покрытий с целью выявления корреляционных зависимостей физико-механических характеристик покрытий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Карлов А. В., Шахов В. П. Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики. - Томск: STT, 2001. – 478 с.

2. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование) / И.В. Суминов и др. – М.:

ЭКОМЕТ, 2005. – 368 с.

3. Патент РФ № 2291918, опубл. 20.01.2007 Бюл. №2. Шашкина Г.А., Шаркеев Ю.П., Колобов Ю.Р., Карлов А.В.

4. Тушинский Л. И. и др. Методы исследований материалов: Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий. – М.: Мир, 2004. – 384 с.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА ПЛАЗМЫ РАЗРЯДА ПРИ РАСПЫЛЕНИИ МИШЕНИ ИЗ КРЕМНИЙЗАМЕЩЕННОГО ГИДРОКСИАПАТИТА М. Е. Конищев, К.Е. Евдокимов, Р.А. Сурменев Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор, В.Ф. Пичугин Томский политехнический университет, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, E-mail: skiminoc@sibmail.com INVESTIGATION OF A SPECTRAL PLASMA COMPOSITION BY SPUTTERING OF SILICON SUBSTITUTED HYDROXYAPATITE TARGET М.Е. Konishchev,, K.E. Evdokimov, R.A.Surmenev Scientific adviser: Professor V.F. Pichugin Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, E-mail: skiminoc@sibmail.com The spectral composition of plasma obtained by sputtering of silicon substituted hydroxyapatite is investigated by optical emission spectroscopy. The emission lines of calcium in argon atmosphere is identified at 518 and 559 nm, in oxygen atmosphere at 526 and 616 nm. Phosphorus lines in argon atmosphere at 602 nm, in oxygen atmosphere at 507 nm. The radiation spectrum of silicon was not possible to define. As a result, the lines of emission of plasma were identified, change of parameters did not lead to significant difference.

Модифицирование поверхности медицинских имплантатов путем формирования биосовместимых покрытий различной толщины является самым распространенным способом, используемым в промышленно развитых странах. Наиболее широко используемым материалом для формирования покрытий является гидроскиапатит (ГА), основная неорганическая составляющая костной ткани. Биоактивность материалов определяется их химическим составом, а так же свойствами поверхности. Анионы оксида кремния (SiO44-) предложены в качестве возможного модификатора однофазного гидроксиапатита с целью замещения фосфата на силикат-ион. Считается, что силикаты являются естественной компонентой межтканевой жидкости [1] и наличие их в покрытии увеличивает биоактивность.

Метод высокочастотного магнетронного (ВЧ) распыления является перспективным, так как позволяет получать покрытия с необходимыми свойствами: высокая адгезия покрытий, сохранение стехиометрии распыляемых элементов [2].

Поскольку состав плазма ВЧ - разряда определяет состав покрытия, ее исследование с помощью метода оптической эмиссионной спектроскопии(ОЭС) может оказаться ключевым в исследованиях и моделировании роста и состава получаемых покрытий. Поэтому целью данной работы является исследование спектрального состава плазмы разряда при распылении мишени из кремнийзамещенного гидроксиапатита(Si-ГА) (Ca10(PO4)6-x(SiO4)x(OH)2-x).

Спектральный состав плазмы получен при следующих условиях распыления: ВЧ - мощность составляла 130, 200 или 290 Вт, рабочий газ – аргон (Ar2) и кислород (O2), давление в рабочей камере 1 Па. Регистрация спектров плазмы проводилась в режиме реального времени в диапазоне 300 – 1000 нм с разрешением 1,5 нм и временем записи спектра 300 мс. Обработка и идентификация спектров производилась с помощью РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» программного пакета Mathematica 7,0. Идентификация линий осуществлялась с помощью баз данных [3,4].

В качестве мишени выбран катод, приготовленный из Si-ГА с массовой долей кремния 4,9%, где (x=1,72).

