References

phmath

Вестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-Математика

Bulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics

2949-50832949-5067

Federal State University of Education

10.18384/2310-7251-2022-1-26-40

phmath-102

Research Article

ФИЗИКА

PHYSICS

Выращивание монокристаллов флюорита методом инерционного градиентного охлаждения расплава

Growing fluorite single crystals by the method of inertial gradient solidification of the melt

Саркисов

С. Э.

Sarkisov

Степан Эрвандович Саркисов, кан6дидат физико-математических наук, заместитель начальника

Курчатовский комплекс реабилитации и нераспространения

Управление по нераспространению и физической защите

отдел физических процессов и прикладных технологий (ОМФПиПТ)

123182

пл. Академика Курчатова, д. 1

Москва

Stepan Ervandovich Sarkisov, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Deputy Head

Kurchatov Rehabilitation and Nonproliferation Complex

Office of Nonproliferation and Physical Protection

Department of Physical Processes and Applied Technologies (OMFPiPT)

123182

ploshad’ Akademika Kurchatova 1

Moscow

dr.stevesarkisov@gmail.com

Юсим

В. А.

Yusim

Валентин Александрович Юсим, старший научный сотрудник, и. о. начальника

Курчатовский комплекс реабилитации и нераспространения

Управление по нераспространению и физической защите

Лаборатория экспериментального моделирования и синтеза тугоплавких металлов

123182

пл. Академика Курчатова, д. 1

Москва

Valentin Alexandrovich Yusim, Senior Researcher, Acting Chief

Kurchatov Rehabilitation and Nonproliferation Complex

Office of Nonproliferation and Physical Protection

Laboratory of Experimental Modeling and Synthesis of Refractory Metals

123182

ploshad’ Akademika Kurchatova 1

Moscow

Yusim_VA@nrcki.ru

Клосc

Ю. Ю.

Kloss

Юрий Юрьевич Клосс, доктор физико-математических наук, начальник отдела

Курчатовский комплекс реабилитации и нераспространения

Управление по нераспространению и физической защите

отдел физических процессов и прикладных технологий (ОМФПиПТ)

123182

пл. Академика Курчатова, д. 1

Москва

Yuri Yurievich Kloss, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Department

Kurchatov Rehabilitation and Nonproliferation Complex

Office of Nonproliferation and Physical Protection

Department of Physical Processes and Applied Technologies (OMFPiPT)

123182

ploshad’ Akademika Kurchatova 1

Moscow

Kloss_YY@nrcki.ru

Сазыкина

Т. А.

Sazykina

Татьяна Алексеевна Сазыкина, научный сотрудник

Курчатовский комплекс реабилитации и нераспространения

Управление по нераспространению и физической защите

Лаборатория экспериментального моделирования и синтеза тугоплавких металлов

123182

пл. Академика Курчатова, д. 1

Москва

Tatiana Alekseevna Sazykina, Research Associate

Kurchatov Rehabilitation and Nonproliferation Complex

Office of Nonproliferation and Physical Protection

Laboratory of Experimental Modeling and Synthesis of Refractory Metals

123182

ploshad’ Akademika Kurchatova 1

Moscow

Юсим

Ф. А.

Yusim

Федор Александрович Юсим, научный сотрудник

отделение реакторных материалов и технологий (ОРМиТ)

Лаборатория материалов канальных реакторов

123182

пл. Академика Курчатова, д. 1

Москва

Fyodor Alexandrovich Yusim, Research Associate

Department of Reactor Materials and Technologies (ORMiT)

Laboratory of Channel Reactor Materials

123182

ploshad’ Akademika Kurchatova 1

Moscow

Yusim_FA@nrcki.ru

Кондратьев

К. В.

Kondratiev

Константин Дмитриевич Кондратьев, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

отделение реакторных материалов и технологий (ОРМиТ)

Курчатовский комплекс НБИКС-природоподобных технологий

Лаборатория материалов канальных реакторов

123182

пл. Академика Курчатова, д. 1

Москва

Konstantin Dmitrievich Kondratiev, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher

Department of Reactor Materials and Technologies (ORMiT)

Kurchatov complex of NBICS-nature-like technologies

Laboratory of Channel Reactor Materials

123182

ploshad’ Akademika Kurchatova 1

Moscow

Научный исследовательский центр «Курчатовский институт»РоссияNational Research Centre “Kurchatov Institute”Russian Federation

2022

25052022

012640

2022

Саркисов С.Э., Юсим В.А., Клосc Ю.Ю., Сазыкина Т.А., Юсим Ф.А., Кондратьев К.В.

