Методика экспериментального и теоретического исследования быстропротекающих процессов. Анализ экспериментальных результатов по инициированию взрыва азидов тяжелых металлов импульсным излучением. Группы моделей разветвленных твердофазных цепных реакций.
Аннотация к работе
В твердофазных реакциях большую роль играют возбуждения электронной подсистемы твердого тела (электроны, дырки, экситоны), которые способны перемещаться по кристаллу со скоростями, значительно большими, чем скорости диффузии атомов и молекул в газовой фазе, обеспечивая быстрый перенос заряда и энергии по твердому телу. Отмеченные особенности: участие электронных возбуждений в реакции; их локализация в реакционно-способных местах, быстрый перенос заряда и энергии по кристаллу - выделяют твердофазные превращения в отдельный класс химических реакций, отличный от таковых в газовой и жидкой фазах. Актуальность работы определяется исследованием новых для физики и химии твердого тела задач: разработка механизма твердофазной цепной реакции; исследование закономерностей передачи энергии химической реакции кристаллической решетке с генерацией электронных возбуждений; определение пространственно-временных характеристик этого процесса, выяснение механизма движения волны цепной реакции в энергетических материалах. Целью работы является: экспериментальное и теоретическое исследование закономерностей нового класса химических реакций - твердофазных разветвленных цепных реакций, инициированных импульсным излучением, роль активных частиц в которых выполняют электронные возбуждения кристаллической решетки, формулировка модели инициирования и развития цепной реакции взрывного разложения азидов серебра (АС) и свинца (АСВ). 7.Сформулировать математическую модель передачи энергии, выделяющейся при образовании продуктов химической реакции, электронной подсистеме кристалла, провести моделирование процесса распространения волны твердофазной цепной реакции, инициированной импульсным излучением.Модель включает в себя минимально возможный набор стадии разветвленной цепной реакции: генерации e.h. пар импульсным излучением (зарождение цепи), их рекомбинации на объемных и поверхностных центрах (реакция обрыва цепи), размножение электронных возбуждений представляет собой стадию развития цепи. Ко второму типу моделей относятся: собственно-дефектная [9], бидырочная [6], монодырочная [6] и дивакансионная [11,12] модели, в которых размножение носителей цепи осуществляется в результате локализации реагентов на катионной вакансии [6,8], или дивакансии [11,12]. Увеличение концентрации реагентов в данных моделях не может превышать 1% от созданных импульсным излучением, а восстановлением собственных дефектов за время развития взрывного разложения можно пренебречь. Рассмотрим возможность размножения реагентов, требующее дополнительной затраты энергии, без образования стабильных продуктов реакции. Показано, что наиболее вероятной из рассмотренных моделей взрывного разложения АТМ является бимолекулярная модель разветвленной твердофазной цепной реакции, которая дает качественное и количественное описание целого ряда экспериментально наблюдаемых закономерностей и критериев процесса взрывного разложения.
План
Основное содержание работы
Список литературы
1. Ципилев В.П. Стенд для исследования кинетики взрывного разложения конденсированных сред при воздействии импульсов лазерного излучения // Известия ТПУ. - 2003. - Т. 306, № 4. - С. 99-103.
2. Куракин С.И. Морфология кристаллов азида серебра, выращенных из гидроксида аммония / Куракин С.И., Диамант Г.М., Пугачев В.М.// Изв. АН СССР, сер. Неорг. М-лы. 1990. Т. 26. Вып. 11. С. 2301 - 2304.
3. Александров Е.И. Исследование влияния длительности возбуждающего импульса на чувствительность азида свинца к действию лазерного излучения / Александров Е.И., Ципилев В.П. // Физика Горения и Взрыва. 1984. Т.20 № 6. - С.104-108.
4. Рябых С.М. Нетермическое инициирование взрыва азидов серебра и свинца импульсом быстрых электронов / Рябых С.М., Долганов В.С., Карабукаев К.Ш.// Физика Горения и Взрыва. 1993. Т.29 № 2. - С.75-77.
9. Кригер В.Г. Собственно-дефектная модель разложения АТМ / Кригер В.Г., Каленский А.В., Вельк В.В. // Известия Вузов. Физика. том 43, № 11, 2000 г., С. 118-123.
10. Кригер В.Г. Кинетические особенности реакций твердофазного разложения азидов тяжелых металлов/ Кригер В.Г., Каленский А.В., Захаров Ю.А.// Актуальные проблемы фото- и радиационной физико-химии твердых кристаллических неорганических веществ (научные обзоры) - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2004. С. 263-324.