Спектры плазмы получены с использованием прибора AvaSpec 3648. Типичные спектры плазмы, полученные методом ОЭС в атмосфере аргона или кислорода, представлены на рисунке 1.

Ar a) б) Ar O Интенсивность O Интенсивность Ar Ca Ar Ca Ar P O O O O Ca P O O O 290 Вт O 290 Вт 130 Вт 130 Вт 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 200 300 400 500 600 700 800 900 Длина волны, нм Длина волны, нм Рис 1. Спектр плазмы катода Si-ГА: а) атмосфера аргона, б) атмосфера кислорода Из рисунка 1,а видно, что спектральные линии аргона присутствуют во всем спектральном диапазоне.

Линии кальция и фосфора находятся в области 400 – 600 нм. Хорошо разрешены линии излучения кальция при 518 и 559 нм. У фосфора наблюдается линия излучения при 602 нм. Увеличение ВЧ - мощности не приводит к появлению новых линий, а только лишь к увеличению интенсивности уже существующих.

Согласно [3, 4] линии кремния SiI и SiII находятся в области 200 – 300 нм и 1100 – 1200 нм, однако данные линии не наблюдаются на спектрах рис. 1. Это связано, прежде всего, с низкой концентрацией Si в плазме, и низкой чувствительностью прибора в области 200 – 300 нм. Возможно, кремний находится в связанном состоянии с другими элементами. Из рисунка 1, б видно, что в атмосфере кислорода наблюдаются линии кальция при 526, 616 нм и линия фосфора при 507 нм, которые отсутствуют в атмосфере аргона. Разные линии излучения свидетельствуют о том, что атмосфера рабочего газа оказывает влияние на спектральный состав плазмы. Однако вне зависимости от природы плазмообразующего газа, в спектрах излучения присутствуют линии, обусловленные излучением элементов распыляемой гидросиапатитовой мишени, которые являются «строительным материалом»

покрытия. В таблице 1 представлены линии излучения, обнаруженные в плазме разряда.

Таблица Состав плазмы при распылении Si-ГА мишени Элемент Длина волны, нм Переходы Термы D – 1F° 487,813 3p63d4s – 3p64s4f D – 3P 518,885 3p64s4p – 3p64s5d D – 3P 526,224 3p63d4s – 3p63d4p Кальций(Са) P° – 1D 526,424 3p63d4s – 3p63d4s D – 3P 559,849 3p63d4s – 3p63d4p P – 3S 616,271 3p64s4p – 3p64s5s P – 4S 507,9381 3s23p2(3P)4s – 3s23p2(3P)5p Фосфор(P) P – 3D 602,418 3s23p4s – 3s23p4p P – 3S 395,705 3p64s4p – 3p64s6p F – 2[2] 405,408 2s22p(3P)3d – 2s22p(3P)4fF Кислород (O) S – 4D 485,767 2s22p(3P)3p – 2s22p(3P)3d F – 2D 657,11 2s22p(3P)3d – 2s22p(3P)4p РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Заключение. В результате исследования состава плазмы, полученной при распылении Si-ГА мишени в атмосфере аргона и кислорода определены линии кальция, фосфора, кислорода. Увеличение ВЧ мощности разряда не приводит к появлению новых линий излучения, а только увеличивает интенсивность уже существующих линий. В составе плазмы не обнаружены линии, соответствующие кремнию или его соединениям. Атмосфера оказывает влияние на спектральный состав плазмы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Hench L.L.// J. Am. Ceram. Soc., 1998, 81 №7, P. 1705.

2. В. М. Иевлев// Конденсированные среды и межфазные границы, Том 9, № 3, С. 209— 3. NIST Atomic Spectra Database http://physics.nist.gov/ 4. Lide D.R. Handbook of Chemistry and Physics. – London.: Teylor & Francis, ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С УЗКОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЛИНИЕЙ НА КРАЮ КОНТУРА УСИЛЕНИЯ В KrF ЛАЗЕРЕ Я.Ю. Королева, М.Г. Дырдин Научный руководитель: к.ф-м.н Панченко Ю.Н.

