In-situ исследования радиационных повреждений и механических напряжений в монокристаллах оксидов методами высокоэнергетической ионолюминесценции

Данная работа посвящена способу повышения разрешения метода регистрации спектров фотостимулированной люминесценции для получения более детальной информации о профилях остаточных механических напряжений в образцах рубина, облученных высокоэнергетическими ионами ксенона.

Введение ………………………………………………………………………………………………. 11
Глава 1. Механизмы образования радиационных дефектов и механических
напряжений в Al2O3: Cr при облучении высокоэнергетическими тяжелыми
ионами ………………………………………………………………………………………………….. 14
1.1 Механизмы формирования латентных треков…………………………………… 14
1.2 Механические напряжения в монокристаллах тугоплавких оксидов,
облученных высокоэнергетическими ионами ………………………………………… 21
1.3 Пьезоспектроскопический анализ механических напряжений в Al2O3: Cr
……………………………………………………………………………………………………………… 23
1.4 Определение функции разрешения…………………………………………………… 29
1.5 Постановка задачи исследований …………………………………………………….. 31
Глава 2. Методы исследования и оборудование …………………………………….. 32
2.1 Основы метода лазерной конфокальной сканирующей микроскопии
(ЛКСМ) ………………………………………………………………………………………………… 32
2.2 Схема, основные характеристики и принцип действия конфокального
сканирующего лазерного микроскопа, входящего в состав устройства
ИНТЕГРА Спектра (с конфигурацией Upright со спектрометром Solar TII)
……………………………………………………………………………………………………………… 36
2.2.1 Принцип работы оптической спектральной системы ……………………… 39
2.3 Методика подготовки образцов к послерадиационным исследованиям 43
2.4 Методика определения профилей остаточных напряжений в образцах
Al2O3: Cr ……………………………………………………………………………………………….. 46
Глава 3. Результаты и обсуждение…………………………………………………………. 48
3.1 Определение функции разрешения ЛКС-микроскопа ……………………….. 49
3.2 Спектры люминесценции R-линий …………………………………………………… 53
3.3 Профили остаточных механических напряжений……………………………… 57
Глава 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение ……………………………………………………………………………….. 60
4.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………….. 60
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 60
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………… 61
4.1.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 63
4.1.4 Оценка готовности исследования к коммерциализации …………………. 67
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования ………………………………………………………………………………………… 70
4.2 Инициация исследования …………………………………………………………………. 72
4.3 Планирование управления научным исследованием …………………………. 77
4.3.1 Иерархическая структура работ исследования……………………………….. 77
4.3.2 Контрольные события исследования ……………………………………………… 77
4.3.3 План исследования ……………………………………………………………………….. 78
4.3.4 Бюджет научного исследования …………………………………………………….. 80
4.3.4.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за вычетом
отходов)………………………………………………………………………………………………… 81
4.3.4.2 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ
……………………………………………………………………………………………………………… 82
4.3.4.3 Основная заработная плата …………………………………………………………. 82
4.3.4.4. Отчисления на социальные нужды …………………………………………….. 84
4.3.4.5 Научные и производственные командировки ……………………………… 85
4.3.4.6 Оплата работ, выполняемых сторонними организациями и
предприятиями ……………………………………………………………………………………… 85
4.3.4.7. Накладные расходы …………………………………………………………………… 86
4.3.5 Реестр рисков проекта …………………………………………………………………… 87
4.4 Оценка сравнительной эффективности исследования……………………….. 90
Глава 5. Социальная ответственность ……………………………………………………. 94
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов …………………. 94
5.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней
опасного и вредного воздействия и устранению их влияния на работающих
……………………………………………………………………………………………………………… 97
5.2.1 Организация работы ……………………………………………………………………… 97
5.2.2 Организация рабочего места оператора ЭВМ ………………………………… 97
5.2.3 Условия безопасной работы ………………………………………………………… 100
5.3 Лазерное излучение ……………………………………………………………………….. 103
5.4 Электробезопасность ……………………………………………………………………… 105
5.5 Пожарная и взрывная безопасность………………………………………………… 107
Заключение …………………………………………………………………………………………. 109
Список литературы ……………………………………………………………………………… 110
Приложение A …………………………………………………………………………………….. 114

1.Комаров Ф. Ф. Нано- и микроструктурирование твёрдых тел
быстрымитяжёлымиионами. УФН, 187:5(2017), 465–504; Phys.