11. Адуев Б.П. Дивакансионная модель инициирования азидов тяжелых металлов/ Адуев Б.П., Алукер Э.Д., Кречетов А.Г. // Физика горения и взрыва, 2004, № 2, с. 94-99.
12. Aluker E.D. Early stages of explosive decomposition of energetic materials/ Aluker E.D., Aduev B.P., Krechetov A.G., Mitrofanov A.Yu., Zakharov Yu.A.// Focus on Combustion Research.- New York: Nova Publishers, 2006, P. 55 - 88.
13. Диамант Г. М. Неравновесная проводимость в процессе фотохимической реакции в азиде серебра. Дис. канд. физ. мат. наук. Кемерово. 1988.164с.
16. Kriger V. Chain-thermal model of silver azide explosive decomposition pulse initiation / Kriger V., Kalensky A., Savilov A., Ananieva M.// Известия вузов. Физика. - 2006. - № 10. Приложение. P. 215-216.
17. Кригер В.Г. Поляронный характер носителей заряда в азиде серебра //Изв. АН СССР, сер. Неорг. м-лы, 1982, № 6. С. 960-964.
18. Захаров Ю.А. Холловская подвижность носителей заряда в азиде серебра / Сидорин Ю.Ю., Кучис Е.В.// Изв. АН СССР, сер. Неорг. м-лы, 1979, т.15, № 8, С.1397-1401.
19. Кригер В.Г. Механизм твердофазной цепной реакции / Кригер В.Г., Каленский А.В., Захаров Ю.А., Ципилев В.П.// Материаловедение, 2006. - №9. С. 14-21.
20. Крылов О.В. Неравновесные процессы в катализе / Крылов О.В., Шуб. -М.: Химия, 1990. С.288.
21. Алукер Э.Д. Люминесценция азида серебра при импульсном возбуждении / Алукер Э.Д., Адуев Б.П., Кречетов А.Г., Нурмухаметов Д.Р., Пашпекин А.С., Тупицин Е.В., Швайко В.Н. // Физика горения и взрыва, 2005, № 4, с. 117-123.
22. Орленко Л.П. Физика взрыва и удара .-: М. Физматлит, 2006 г. С.304.
23. Адуев Б.П. Распространение цепной реакции взрывного разложения в кристаллах азида серебра / Адуев Б.П., Алукер Э.Д., Кречетов А.Г., Митрофанов А.Ю.// Физика горения и взрыва. - 2003. - Т. 39. - № 6. - С. 104-106.
24. Корепанов В.И. К вопросу о кинетике и механизме взрывного разложения азидов тяжелых металлов / Корепанов В.И., Лисицын В.М., Олешко В.И., Ципилев В.П.// Физика горения и взрыва, 2006, № 1, т. 42, с. 106-119.
Основные публикации по теме работы.
Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России
Kriger V. The effect of crystal size on initiation of decomposition of heavy metal azides by pylse radiation / Kriger V., Kalensky A.// Chem. Phys. Reports, 1996, V.15(3), - P.351-358.
4. Кригер В.Г. Зависимость энергии инициирования азида серебра от длины волны лазерного излучения / Кригер В.Г., Каленский А.В., Вельк В.В.// ЖНИПФ, том 45, № 3, 2000 г., С. 51-58.
V. Kriger Dependence of the lighting fluence for silver azide on the wavelength of laser radiation / V. Kriger A. Kalensky, V. Vel’k // Sci. Appl. Photo. 2000. Т. 42 №3.- Р. 273-282.
5. Кригер В.Г. Кинетика фотопроцессов в системах с ростом центров рекомбинации / Кригер В.Г., Каленский А.В., Вельк В.В., Колпаков О.Л.//ЖНИПФ, том 45, № 4, 2000 г., С. 7-13.
V. Kriger Physicochemical processes in the system with growing centers / V. Kriger A. Kalensky, V. Vel’k, O. Kolpakov // Sci. Appl. Photo. 2000. Т. 42 №3.- Р.283-294.
6. Кригер В.Г. Собственно-дефектная модель разложения АТМ / Кригер В.Г., Каленский А.В., Вельк В.В.// Известия Вузов. Физика. том 43, № 11, 2000 г., С. 118-123.