ИСЭ СО РАН, Россия, г. Томск, пр. Академический, 2/3, E-mail: jana_1989@inbox.ru THE FORMATION OF QUALITATIVE RADIATION WITH A NARROW SPECTRAL LINE AT THE EDGE OF THE GAIN CONTOUR IN THE KrF LASER Y.Yu. Koroleva, M.G. Dyrdin Scientific supervisor: PhD Yu..N. Panchenko IHCE SB RAN, Russia, 2/3 Akademichesky Avenue, Tomsk, E-mail: jana_1989@inbox.ru The object of study is the feature of formation of qualitative radiation with a narrow spectral line in the KrF laser. In this work the experimental data are shown. Radiation formed with the wavelength 247,8 is presented.

The width of spectral line is equal 4,4 pm. In future we intend to use the radiation obtained for the detection of molecules NO in the atmosphere by photodissociation with the following fluorescence of excited NO molecules.

К настоящему моменту времени эксимерные лазеры являются наиболее мощными источниками УФ когерентного излучения, это позволяет использовать их в целом ряде приложений, таких как фотолитография, разделение изотопов, нелинейная оптика, медицина и т. д. Тем не менее, в большинстве приложений требуется не только большая энергия излучения, но и его высокое качество. А именно наличие высокой степени пространственной и временной когерентности, а так же однородного распределения интенсивности по сечению лазерного пучка.

В тоже время ряд особенностей этих лазеров, таких как слабосвязанный или разлетный нижний терм эксимерных молекул, высокий коэффициент усиления активной среды (g0 0,1 см-1), малая длительность РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» импульса генерации (tи 10 нс), развивающиеся неустойчивости в объемном разряде, существенно усложняют формирование высококогерентного излучения в режиме свободной генерации.

4 7 2 Рис.2. Фотография интерференционной картины Рис.1. Обобщенная схема резонатора эксимерного лазера для полученной после эталона ИТ-28- получения узкой линии генерации: 1 – ЗГ;

2 – усилитель;

3,4 – с базой 7мм.

диафрагмы;

5 – призменный телескоп;

6 – дифракционная решетка;

7,9,12 – зеркало;

8 – призма;

10, 11 – линзы Одним из возможных способов получения качественного излучения является использование лазерных систем, состоящих из задающего генератора (ЗГ) и усилителя (У). В ЗГ формируется маломощное качественное излучение, а затем происходит увеличение энергии в У. Использование таких лазерных систем существенно расширяет диапазон применения эксимерных лазеров. Одним, из которых являются создание лазерных лидарных систем, с помощью которых возможно определение концентраций различных веществ в атмосфере.

В данной работе приводятся результаты исследования по формированию излучения с заданными параметрами в KrF лазерной системе для использования ее в лазерном лидарном комплексе. К настоящему времени в литературе имеется много работ, посвященных сужению спектра генерации эксимерных лазеров в области максимального усиления активной среды 248,3 ±0,3 нм [1 – 4]. В наших экспериментах требовалось сформировать излучение с длиной волны 247,8 нм., стоящее на краю контура усиления активной среды. На рис.1. представлена оптическая схема дисперсионного резонатора В качестве активной среды используется разряд в газовой среде состоящей из трех компонент: F2, Kr, Ne в соотношении 1:20:700, при общем давлении 3,5 атм. В качестве дисперсионных элементов используется дифракционная решетка 2400 штр/мм, установленная во втором порядке автоколлимационного режима. Для повышения дисперсии резонатора в него установлен телескоп с увеличением М = 10.