Sarkisov S., Yusim V., Kloss Y., Sazykina T., Yusim F., Kondratiev K.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.physmathmgou.ru/jour/article/view/102

Целью данной работы является получение монокристаллов CaF2 и CaF2 :Pb2+ методом инерционного градиентного охлаждения (ГО) в неподвижном тигле при избыточном давлении инертного газа, а также исследование особенностей распределения примеси в монокристаллах, полученных данным методом. Процедура и методы. В теплосберегающем графитовом узле ростовой установки горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) из сильно перегретого расплава в неподвижном тигле путём инерционного охлаждения печи получены монокристаллы флюорита размером 140 х 25 х 20 мм хорошего оптического качества. Исследовались спектры поглощения кристаллов CaF2 и CaF2 :Pb2+, выращенных методом спонтанной кристаллизации и стандартным методом ГНК путём протяжки со скоростью 5 мм/час в атмосфере аргона. Результаты. Синтезированы и исследованы монокристаллы CaF2 и CaF2 :Pb2+, полученные методом инерционного градиентного охлаждения расплава в неподвижном тигле при избыточном давлении аргона. Установлены условия протекания процесса данного вида кристаллизации. Изучены особенности распределения примеси для монокристалла, полученного данным методом. Теоретическая и практическая значимость. Ростовые исследования легированных кристаллов показали, что по сравнению с классическим методом ГНК в случае инерционной ГО-кристаллизации имеет место более равномерное распределение примеси по длине кристаллов. Сделан вывод об особенностях создания газовых атмосфер выращивания кристаллов фторидов методом ГНК-технологии.

Aim. The purpose of this work is to obtain CaF2 and CaF2:Pb2 + single crystals of by the method of inertial gradient solidification of the melt in a stationary crucible at an excess pressure of an inert gas, as well as to study the features of the impurity distribution in single crystals obtained by this method. Methodology. Fluorite single crystals 140 x 25 x 20 mm in size of good optical quality are obtained from a strongly overheated melt in a stationary crucible in a heat-saving graphite unit of the horizontal directional solidification (HDC) growth unit by inertial cooling of the furnace. The absorption spectra of CaF2 and CaF2:Pb2+ crystals grown by the spontaneous crystallization method and the standard HSM method by drawing at a rate of 5 mm/h in an argon atmosphere are studied. Results. Single crystals of CaF2 and CaF2 :Pb2+ obtained by the method of inertial gradient inertial gradient solidification of the melt in a stationary crucible at an excess pressure of argon are synthesized and studied. The conditions for the process of this type of crystallization are established. The features of the impurity distribution for a single crystal obtained by this method are studied. Research implications. Growth studies of doped crystals show that, in comparison with the classical HDC method, in the case of inertial gradient solidification of the melt, there is a more uniform impurity distribution along the length of the crystals. A conclusion is made about the features of creating gaseous atmospheres for growing fluoride crystals using the HSM technology.

температурный градиентпереохлаждение расплавацентры кристаллизацииинерционное охлаждение

temperature gradientsupercooling of the meltcenters of crystallizationinertial cooling

Работа выполнена при финансовой поддержке НИЦ «Курчатовский институт» (приказ № 2758 от 21.10.2021) и грантов РФФИ № 19-29-02007, 19-29-2018, 20-08-00278, 20-08-00211 и при поддержке Правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда науки в рамках проекта «Компьютерное моделирование и анализ газодинамических процессов в многоэлементных термоэмиссионных энергетических системах преобразования энергии», № 20-48-242918.