Usp., 60:5 (2017), 435–471.Каплянский А.А. и Пржевуский А.К.
Пьезоспектроскопический эффект в кристаллах рубина.– ДАН СССР.
Физика, 1962, т.142, № 2, с.313-316.
2.Ma. Q., Clarke D. R. Stress Measurement in Single-Crystal and
Polycrystalline Ceramics Using Their Optical Fluorescence.- J. Am.
Ceram. Soc.,1993, v.76,p.1433-1442.
3.V.A. Skuratov, N.S. Kirilkin, Yu.S. Kovalev, T.S. Strukova, K. Havanscak.
Depth-resolved photo- and ionoluminescence of LiF and Al2O3. Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research B 286 (2012) 61–66.
4.Wesch W., Wendler E. Ion Beam Modification of Solids. Springer
International Publishing, №61 (2016). – P. 534.
5.Canut B., Benyagoub A., Marest G., Meftach A., Moncoffre N., Ramos
S.M.M., Studer F., Thevenard P., Toulemonde M. Swift-uranium-ion-
induced damage in sapphire.- Phys. Rev.B, 1995, v.51, N18, p.12194–
12197.
6.Skuratov V.A., Zinkle S.J., Efimov A.E., Havancsak K. Swift heavy ion-
induced modification of Al2O3 and MgO surfaces.- Nucl. Instr. Meth. B,
2003, v.203, p.136-140.
7.Ковалев,ЮрийСергеевич.Пьезоспектроскопическийанализ
механическихнапряженийвAl2O3,вызванныхвоздействием
высокоэнергетических ионов : автореферат дис. … к. ф.-м. н : 01.04.07
/ Ковалев Юрий Сергеевич; [Место защиты: Моск. физ.-техн. ин-т
(гос. ун-т)]. – Дубна, 2016. – 18 с.
8.Ritchie G. G., Claussen C. A core plasma model of charged particle track
formation in insulators. – Nucl. Instr. Meth., 1982, 198, p. 133-138.
9.Metfah A., Brisard F., Constantini J. M., Dooryhee E., Hage -Ali M.,
Hervieu M., Stoquert J. P., Studer F., Toulemonde M. Track formation in
SiO2 quartz and the thermal spike mechanism.- Phys. Rev.B, 1994, v.49,
p.12457-12463.
10. Toulemonde M., Paumier E., Dufour Ch. Thermal spike model in the
electronic stopping power regime. – Radiat. Eff., 1993, v.56, р. 201-206.
11. Wang Z. G., Dufour Ch., Paumier E., Toulemonde M. The Se sensitivity of
metals under swift-heavy-ion irradiation: a transient thermal process. – J.
Phys. Condens. Matter, 1994, v.6, p.6733-6750.
12. Dufour Ch., Audouard A., Beuneu F., Dural J., Girard J. P., Hairie A.,
Levalois M., Paumier E., Toulemonde M., A high-resistivity phase induced
by swift heavy-ion irradiation of Bi: a probe for thermal spike damage?– J.
Phys. Condens. Matter, 1993, v.5, p.4573-4584.
13. Metfah A., Djebara M., Stoquert J. P., Studer F., Toulemonde M.
Electronic stopping power threshold of sputtering in yttrium iron garnet.-
Nucl. Instr. Meth, 1996, B107, p.242-245.
14. Toulemonde M., Dufour Ch., Paumier E. Transient thermal process after a
high-energyheavy-ionirradiationofamorphousmetalsand
semiconductors.– Phys. Rev.B, 1992, v.46, No. 22, p.14362-14369.
15. Szenes G. Comparison of two thermal spike models for ion–solid
interaction. -Nucl. Instr. Meth. B 269 (2011) 174-179.