Телескоп состоит из четырех призм, установленных под углом Брюстера. Теоретический расчет ширины спектральной линии данного дисперсионного резонатора составил 4,4 пм. В ходе работы ширина спектральной линии генерации контролировалась с помощью воздушного интерферометра ИТ 28-30 с базой 7мм. Фотография интерференционной картины и распределение интенсивности интерференционных колец показаны на рис. 2 и на рис. 3., соответственно. Измеренная ширина спектральной линии на длине волны 247,8 нм, составила 4,4 пм.

Основные результаты и выводы работы можно сформулировать следующим образом: проводимые теоретические и экспериментальные исследования позволили на созданной лазерной установке сформировать излучение со следующими выходными параметрами: энергия в импульсе – 200 мДж;

длительность импульса РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» – 15 нс;

расходимость излучения - 1 мрад;

частота повторения импульсов – 1 – 100 Гц.

a.m.

1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2, l, pm Рис.3. Распределение интенсивности Рис.4. Фотография лазерного макета интерференционных полос СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Terrence J. McKee Spectral-narrowing techniques for excimer laser oscillators // Can. J. Phys. – 1985. – V.

63, P. 214 – 219.

2. Armandilo E. Lopatriello P.V.M. Single-mode, tunable operation of a XeF excimer laser employing an original interferometer // Opt. Lett.-1984.- Vol.9, No.8., Р. 327 – 329.

3. Валиев К.А., Великов Л.В., Волков Г.С., Зарослов Д.Ю. Исследование характеристик эксимерного лазера с узкой линией генерации // Квантовая электроника – 1990.-Т.17., № 1- С.43 – 45.

4. Кудинов И.А., Платоненко В.Т., Слободчиков Е.В. Узкополосный перестраиваемый эксимерный лазер на XeCl // Квантовая электроника – 1990. – Т.17., № 5 С.543 – 547.

О РЕЛАКСАЦИИ МИКРОТВЕРДОСТИ МЕДИ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Н.В. Котова, С.В. Коновалов Научный руководитель: профессор, д.ф.-м.н. В.Е. Громов Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г.Новокузнецк, ул.Кирова, 42, E-mail: nataly.kot@mail.ru ABOUT COPPER MICROHARDNESS RELAXATION AFTER ELECTRICAL INFLUENCE N.V. Kotova, S.V. Konovalov Scientific Supervizor: Prof., Dr. V.E. Gromov Sibirian State Industrial University, Russia, Novokuznetsk, Kirova str., 42, E-mail: nataly.kot@mail.ru Process of microhardness copper relaxation is studied by experiments. Investigation results of electrical potential recharging time influence upon the copper microhardness have been presented in this article. The relax time dependence on electric potential value fed on the sample is analyzed.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Известно, что пластическая деформация начинается на поверхности металла. С этой точки зрения микроиндентирование может рассматриваться как эффективный инструмент для решения разнообразных проблем пластической деформации и разрушения, прогноза надежности и ресурса изделий машиностроения, работающих в условиях износа, трения, усталости, динамических и ударных нагрузок.

Ряд важных применений метод микроиндентирования получил для косвенной оценки механических Микртвердость, МПа характеристик веществ (пластичности, пределов упругости и прочности), которые определенным образом коррелируют с микротвердостью.

Изучение возможных механизмов 0 5 10 15 20 25 30 35 управления пластической деформацией Время, мин Рис. 1. Зависимость микротвердости от времени поликристаллов с помощью различных после отключения 0,2 В внешних воздействий является одной из главных задач физического материаловедения. Поскольку Микротвердость, МПа механические свойства материалов чувствительны к состоянию тонких приповерхностных слоев, можно ожидать, что изменение плотности поверхностной 0 5 10 15 20 25 30 35 Время, мин энергии, вызванное электрическим потенциалом, может существенно Рис. 2. Зависимость микротвердости от времени после отключения 0,6 В сказаться на такой характеристике металла, как микротвердость. Имеющиеся в литературе данные [1, 2] о возможности Микротвердость, МПа влияния на механические свойства металлов и сплавов с помощью электрических воздействий приводят к заключению о том, что электромагнитные поля различной модификации могут 0 5 10 15 20 25 30 35 оказывать существенное действие на Время, мин Рис. 3. Зависимость микротвердости от времени показатели прочности и пластичности после отключения 1 В материалов.