This work was supported by the National Research Center ‘Kurchatov Insti- tute’ (Order No. 2758 dated October 28, 2021) and the Russian Foundation for Basic Research (Grant Nos 19-29-02007, 20-08-00278, 20-08-00211, and 19-29-02018). This work was supported by the Government of Krasnoyarsk krai, and Krasnoyarsk Regional Fund for Supporting Scientific and Technologies Activities project nos. 20-48-242918 “Computer modeling and analysis of gas-dynamic processes in multi-element thermoemission energy conversion systems”.

References1

Лодиз, Р. Рост монокристаллов / Р. Лодиз, Р. Паркер. – М.: Мир, 1974. – 540 с.

Lodiz, R. Growth of single crystals / R. Lodiz, R. Parker. – M.: Mir, 1974. – 540 p.

Вильке, К.-Т. Методы выращивания кристаллов. – Л.: Недра, 1968. – 424 с.

Wilke, K.-T. Methods of crystal cultivation. – L.: Nedra, 1968. – 424 p.

Багдасаров, Х. С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. – М.: Физматлит, 2004. – 160 с.

Bagdasarov, H. S. High–temperature crystallization from a melt. – M.: Fizmatlit, 2004. - 160 p.

Исследование теплообмена в графитовом тепловом узле установки по выращиванию монокристаллов методом ГНК / С. Э. Саркисов [и др.] // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика – Математика. – 2019. – № 3. – С. 68-81. Doi: 10.18384/2310-7251-2019-3-68-81

Investigation of heat transfer in a graphite thermal unit of a single crystal growing plant by the GNC method / S. E. Sarkisov [et al.] // Bulletin of the Moscow State Regional University. Series: Physics – Mathematics. – 2019. – No. 3. – Pp. 68-81. Doi: 10.18384/2310-7251-2019-3-68-81

Yusim V. A., Sarkisov S. E., Ryabchenkov V. V., Kloss Yu. Yu., Govorun I. V., Ivanova I. V., Sakmarov A. V. Mathematical of head and mass transfer processes in the graphite thermal unit of the krystallization apparatus for Horizontal directional solidification method // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1560. International Interdisciplinary Scientific Conference "Advanced Element Base of Micro- and Nano-Electronics" (20-23 April 2020 Moskow, Russian Federation). P. 012060. DOI:10.1088/1742-6596/1560/1/012060

Рябченков, В. В. Патент RU 2 608 891 C. Устройство для получения монокристаллов тугоплавких фторидов; НИЦ "Курчатовский институт". – 2016107781; заявл. 03.03.2016; опубл. 26.01.2017, Бюл. № 3. – 11 с.

Ryabchenkov, V. V. Patent RU 2 608 891 C. A device for producing single crystals of refractory fluorides; SIC "Kurchatov Institute". – 2016107781; application 03.03.2016; publ. 26.01.2017, Bul. No. 3. – 11 p.

Патент RU 2643980 CI. Тепловой узел установки для выращивания галоидных кристаллов методом горизонтальной направленной кристаллизации / В. А. Юсим [и др.]; НИЦ "Курчатовский институт"; № 2017127968; 04.08.2017; опубл. 26.02.2018, Бюл. № 4. – 19 с.

Patent RU 2643980 CI. Thermal unit of an installation for growing halide crystals by horizontal directional crystallization / V. A. Yusim [et al.]; SIC "Kurchatov Institute"; No. 2017127968; 04.08.2017; publ. 26.02.2018, Bul. No. 4. – 19 p.

Полупроводники / ред. Н. Б. Хенней. – М.: Издательство иностранной литературы, 1962. – 668 с.

Semiconductors / ed. N. B. Henney. – M.: Publishing House of Foreign Literature, 1962. – 668 p

Пфанн В. Зонная плавка / В. Пфанн. – М.: Мир, 1970. – 366 с.

Pfann V. Zone melting / V. Pfann. – M.: Mir, 1970. – 366 p.

Джексон К. О механизме роста кристалла из расплава / К. Джексон, Д. Ульман, Дж. Хант // Проблемы роста кристаллов. – М.: Мир, 1966. – С. 27-86

Jackson K. On the mechanism of crystal growth from a melt / K. Jackson, D. Ullman, J. Hunt // Problems of crystal growth. – M.: Mir, 1966. – Pp. 27-86

The authors declare that there are no conflicts of interest present.