phmathВестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-МатематикаBulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics2949-50832949-5067Federal State University of Education10.18384/2310-7251-2019-3-68-81phmath-25Research ArticleСтатьиИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ГРАФИТОВОМ ТЕПЛОВОМ УЗЛЕ УСТАНОВКИ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ ГНКSTUDY OF HEAT TRANSFER IN A GRAPHITE THERMAL UNIT OF THE FACILITY FOR GROWING SINGLE CRYSTALS BY THE HDC METHODСаркисовС. Э.SarkisovS. E.dr.stevesarkisov@gmail.comЮсимВ. А.YusimV. A.Yusim_VA@nrcki.ruРябченковВ. В.RyabchenkovV. V.RVV55@yandex.ruКалимуллинР. К.KalimullinR. K.dr.stevesarkisov@gmail.comГоворунИ. В.GovorunI. V.dr.stevesarkisov@gmail.comСакмаровА. В.SakmarovA. V.dr.stevesarkisov@gmail.comНациональный исследовательский центр «Курчатовский институт»РоссияNational Research Center “Kurchatov Institute”Russian FederationНациональный исследовательский центр «Курчатовский институт», Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Russian Federation201915022022036881Copyright © Саркисов С.Э., Юсим В.А., Рябченков В.В., Калимуллин Р.К., Говорун И.В., Сакмаров А.В., 20222022Саркисов С.Э., Юсим В.А., Рябченков В.В., Калимуллин Р.К., Говорун И.В., Сакмаров А.В.Sarkisov S.E., Yusim V.A., Ryabchenkov V.V., Kalimullin R.K., Govorun I.V., Sakmarov A.V.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/25

Впервые для развития возможностей метода горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) по расширению химических классов выращиваемых кристаллов создана высокотемпературная установка синтеза галоидных соединений. Основным элементом установки является графитовый тепловой узел, впервые разработанный для выращивания фторсодержащих монокристаллов методом ГНК. Для оценки работоспособности установки и выявления температурных особенностей проведения кристаллизационного процесса комплекс исследований включал математическое моделирование процессов гидродинамики, тепло- и массопереноса внутри графитового теплового узла, а также между ним и кристаллизационным аппаратом. Для численных расчётов использовались усреднённые по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса и модифицированный закон Стефана-Больцмана для не абсолютно чёрного тела. Экспериментально определены температурные интервалы тепловой инерционности и установления термодинамического равновесия в тепловом узле ростовой установки вплоть до температур выше 1500 °С. Знание величин этих температурных параметров необходимо для предупреждения самопроизвольного перегрева расплава в процессе выращивании кристаллов фторидов.

We report the development of a high-temperature installation for the synthesis of halide compounds to improve the capabilities of the method of horizontal directed crystallization (HDC) that makes it possible to expand the chemical classes of crystals grown. The main element of the facility is a graphite thermal unit, developed for growing fluorine-containing single crystals for the first time by the HDC method. To assess the installation operability and to identify the temperature features of the crystallization process, the research complex included mathematical modeling of the processes of hydrodynamics, heat and mass transfer inside the graphite thermal unit, as well as between it and the crystallization apparatus. Numerical calculations relied on Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and a modified Stefan-Boltzmann law used for a not absolutely black body. The temperature ranges of thermal inertia, as well as the establishment of the thermodynamic equilibrium in the thermal unit of the growth facility up to temperatures above 1500 °C, were experimentally determined. Knowledge of the values of these temperature parameters is necessary to prevent spontaneous overheating of the melt during the growth of fluoride crystals.