Целью данной работы было выявление закономерностей релаксации микротвердости после электрического заряжения поликристаллической меди. Для испытаний использовались образцы в виде параллелепипеда с размерами 50 1515 мм, предварительно подвергнутые рекристаллизационному отжигу.

Микротвердость определялась стандартным способом с помощью микротвердомера ПМТ-3 при нагрузке на индентор 30 г (0,3 Н). Испытания производились при K.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» В ходе эксперимента к меди подводился электрический потенциал от внешнего стабилизированного источника питания. Потенциал постепенно увеличивался до выбранного значения в оптимальном режиме, установленном в проведенных ранее исследованиях [3]. После заряжения образец отключался от источника и производились измерения микротвердости с интервалом в 1 минуту. Это позволило оценить кинетику релаксации эффекта и показать, что процесс возвращения к исходному значению микротвердости является медленным. Полученные результаты представлены на рис. 1–3, как зависимости микротвердости от времени после отключения приложенного электрического потенциала разной величины.

Исходная микротвердость образца (до электрического заряжения) 550 МПа. Из приведенных графиков следует, что при отключении от образца электрического потенциала величина микротвердости сравнительно медленно релаксирует до исходных значений. Кинетика процесса с достаточной степенью точности может быть описана экспоненциальной зависимостью вида ~ exp( t ) (1) В формуле (1) присутствует постоянная времени. В настоящем исследовании постоянная времени определяется как t1 t = ln H 2 H (угловые скобки означают усреднение) и зависит от подключенного потенциала (nабл. 1).

Таблица 1.

Постоянная времени процесса релаксации в зависимости от воздействующего электрического потенциала Потенциал, В 0,2 0,6 1, Время релаксации, с 133 134 Обращает на себя внимание, что постоянная времени процессов, контролирующих спад микротвердости после электрического воздействия, имеет довольно большое значение ~(1,3…1,65)·102 и ~ n, где 0 n 0,15.

лишь слабо растет с ростом приложенного потенциала как СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Лихтман В.И. Влияние поверхностно-активной среды на процессы деформации металлов / В.И.

Лихтман, П.А. Ребиндер, Г.В. Карпенко // М.: Изд-во АН СССР, 1954. – 207 с.

2. Коновалов, С.В. О влиянии контактной разности потенциалов и электрического потенциала на микротвердость металлов / С.В. Коновалов [и др.] // Физика твердого тела. - 2009. - Т. 51, № 6. - С.

1077 – 3. Котова, Н.В. Роль длительности подключения электрического потенциала к меди в изменении ее микротвердости / Н.В. Котова [и др.] // Вестник РАЕН. Отд. металлургии: Сборник научных трудов. Новокузнецк: СибГИУ, 2010. - Вып. 25. – С.103 – 105.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ГИГАГЕРЦОВОМ ДИАПАЗОНЕ О.А. Кочеткова, А.Е. Леухина, А.Н. Бабинович Научный руководитель: доцент, к. ф.- м. н. О.А. Доценко Томский государственный университет, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 36, E-mail: apr@mail.tsu.ru ELECTROPHYSICS CHARACTERISTICS OF COMPOSITE MATERIALS IN GIGAHERZ RANGE O.A. Kochetkova, A.E. Leukhina, A.N. Babinovich Scientific Supervisor: Associate professor, candidate of science. O.A. Dotsenko Tomsk State University, Russia, Tomsk, Lenin str., 36, E-mail: apr@mail.tsu.ru In this article the results of electrophysics characteristics measurements of composite dispersion + hexaferrite Co2Z are present. Method of sample preparing is given. Obtained results can be used for calculation of microwave absorber.

