Математическое моделирование радиационно-химических реакций в чистом кварцевом стекле

• Автор: Шапошников, Филипп Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Глава I. Литературный обзор.

1.1. Основные понятия

1.1.1. Дефекты и центры окраски стекла

1.1.2. Методы исследования радиационных центров окраски РЦО в волоконных световодах

1.1.3. Характер взаимодействия уизлучения с сеткой стекла

1.2. Модели и реакции.

1.2.1. Модели стеклообразного состояния.

1.2.2. Радиационнохимические реакции в кварцевом стекле

1.2.3. Кинетика накопления дефектов.

1.2.4. Теоретические концепции кинетики.
1.2.5. Обоснование теоретической концепции кинетики.
1.2.6. Релаксация Кольрауша. Степенные параметры
1.2.7. Параметр . Низкомерные системы
1.2.8. Общие результаты теоретической кинетики
Глава II. Образцы и экспериментальная методика
2.1. Исследуемые световоды
2.2. Оценка концентраций технологических примесей в образцах
световодов
2.3. Экспериментальная установка для регистрации кинетики
наведенного поглощения в волоконных световодах
2.4. Метод расчета коэффициента наведенного поглощения в волоконных
световодах
2.5. Методика выбора режима облучения образцов
Глава III. Экспериментальные результаты.
3.1 Общие закономерности поведения уровня НП на длине волны 0 нм при уоблучении в световодах из стекла КУ
3.1.1. Влияние коротких облучений мин с одинаковой мощностью дозы на эффект радиационного просветления
3.1.2. Влияние длительных облучений мин с одинаковыми мощностями дозы на эффект радиационного просветления.
3.1.3. Влияние импульсного облучения мин с различными мощностями доз на эффект радиационного просветления
3.1.4. Особенности эффекта радиационной закалки при чередовании мощностей доз в импульсах
3.1.5. Особенности эффекта радиационной закалки при проведении облучения по схеме зондударзонд
3.1.6. Особенности эффектов радиационного просветления и радиационной закалки при проведении облучения по схеме зондудар с повышенной мощностью дозы
3.2. Общие закономерности поведения уровня НП на длине волны 0 нм при уоблучении низкогидроксильных VВЧ и V
световодов.
3.3. Анализ экспериментальных результатов
3.3.1. Обсуждение общего характера поведения константы скорости рекомбинации
3.3.2. графики в высокогидроксильных образцах КУ
3.3.3. графики в координатах 0 1 и 1п1па0аь I для высокогидроксильных световодов КУ
3.3.4. графики в обезразмеренных координатах релаксации Кольрауша в высокогидроксильных световодах КУ
3.3.5. Графики в низкогидроксильных V световодах.
3.3.6. Графики в координатах 0 1 и 1п1паоа для низкогидроксильных световодов и С.
3.3.7. Графики в обезразмеренных координатах релаксации Кольрауша в низкогидроксильных световодах I и С.
Глава IV. Кинетика бимолекулярных реакций в уоблученных волоконных
световодах
4.1. Модель.
4.2. Усреднение локальной разности концентраций.
4.3. Модифицированные уравнения. Реакция в объеме.
4.4. Решение кинетических уравнений.
4.4.1 Равные начальные концентрации А0 В0 ро
4.4.2 Неравные начальные концентрации А0 Во ро
Приложение 1. Скейлинг
Глава V. Заключение.
Литература


Методы ЭПР спектроскопии способны однозначно определять дефект и его зарядовую конфигурацию, а также позволяют установить абсолютную концентрацию парамагнитного центров в стекле, что относят к главным достоинствам метода. К недостаткам метода относят невозможность работать непосредственно с оптическим волокном. Методы оптической спектроскопии позволяют работать непосредственно с волоконным световодом даже в процессе облучения, чего масса и размеры современных серийных ЭПР спектрометров позволить не могут. Однако, интерпретация спектров наведенного облучением поглощения кварцевого стекла сложна и во многих моментах спорна, так как остается окончательно невыясненной природа некоторых пиков в спектре поглощения. Кроме того, технически сложно отслеживать изменение коэффициента поглощения при ионизирующем облучении в широком диапазоне длин волн в реальном времени. Поэтому, выбор длины волны наблюдения делается исходя из практических соображений основанных на последующем применении волоконных световодов. Моделирование уединенных дефектов в различном зарядовом состоянии внутри идеального кластера БЮг квантовохимическими методами позволяет предсказать особенности зонной структуры кварцевого стекла и, соответственно, показать влияние данного дефекта на спектры поглощения или люминесценции. Такой метод является хорошим дополнением теоретическим дополнением к методам экспериментального исследования дефектов кварцевого стекла и ограничен лишь объемом вычислительных ресурсов. Однако квантовомеханические методики не позволяют исследовать поведение дефекта во внешних полях с течением времени рождение и уничтожение дефекта, его взаимодействие с ближайшим окружением в ходе диффузионно или химически контролируемых реакций. Экспериментальные исследования, связанные с радиационнооптической устойчивостью РОУ волоконных световодов, позволили наблюдать кинетики накопления и распада радиационных центров окраски РЦО в сердцевине световода. Относительное изменение концентрации РЦО фиксируется по росту наведенного поглощения НП на выбранной длине волны в волокне в процессе облучения и его спада после выключения источника излучения. Вид кинетики НП в телекоммуникационных диапазонах 0 и нм определяется в основном тремя причинами технологией получения волоконных световодов т. К настоящему времени накоплен значительный объем данных по РОУ световодов. Однако, значительная часть исследователей ограничивается только феноменологическим подходом, не вдаваясь в рассмотрение механизмов радиационных реакций в сердцевине световода. Целесообразность математического моделирования процессов физикохимических преобразований при радиационных воздействиях в кварцевом стекле и оптическом волокне на его основе диктуется актуальными задачами теории и практики построения систем сбора и передачи данных в условиях повышенного радиационного фона. В настоящее время математическая модель, описывающая поведение коэффициента оптического поглощения в волокне на определенной длине волны в зависимости от времени, содержит систему кинетических уравнений первого или второго порядка, задающих создание и распад радиационных центров окраски в ходе параллельнопоследовательных химических реакций в стекле сердцевины световода. Формирование модели кинетики накопления и распада радиационных центров окраски возможно одним из трех методов. Первый основан на использования методов классической химической кинетики, второй на основе методов диффузионноконтролируемых реакций и третий методов флуктуационной кинетики. Отличие методов обусловлено учетом влияния пространственных неоднородностей в распределении плотности радиолитических компонентов и радиационных центров окраски на кинетические закономерности процессов в стеклах. В основе методов классической химической кинетики лежат предположения об однородности расположения реагентов по всему объему вещества, как в начальные, так и в последующие моменты времени. В моделях диффузионной кинетики учитываются эффекты, связанные с транспортом реагирующих частиц друг к другу.