графитовый тепловой узелтеплопереностепловая инерциятермодинамическое равновесиетеплозащитное покрытиеметод конечных элементовgraphite thermal unitheat transferthermal inertiathermodynamic equilibriumheat insulation coatingfinite element methodReferencesБагдасаров Х. С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. М.: Физматлит, 2004. 159 с.Багдасаров Х. С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. М.: Физматлит, 2004. 159 с.Багдасаров Х. С., Гориянов Л. А. Тепло- и массоперенос при выращивании монокристаллов направленной кристаллизацией. М.: Физматлит, 2007. 224 с.Багдасаров Х. С., Гориянов Л. А. Тепло- и массоперенос при выращивании монокристаллов направленной кристаллизацией. М.: Физматлит, 2007. 224 с.Юшкин Н. П., Волкова Н. В., Маркова Г. А. Оптический флюорит. М.: Наука, 1983. 146 с.Юшкин Н. П., Волкова Н. В., Маркова Г. А. Оптический флюорит. М.: Наука, 1983. 146 с.Исследование стимулированного излучения кристаллов Sr2Y5F19 с ионами Nd3+ / Каминский А. А., Саркисов С. Э., Сейранян К. Б., Соболев Б. П. // Квантовая электроника. 1974. Т. 1. №1. С. 187-189.Исследование стимулированного излучения кристаллов Sr2Y5F19 с ионами Nd3+ / Каминский А. А., Саркисов С. Э., Сейранян К. Б., Соболев Б. П. // Квантовая электроника. 1974. Т. 1. №1. С. 187-189.Kaminskii A. A., Sarkisov S. E, Eichler H.-J. Spectroscopic and laser properties of Er3+ doped monoclinic BaY2F8 single crystals // Optical and Quantum Electronics. 1990. Vol. 22. Supplement 1. P. S95-S105.Kaminskii A. A., Sarkisov S. E, Eichler H.-J. Spectroscopic and laser properties of Er3+ doped monoclinic BaY2F8 single crystals // Optical and Quantum Electronics. 1990. Vol. 22. Supplement 1. P. S95-S105.Kaminskii A. A., Sarkisov S. E. Thermodynamical consideration of the peculiarities of activator ion quasicentres in disordered laser crystals // Physica status solidi (a). 1991. Vol. 123. Iss 1. P. 213-219.Kaminskii A. A., Sarkisov S. E. Thermodynamical consideration of the peculiarities of activator ion quasicentres in disordered laser crystals // Physica status solidi (a). 1991. Vol. 123. Iss 1. P. 213-219.Kaminskii A. A., Sarkisov S. E, Butashin A. V. Manifestation of structural disordered peculiarities of Ca3Ga2Ge3O12, Ca3(Nb,Ga)2Ge3O12 and BaF2-YF3 crystalline solid solutions in fundamental optical phonon spectra // Physica status solidi (a). 1990. Vol. 119. Iss. 1. P. 285-295.Kaminskii A. A., Sarkisov S. E, Butashin A. V. Manifestation of structural disordered peculiarities of Ca3Ga2Ge3O12, Ca3(Nb,Ga)2Ge3O12 and BaF2-YF3 crystalline solid solutions in fundamental optical phonon spectra // Physica status solidi (a). 1990. Vol. 119. Iss. 1. P. 285-295.Каминский А. А., Саркисов С. Э. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов. М.: Наука, 1986. 282 с.Каминский А. А., Саркисов С. Э. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов. М.: Наука, 1986. 282 с.Шендрик Р. Ю., Раджабов Е. А., Непомнящих А. И. Сцинтилляционные свойства кристаллов SrF2 и SrF2-Ce3+ // Письма в Журнал технической физики. 2013. Т. 39. Вып. 13. С. 9-16.Шендрик Р. Ю., Раджабов Е. А., Непомнящих А. И. Сцинтилляционные свойства кристаллов SrF2 и SrF2-Ce3+ // Письма в Журнал технической физики. 2013. Т. 39. Вып. 13. С. 9-16.Саркисов С. Э., Рябченков В. В. Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующего излучения (Варианты). Патент РФ №2627573 от 08.08.2017 г.Саркисов С. Э., Рябченков В. В. Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующего излучения (Варианты). Патент РФ №2627573 от 08.08.2017 г.Каминский А. А., Вердун Г. Р. Новые кристаллические лазеры на основе разупорядоченных фторидов с ионами Nd3+, накачиваемых излучением полупроводниковых лазеров // Квантовая электроника. 1992. Т. 19. № 2. С. 109-111.Каминский А. А., Вердун Г. Р. Новые кристаллические лазеры на основе разупорядоченных фторидов с ионами Nd3+, накачиваемых излучением полупроводниковых лазеров // Квантовая электроника. 1992. Т. 19. № 2. С. 109-111.Generation of 103 fs mode-locked pulses by a gain linewidth-variable Nd, Y:CaF2 disordered crystal / Qin Z. P., Xie G. Q., Ma J., Ge W. Y., Yuan P., Qian L. J., Su L. B., Jiang D. P., Ma F. K., Zhang Q., Cao Y. X., Xu J. // Optics Letters. 2014. Vol. 39. Iss. 7. P. 1737-1739.Generation of 103 fs mode-locked pulses by a gain linewidth-variable Nd, Y:CaF2 disordered crystal / Qin Z. P., Xie G. Q., Ma J., Ge W. Y., Yuan P., Qian L. J., Su L. B., Jiang D. P., Ma F. K., Zhang Q., Cao Y. X., Xu J. // Optics Letters. 2014. Vol. 39. Iss. 7. P. 1737-1739.Применение фотодиодов большой площади для улучшения характеристик электромагнитного калориметра на основе кристаллов вольфрамата свинца / Балыгин К. А., Ипполитов М. С., Климов А. И., Лебедев В. А., Манько В. И. и др. // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 5. С. 13-18.Применение фотодиодов большой площади для улучшения характеристик электромагнитного калориметра на основе кристаллов вольфрамата свинца / Балыгин К. А., Ипполитов М. С., Климов А. И., Лебедев В. А., Манько В. И. и др. // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 5. С. 13-18.Тепловой узел установки для выращивания галоидных кристаллов методом горизонтально направленной кристаллизации. Патент РФ №2643980 от 06.02.2018 г. / Юсим В. А., Калиммулин Р. К., Рябченков В. В., Саркисов С. Э.Тепловой узел установки для выращивания галоидных кристаллов методом горизонтально направленной кристаллизации. Патент РФ №2643980 от 06.02.2018 г. / Юсим В. А., Калиммулин Р. К., Рябченков В. В., Саркисов С. Э.Алямовский А. А. SolidWorks/COSMOSWorks 2006/2007. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК ПРЕСС, 2007. 786 с.Алямовский А. А. SolidWorks/COSMOSWorks 2006/2007. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК ПРЕСС, 2007. 786 с.Алямовский А. А. SolidWorks Simulation 2012. Как решать практические задачи. CПб.: БХВ-Петербург, 2012. 445 с.Алямовский А. А. SolidWorks Simulation 2012. Как решать практические задачи. CПб.: БХВ-Петербург, 2012. 445 с.Алямовский А. А. SolidWorks Simulation 2009. Tutorial. Как решать практические задачи. CПб.: «БХВ-Петербург», 2008. 244 с.Алямовский А. А. SolidWorks Simulation 2009. Tutorial. Как решать практические задачи. CПб.: «БХВ-Петербург», 2008. 244 с.

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