Error processing SSI file

Диффузия газов в твердых телах

Исследования диффузии газов в твердых телах на кафедре начались с 1968 года по инициативе П.В. Волобуева. Изначально они проводились на научно-технической базе, сложившейся по газодинамическому направлению при поддержке П.Е. Суетина. Развитие этого направления - результат усилий соискателей и аспирантов Петра Владимировича, а позже и их учеников. Обстоятельства сложились так, что общепринятые достаточно строгие решения сформулированных научных проблем отсутствовали; в нашей стране системами, которые начали изучаться, практически не занимались, опыта таких работ на кафедре не было, экспериментальные методы исследований применительно к ним пришлось разрабатывать самостоятельно. Эти обстоятельства определили поисковый характер исследований и, как следствие, достаточно широкий выход результатов. Первые экспериментальные исследования десорбции из насыщенных легкими газами щелочно-галоидных поликристаллов осуществил Н.Н. Алексеенко. Им была разработана методика, которая позже послужила основой для дальнейших работ.

Усовершенствовав ее, А.Я. Купряжкин провел цикл измерений десорбции инертных газов (ИГ) из щелочно-галоидных монокристаллов (ЩГК) и сформулировал первое на кафедре решение задачи диссоциативной диффузии для оценки влияния структурных дефектов на процессы массопереноса.

Первые эксперименты по десорбции проводились с использованием приборной базы по измерению малых давлений, разработанной на кафедре. Позже Л.В. Гулин осуществил масс-спектрометрическое определение растворимости и коэффициентов диффузии атомов внедрения ИГ для ряда ЩГК. Во всех этих работах использовалось насыщение кристаллов из газовой фазы, что определяло прецизионный характер измерений. В.Ф. Шипицин дополнительно провел насыщение кристаллов радиогенными газами при реакторном облучении. При этом идентификация механизмов массопереноса, анализ кинетики отжига структурных дефектов потребовали строгого анализа их влияния на процессы десорбции. Итогом этих исследований послужило описание методами термохимической кинетики диффузии примесей в дефектных кристаллах, выявление термодинамических и дозовых зависимостей параметров переноса. Эта работа была выполнена А.А. Живодеровым и В.Ф. Шипициным.

Достоверное выделение междоузельной составляющей при десорбции ИГ из ЩГК позволило апробировать модели теоретического описания диффузии примесей внедрения. За основу были приняты неравновесно статистические методы для анализа классической подвижности. А.Н. Вараксин сформулировал строгое решение уравнения Фоккера-Планка для периодического поля кристалла и получил первые аналитические результаты. Н.М. Пузанова применила это решение для анализа в адиабатическом приближении влияния легирования на подвижность водорода в металлах. В.Н. Шершнев сформулировал физическую модель диффузии примеси произвольной массы, которая обобщала известные ранее над- и подбарьерные механизмы переноса.

Результатом экспериментальных и теоретических работ явилось неравновесно-статистическое описание классической диффузии примесей в дефектных кристаллах и его опытная апробация. Этот цикл работ был обобщен П.В. Волобуевым в его докторской диссертации.

После защиты кандидатской диссертации А.Я. Купряжкин начал самостоятельные работы в области диффузии газов в несовершенных кристаллах. Совместно с аспирантом Е.В. Поповым, инженером И.Р. Шеиным провел изучение взаимодействия газов с дефектами кристаллов, исследования диссоциативной диффузии гелия в кристаллах фторидов щелочно-земельных металлов, а затем продолжил работы при поддержке кафедр физической и коллоидной химии (проф. Г.А. Китаев) и аналитической химии (проф. Ю.М. Полежаев), где им совместно с аспирантом А.Ю. Куркиным был выполнен цикл исследований по разработке метода высокотемпературной гелиевой дефектоскопии кристаллов, получены аномально высокие энергии связи гелия с ионными кристаллами, сравнимые по величине с энергиями химического взаимодействия. Там же совместно с аспирантом А.А. Щепеткиным были проведены исследования по инициированию гелием и водородом фазовых превращений в ряде соединений переменного состава. Эти работы послужили основой докторской диссертации А.Я. Купряжкина.

Для интерпретации экспериментальных исследований А.Н. Вараксин и Ю.Н. Колмогоров использовали оболочечную модель и разработали получившие широкую известность программы по определению энергетических параметров дефектов в ионных кристаллах, в том числе ИГ и ЩГК. Одновременно А.Н. Вараксин и А.А. Живодеров с использованием молекулярной динамики и метода Монте-Карло провели анализ закономерностей ионной проводимости и диффузионной подвижности в ионных кристаллах. Исследование статики, динамики и явлений переноса в дефектных кристаллах численными методами, проведенные А.Н. Вараксиным и его аспирантами, определили содержание его докторской диссертации.

Методы термохимической кинетики были развиты П.В. Волобуевым и Н.Н. Алексеенко применительно к процессам массопереноса в системах газ-твердое тело при радиационно стимулированных и химических реакциях. Совместно со специалистами НИКИЭТ и СФ НИКИЭТ была приоритетно разработана феноменологическая теория, экспериментально определены кинетические параметры и решены задачи прогнозирования радиолиза и радиационного газовыделения из материалов биологической защиты реакторов на основе полимеров, бетонов, гидридов переходных металлов (С.Б. Трубин, Е.Н. Бледных). Результаты исследований позволили разработать соответствующие отраслевые стандарты. Практически значимы результаты работ по выявлению закономерностей внутреннего окисления-восстановления и поверхностного сульфидирования металлов (А.Д. Спектор, Л.В. Мокеева).

П.В. Волобуев, в качестве зам. директора ИПЭ УрО РАН, в последние годы занимается вопросами научного обеспечения Федеральной программы реабилитации населения и территорий Уральского региона, пострадавших вследствие радиационных аварий.

А.Я. Купряжкин после защиты докторской диссертации продолжил работы по получению экспериментальных доказательств химического взаимодействия гелия с кристаллами, разработке методов гелиевого легирования (асп. О.В. Семенов) и дефектоскопии кристаллов (асп. А.Г. Дудоров).

Всего в рамках научного направления защищено 17 кандидатских диссертаций. П.В. Волобуев, А.Я. Купряжкин, А.Н. Вараксин удостоены степени доктора. Частично результаты исследований по этой тематике использованы при защите докторской диссертации Е.В. Поповым.

Основные результаты работ по научному направлению опубликованы в монографиях:

Error processing SSI file