7. Кригер В.Г. Физико-химические процессы в системах с ростом центров рекомбинации / Кригер В.Г., Каленский А.В., Вельк В.В.// Известия Вузов. Физика. том 43, № 11, 2000 г., С. 124-129.
8. Каленский А.В. Моделирование граничных условий при квантово-химических расчетах азидов металлов в кластерном приближении / Каленский А.В., Булушева Л.Г, Кригер В.Г., Мазалов Л.Н.// Журнал структурной химии, т41, №3, 2000, с. 605-608.
9. Кригер В.Г. Регулирование энергии инициирования азида серебра предварительным излучением / Кригер В.Г., Каленский А.В., Коньков В.В.// ЖНИПФ, том 47, № 4, 2002 г., С. 37-42.
10. Кригер В.Г. Моделирование кинетики импульсной проводимости и люминесценции азидов тяжелых металлов / Кригер В.Г. Каленский А.В.// ЖНИПФ, том 47, № 4, 2002 г., С. 31-36.
12. Кригер В.Г. Единый механизм фото- и радиационно-стимулированного разложения азидов тяжелых металлов / Кригер В.Г., Каленский А.В., Захаров Ю.А.// Материаловедение. № 7. 2005. С. 10-15.
13. Kriger V. The size effects and before-threshold behavior of solid-phase chain reactions / Kriger V., Kalensky A., Lisitsin V., Tsipilev V., Zakharov Yu.// Известия вузов. Физика. - 2006. - № 10. Приложение. P. 212-214.
14. Kriger V. Chain-thermal model of silver azide explosive decomposition pulse initiation / Kriger V., Kalensky A., Savilov A., Ananieva M.// Известия вузов. Физика. - 2006. - № 10. Приложение. P. 215-216.
15. Kriger V. Propagation of the chain reaction wave along the silver azide crystal / Kriger V., Kalensky A., Borovikova A., Tsipilev V.// Известия вузов. Физика. - 2006. - № 10. Приложение. P. 248-250.
16. Кригер В.Г. Математическое моделирование распространения по кристаллу азида серебра волны цепной реакции / Кригер В.Г., Каленский А.В., Сечкарев Б.А., Савилов А.С.// Вестник ТГУ. Серия «Математика. Кибернетика. Информатика». - 2006. - № 16. Приложение. С. 83-86.
17. Кригер В.Г. Зависимость пороговой энергии инициирования монокристаллов азида серебра от диаметра зоны облучения/ Кригер В.Г., Каленский А.В., Ципилев В.П., Ананьева М.В.// Ползуновский вестник. № 2-1. 2006. С. 75-77.
19. Кригер В.Г. Механизм твердофазной цепной реакции / Кригер В.Г., Каленский А.В., Захаров Ю.А., Ципилев В.П.// Материаловедение, 2006. - №9. С. 14-21.
20. Каленский А.В. Новый механизм распространения твердофазной цепной реакции / Каленский А.В., Кригер В.Г., Сечкарев Б.А., Боровикова А.П., Ананьева М.В.// Вестник Томского государственного университета, 2006. - № 19. С. 87-90.
21. Кригер В.Г. Зависимость критической плотности энергии инициирования взрывного разложения азида серебра от размеров монокристаллов / Кригер В.Г., Каленский А.В., Ананьева М.В., Боровикова. А.П.// Физика горения и взрыва, 2008, № 2, т. 44, С. 76-78.
Kriger V. G. Critical Initiation-Energy Density as a Function of Single-Crystal Size in Explosive Decomposition of Silver Azide / Kriger V.G., Kalenskii A.V., Anan’eva M.V., and Borovikova A.P.// Combustion, Explosion, and Shock Waves, Vol. 44, No. 2, pp. 190-192, 2008.
Статьи, опубликованные в рецензируемых журналах
22. Кригер В.Г. Кинетические закономерности фотопроводимости азида серебра в режиме освещения с темновой паузой / Кригер В.Г., Каленский А.В., Диамант Г.М., Захаров Ю.А.// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. № 1, 2004. С. 169-172.
23. Кригер В.Г. Влияние предварительного облучения на порог инициирования кристаллов азида серебра импульсным излучением / Кригер В.Г., Каленский А.В., Ципилев В.П., Захаров Ю.А.// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. № 1, 2004. С. 163-168.
24. Каленский А.В. Распространение по кристаллу азида серебра волны цепной реакции / Каленский А.В., Кригер В.Г. // Современные проблемы науки и образования. № 2. 2006. С. 39-40.
