Технологічні основи вирощування лужногалоїдних сцинтиляційних монокристалів із розплавів зі змінною геометрією вільної поверхні - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ВИРОЩУВАННЯ ЛУЖНОГАЛОЇДНИХ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ МОНОКРИСТАЛІВ ІЗ РОЗПЛАВІВ ЗІ ЗМІННОЮ ГЕОМЕТРІЄЮ ВІЛЬНОЇ ПОВЕРХНІОфіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Литвинов Леонід Аркадійович, завідувач відділу Інституту монокристалів НАН України доктор фізико-математичних наук, професор Литовченко Петро Григорович, завідувач відділу Інституту ядерних досліджень НАН України доктор фізико-математичних наук, професор Волошиновський Анатолій Степанович, завідувач кафедри експериментальної фізики Львівського національного університету ім. Дисертація присвячена розробці принципів нового методу витягування кристалів із розплаву, геометрія вільної поверхні якого змінюється в тиглях перемінного по висоті перетину. На основі викладених принципів розроблено й освоєно у виробництві два типи автоматизованих універсальних установок та відповідні технологічні процеси для вирощування сцинтиляційних ЛГК великих діаметрів: - установки типа “КРИСТАЛЛ” з підживленням розплавленою первинною сировиною; Швидкість витягування кристалів Cs(Tl) діаметром до 440 мм складає до 6,3 мм/год, а кристалів Na(Tl) - до 5 мм/год, що дозволило в 2 рази збільшити продуктивність ростового устаткування. Показано, что величина свободной поверхности расплава является управляемой величиной, а соотношение площади свободной поверхности и площади поперечного сечения кристалла может быть близким к единице (минимальная площадь свободной поверхности расплава) на всех стадиях выращивания, включая радиальный рост.Серед основних недоліків слід відзначити слабке конвективне перемішування розплаву перед фронтом кристалізації, неможливість управління масовою швидкістю росту кристала, та низьку продуктивність. Комплексне рішення поставленої мети передбачало також розробку методів і процесів спеціальної термохімічної обробки і додаткового очищення первинної сировини, для надання йому заданих властивостей, необхідних при автоматизованих методах витягування кристалів з розплаву. Розробити принципи нового методу вирощування монокристалів великого діаметра шляхом їх витягування із розплаву, який буде забезпечувати мінімізацію вільної поверхні розплаву в процесі всього циклу вирощування. Розробити спосіб управління процесом, що забезпечує високу точність стабілізації масової швидкості росту кристала (його діаметра) та площі вільної поверхні розплаву, відповідальних за оптичну та сцинтиляційну однорідність, повязаних з розподілом активатора і інших домішок. Предметом досліджень були системи розплав-кристал, процеси масо-теплопереносу при витягуванні ЛГК із розплаву в тиглях змінного перетину, які забезпечують стійкий ріст великогабаритних монокристалів, як на стадії радіального росту, так і при рості у висоту; нові технологічні і технічні рішення, які забезпечують підвищення точності автоматизованого керування масовою швидкістю росту кристала.Основний принцип полягає в тім, що розплав розміщують у тиглі перемінного перетину, при цьому діаметр початкового дзеркала розплаву повинний бути порівнянним з діаметром затравочного кристала і надалі, у процесі радіального росту кристала, діаметр дзеркала розплаву збільшують шляхом підйому його рівня за рахунок підживлення. По досягненні початку радіального росту, що на практиці здійснюється шляхом підбора відповідної температури розплаву, кристал витягають вгору зі швидкістю Vp. З іншого боку, вплив на величину діаметра кристала чи на масову швидкість кристалізації виявляє аксіальний і радіальний температурні градієнти в кристалі, що росте, та температура розплаву. В звязку з тим, що температура розплаву (чи кристала) є незалежним параметром, що визначає масову швидкість росту кристала, автоматичне керування діаметром кристала при постійній швидкості витягування може бути здійснене шляхом введення зворотного звязку, із дією відповідного інформативного параметра масової швидкості росту на температуру розплаву. Як інформаційний параметр широко використовуються безпосередньо зміна діаметра кристала, зміна маси кристала чи розплаву, зміна рівня розплаву.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