16. G. Szenes. General Features of Latent Track Formation in Magnetic
Insulators Irradiated with Swift Heavy Ions. – Phys. Rev. B 51 (1995).
17. Гольданский В. И., Ланцбург Е. Я., Ямпольский П. А. О
гидродинамическом эффекте при прохождении осколков деления
через конденсированное вещество. – Письма в ЖЭТФ, 1975, т. 21, с.
365-366.
18. Thompson D. A. High density cascade effects. – Radiat. Eff., 1981, 56, р.
105-108.
19. SkuratovV.A., Kim Jong Gun, Stano J.,Zagorski D.L. In-situ luminescence
as monitor of radiation damage under swift heavy ion irradiation.- Nucl.
Instr. Meth. B, 2006, v.245, Issue 1, p.194-200.
20. Sattonnay G., Moll S., Herbst-Ghysel M., Legros C., Costantini J.M.,
Thomé L. Nucl. Instr. Meth. B 266(2008), 3052. Title
21. Никифоров С. Н. Сопротивление материалов. Издание четвертое
(переработанное, дополненное): учеб. пособие / С. Н. Никифоров. – 4-
е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1966.
22. He, J. and Clarke, D. R. (1995), Determination of the Piezospectroscopic
Coefficients for Chromium‐Doped Sapphire. Journal of the American
Ceramic Society, 78: 1347-1353.
23. Follstaedt D.M., Norman A. K., Doyle B. L., McDaniel F. D. Strain fields
around high-energy ion tracks in -quartz. – Appl. Phys. 100(2006),
064306-6.
24. He Jun and Clarke D. R. Determination of the piezospectroscopic
coefficients chromium-doped sapphire.- J. Am. Ceram. Soc., 1995, v.78,
N5, p.1347-1353.
25. Grabner L. Spectroscopic Technique for the Measurement of Residual
Stress in Sintered Al2O3. J. Appl. Phys. 49[2] (1978), 580-583.
26. Bruneel, J. L., Lassègues, J. C. and Sourisseau, C. In‐depth analyses by
confocal Raman microspectrometry: experimental features and modeling of
the refraction effects. J. Raman Spectrosc., 33 (2002), 815-828.
27. Maruyama Y., Kanematsu W. Confocal volume in laser Raman
microscopy depth profiling. Journal of Applied Physics 110 (2011), 103-
107.
28. Sheng G., Todd, R. Confocal fluorescence microscopy in alumina-based
ceramics: Where does the signal come from?. J. of the European Ceramic
Society, 30 (2010), 641-648.
29. ИНТЕГРА Спекртра. Руководсто по эксплуатации [Электронный
ресурс] /–.Режимдоступа:https://www.ntmdt-
si.ru/data/media/files/manuals/NTEGRA%20SP/NT_Spectra-
UpR_Solar_Px.R.pdf, свободный
30. Ускорительный комплекс IС-100 [Электронный ресурс] / –. Режим
доступа: http://flerovlab.jinr.ru/flnr/ic-100.html, свободный
31. V.A. Skuratov, J. O’Connell, N.S. Kirilkin, J. Neethling. On the threshold
of damage formation in aluminum oxide via electronic excitations. Nucl.
Instr. Meth. B 326 (2014) 223–227.
32. J.H. O’Connell, R.A. Rymzhanov, V.A. Skuratov , A.E. Volkov and N.S.
Kirilkin. Latent Tracks and Associated Strain in Al2O3 Irradiated with
Swift Heavy Ions. Nucl. Instr. Meth. B 374 (2016) 97-101.
33. Федеральный закон «Об основах охраны труда» от 17.07.1999 г. №
181-ФЗ.
34. СанПиН 5804-91. Санитарные нормы и правила устройства и
эксплуатации лазеров.
35. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Санитарно-эпидемиологические правила и
нормативы «Гигиенические требования к ПЭВМ и организации
работы».
36. СН2.2.4/2.1.8.566-96.Санитарныенормы.Производственная
вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.
37. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность.
38. Пожаро- и взрывобезопасность промышленных объектов. ГОСТ
Р12.1.004-85 ССБТ Пожарная безопасность.