25. Каленский А.В. Размерный эффект взрывного разложения азида серебра импульсным излучением / Каленский А.В., Кригер В.Г., Ананьева М.В. // Современные проблемы науки и образования. № 2. 2006. С. 40-41.
27. Каленский А.В. Математическое моделирование распространения волны химической реакции по кристаллу азида серебра / Каленский А.В., Кригер В.Г., Боровикова А.П.// Фундаментальные исследования. № 12. 2006. С. 69-70.
28. Кригер В.Г. Закономерности зарождения, развития и распространения реакции взрывного разложения азидов тяжелых металлов / Кригер В.Г., Каленский А.В., Ципилев В.П., Боровикова А.П., Звеков А.А.// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. Т. 4. № 2. 2007. С. 109-113.
29. Каленский А.В. Механизм зарождения и распространения реакции взрывного разложения АТМ / Каленский А.В., Кригер В.Г., Ананьева М.В., Боровикова А.П.// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. Т. 4. № 2. 2007. С. 114-118.
30. Звеков А.А. Новый механизм передачи энергии твердофазной цепной реакции в азиде серебра / Звеков А.А., Каленский А.В., Кригер В.Г., Боровикова А.П.// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. Т. 4. № 3. 2007. С. 66-72.
31. Кригер В.Г. Моделирование влияния диаметра зоны облучения на скорость взрывного разложения азида серебра / Кригер В.Г., Каленский А.В., Звеков А.А., Савилов А.С.// Фундаментальные исследования. № 3. 2008. С. 84-86.
Статьи, опубликованные в сборниках трудов конференций
32. Кригер В.Г. Инициирование азидов тяжелых металлов импульсным излучением / Кригер В.Г., Каленский А.В., Захаров Ю.А.// XI Всесоюзное совещание по кинетике и механизму реакций в твердом теле: Тез. Докл. - Минск, 1992. - С. 250-252.
33. Kriger V. The Kinetic Model of pulse initiation of heavy metal azides / Kriger V., Kalensky A., Bulusheva L., Murakhtanov V.// Combustion, detonation, shock waves: Proceedings of the Zel’dovich memorial. V.2. Moscow. 1994. - P. 42-45.
34. Kriger V. The MNDO Simulation of the Reaction 2N3-3N2 / Kriger V., Kalensky A., Bulusheva L.// XIII-th International Symposium on the Reactivity of Solids: Abstract., Hamburg/Germany, 1996.-9-PO-249.
35. Kriger V. The band diagrams of chemical reactions in solids / Kriger V., Kalensky A., Vel’k. V.// Proceeding of 11th international conference on radiation physics and chemistry of condensed matter. Tomsk, Russia. 2000.-p.53-55.
36. Kriger V. the self-imperfection model of the chain reaction of the heavy metal azide initiation / Kriger V., Kalensky A., Vel’k V.// Proceeding of 11th international conference on radiation physics and chemistry of condensed matter. Tomsk, Russia, 2000.-p.56-57.
37. Кригер В.Г. Размерные эффекты и допороговые режимы протекания цепных твердофазных реакций / Кригер В.Г., Каленский А.В., Ципилев В.П., Ананьева М.В.// Материалы III Всероссийской конференции «Энергетические конденсированные системы», 30 октября-2 ноября 2006 г. Черноголовка, М.: «Янус-К», 2006. С. 69-71.
38. Кригер В.Г. Новый механизм движения волны цепной реакции по кристаллу азида серебра / Кригер В.Г., Каленский А.В., Ципилев В.П., Боровикова А.П.// Материалы III Всероссийской конференции «Энергетические конденсированные системы», 30 октября-2 ноября 2006 г. Черноголовка, М.: «Янус-К», 2006. С. 173-174.
39. Кригер В.Г. Экспериментальное разделение процессов развития и распространения волны цепной реакции по кристаллу / Кригер В.Г., Каленский А.В., Ципилев В.П.// Материалы III Всероссийской конференции «Энергетические конденсированные системы», 30 октября-2 ноября 2006 г. Черноголовка, М.: «Янус-К», 2006. С. 175-176.
40. Kriger V. The Mechanism of Energy Transfer for Solid-phase Chain Reaction / Kriger V., Kalensky A., Tsipilev B., Borovikova A., Zvekov A.// Proceedings of the International Symposium "Physics and Chemistry of Processes, Oriented toward Development of New High Technologies, Materials, and Equipment". - Chernogolovka 2007. p. 123-127.