В последнее десятилетие в современную технику всё больше внедряются новые магнитные материалы, поскольку они обладают достаточно хорошими магнитными параметрами или оптимальным сочетанием магнитных и других физических характеристик [1 – 3]. В отличие от них классические магнитные материалы не могут удовлетворить потребности быстро развивающейся техники.

Критерием эффективного применения магнитных материалов в технике является уровень их магнитных свойств. Сочетание магнитных свойств с высоким удельным электрическим сопротивлением является основанием для того, чтобы выбрать ферриты в качестве исходных материалов при получении магнитных наполнителей для эластичных магнитных материалов с электроизоляционными свойствами.

Для того, чтобы создать эффективно работающие устройства (например, поглотители, фильтры, трансформаторы и др.), необходимо знать динамические характеристики исходных материалов. Зная электромагнитные свойства материалов, можно на их основе создать либо новые радиоэлектронные устройства, усиливающие электромагнитное излучение или правильно согласующие работу составных частей радиоаппаратуры, либо радиопоглотители электромагнитного излучения.

Известно, что идеальным радиопоглощающим материалом является материал, у которого значения диэлектрической = ’ – i” и магнитной = ’ – i” проницаемостей равны. На практике создание материала с || = || является сложной задачей, так как диэлектрические и магнитные свойства обусловлены различными физическими механизмами. Равенство диэлектрической и магнитной проницаемостей в узком диапазоне частот может быть достигнуто в многокомпонентных композиционных материалах.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» В последнее время во многих странах мира ведется активная разработка новых композитов с различными свойствами, которыми не обладают однородные материалы. Уделяется большое внимание созданию радиопоглощающих материалов, которые в свою очередь являются композитами, а также способам получения радиопоглощающего покрытия. Для изготовления радиопоглотителей используют различные полимеры: эпоксидную смолу, резину, латекс, силикон, алкиловый эфир и другие связующие.

В качестве поглощающего наполнителя используют различные однородные материалы:

порошкообразный феррит, карбонильное железо, ароматические мономеры, графит, сегнетоэлектрики, кермет, сажу [4–6].

Целями данной работы являлись: отработка методики изготовления образцов разной массовой концентрации на основе вододисперсионной краски и магнитного наполнителя – порошка гексаферрита Co2Z, – а также измерение их динамических характеристик – спектров магнитной и диэлектрической проницаемости.

Экспериментальные образцы изготовлялись следующим образом. Предварительно высушенный порошок гексаферрита с линейными размерами частиц не более 100 мкм и вододисперсионная краска в требуемых массовых пропорциях взвешивались на весах Shimadzu AUX – 320 (погрешность ±0,5 мг ). После этого составные части композита тщательно перемешивались до однородного состояния. Полученная смесь наносилась на горизонтальную поверхность тонким слоем толщиной до 15 мкм. После высушивания слоя в течение 2 часов наносился еще один слой. Процесс повторялся до достижения требуемой толщины ( мкм ). Учитывалось уменьшение массы готового образца при высыхании краски. Из полученных пластин вырезались полоски шириной 2 мм и длиной 70 мм для дальнейших исследований.

Для измерения магнитной и диэлектрической проницаемостей композита в работе используется резонансный метод. В качестве измерительной ячейки выступает прямоугольный многомодовый резонатор. В нем, в отличие от обычного колебательного контура, имеется бесконечное множество резонансных длин волн, определяемых соотношением 0,рез=2L/p.

Экспериментальная установка состоит из векторного анализатора цепей Agilent Teсhnologies E8363B и набора трех прямоугольных резонаторов, охватывающих частотный диапазон от 3 ГГц до 13,5 ГГц.

Для измерения электромагнитных характеристик сначала снимается АЧХ пустого резонатора, а затем АЧХ резонатора с помещенным в него образцом. При этом измеряются резонансная частота ( и и полуширина 0) резонансной кривой ( -, 0- 0). Для расчета мнимой и вещественной частей характеристик вещества измеренные величины подставляются в формулы [7], после чего строятся зависимости µ’(f), µ”(f) и ’(f), ”(f).

На рисунках 1 и 2 приведены зависимости µ*(f) и *(f) образцов состава порошок гексаферрита Co2Z – вододисперсионная краска (30:70 по массе, соответственно), для диапазона частот 7 – 13,5 ГГц. Также измерены аналогичные зависимости в диапазонах 3 – 5,5 ГГц и 6 – 8,9 ГГц для других концентраций и размеров включений. Каждой линии на графике соответствует определенное количество слоев: от 2 до 6.

В исследуемом диапазоне частот диэлектрическая проницаемость областей дисперсии не имеет, а магнитная проницаемость имеет область дисперсии. С увеличением числа слоев растет величина действительной части диэлектрической проницаемости. Частотной зависимости диэлектрической проницаемости не наблюдается.

В результате работы были изготовлены экспериментальные образцы поглотителя и измерены спектры магнитной и диэлектрической проницаемостей, представленные на рисунках 1, 2.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Рис. 1 – Магнитная проницаемость композита Рис. 2 – Диэлектрическая проницаемость гексаферрит – вододисперсионная краска при композита гексаферрит – вододисперсионная соотношении 30:70 по массе, соответственно, для краска при соотношении 30:70 по массе, разных толщин образцов. соответственно, для разных толщин образцов.

По полученным спектрам в дальнейшем планируется рассчитать характеристики (коэффициенты поглощения и отражения) поглотителя [8], который можно использовать в качестве элемента защиты от электромагнитного излучения как гражданских, так и военных объектов.

Работа выполнялась в рамках проекта №2.1.1/7142 «Процессы формирования магнитных характеристик наноразмерных порошков и наноструктур поликристаллических оксидных ферримагнетиков» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Смит Я., Вейн Х. Ферриты: Пер. с англ. М.: Мир, 1962. С. 350 – 352.

2. Никитин С.А. Магнитные структуры в кристаллических и аморфных телах // Соросовский журнал. – Физика. – 1996. – С. 87 – 95.

3. K. S.K. Yeo, M. J. Lancaster New model for the effective permeability of ferrite microstrip // Mater. Let.

– 1999. – № 10 – P. 105 – 110.

4. Радиопоглощающий материал и способ его приготовления: пат. RU2107705. №96121504/04;

заявл.

04.11.1996;

опубл. 27.03.1998.

5. Радиопоглощающий материал и способ его изготовления: пат. RU2200749. №2000129275/04;

заявл. 22.11.2000;

опубл. 20.03. 6. Способ получения радиопоглощающего покрытия: пат. №2001122146/04;

RU2200177.

заявл.07.08.2001;

опубл.10.03.2003.

7. Сусляев В.И. Прямоугольный многомодовый сверхвысокочастотный резонатор / Методическое пособие. – Томск, Изд-во ТГУ. – 1994. – 22 с.

8. Розанов К.Н., Старостенко С.Н. Влияние дисперсии магнитной проницаемости на широкополосность магнитных радиопоглотителей // Радиотехника и электроника, 2003. – Т. 48. – № 6.– С. 715–723.

РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г. ФИЗИКА VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА В ТИТАНЕ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ НАСЫЩЕНИИ В.Н. Кудияров, Н.С. Евтеева.

Научный руководитель: к.ф.-м.н., доцент, А.М. Лидер Томский политехнический университет, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, E-mail: victor31479@mail.ru INVESTIGATION OF HYDROGEN DISTRIBUTION IN TITANIUM DURING ELECTROLYSIS HYDROGENATION V. Kudiyarov, N. Evteeva.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 34 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.