Развитие пространственных неоднородностей в процессах минералообразования

• Автор: Ракин, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 04.00.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 301 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ НЕОДНОРОДНОСТИ
В КРИСТАЛЛООБРАЗУЮЩИХ СИСТЕМАХ
1.1. Температурно-концентрационные неоднородности
в подвижных средах кристаллизации
1.2. Неоднородности в диффузионных средах кристаллизации
Глава 2. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ НЕОДНОРОДНОСТИ КРИСТАЛЛОВ И
КРИСТАЛЛООБРАЗУЮЩИХ СРЕД
2.1. Оптические методы измерения локальных
неоднородностей физических свойств вещества
2.2. Теневые методы. Методы расчета показателя преломления
по теневым измерениям
2.3. Методы интерферометрии. Анализ интерференционной картины
Глава 3. ПРОЦЕССЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ РАСТВОРОВ
3.1. Концентрационное поле растущего кристалла
3.2. Развитие крупномасштабных неоднородностей кристаллообразующего раствора
3.3. Закономерности эволюции высокотемпературных
сред кристаллизации
Глава 4. РАЗВИТИЕ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В
КРИСТАЛЛООБРАЗУЮЩЕЙ СРЕДЕ С ГРАДИЕНТОМ ПЛОТНОСТИ
4.1. Развитие тепловой и концентрационной конвекции в
открытой системе кристалл-среда
4.2. Процессы роста и растворения кристаллов разного состава
в подвижных многокомпонентных растворах
Глава 5. РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И
НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ГЕЛЕВЫХ СРЕДАХ
5.1. Гелевые среды кристаллизации. Развитие диффузионных
процессов при кристаллизации в гелях
5.2. Лимитирующие стадии кристаллизации в гелях
5.3. Развитие формы кристаллов в связи с неоднородностью
физико-химических параметров гелевой системы

Глава 6. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КРИСТАЛЛООБРАЗОВАНИЯ И ФРАКТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НЕОДНОРОДНОСТИ КРИСТАЛЛОВ
6.1. Эволюция формы кристалла в кинетическом режиме роста.
Моделирование оптимальных условий кристаллосинтеза
6.2. Модель роста скелетных и дендритных кристаллов.
Фрактальные свойства кристаллических объектов
6.3. Моделирование открытой неравновесной гелевой
системы кристаллообразования
6.4. Фрактальный анализ зональности кристаллов кварца Приполярного Урала
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Известно, что процессы кристаллогенезиса, в том числе важные для геологии процессы природного минералообразования, включают в себя: фазовые переходы (зародышеобразование, рост кристаллов); разнообразные химические реакции; переносы вещества и энергии в среде кристаллизации.
Все эти виды процессов функционально связаны с пространственными неоднородностями среды кристаллизации в форме различных градиентов: концентрации, температуры, плотности и скоростей движения кристаллообразующей среды.
Вследствие этого, изучение пространственных неоднородностей среды кристаллизации дает ключевую информацию о факторах, управляющих кристаллообразованием.
Таким образом, исследование закономерностей зарождения и последующей эволюции пространственных неоднородностей среды кристаллизации является весьма актуальной научной проблемой. Эта проблема несомненно принадлежит к числу фундаментальных в области минералогической кристаллографии и кристаллогенезиса.
Цель работы. Установление закономерностей развития пространственных неоднородностей в средах кристаллизации в процессах роста и растворения кристаллов и создание адекватных количественных моделей кристаллообразования, отражающих генезис пространственных неоднородностей.
Задачи исследования. 1. Создание экспериментальных оптических комплексов, позволяющих проводить локальные неразрушающие и синхронные измерения параметров среды кристаллизации и растущего кристалла в ходе кристаллообразования.
2. Исследование механизмов возникновения плотностных (концентрационных и температурных) неоднородностей в прилегающих к растущей поверхности кристалла областях раствора и в объеме кристаллизатора при росте и растворении кристаллов в различных термодинамических условиях. Выявление закономерностей эволюции кристаллообразующих сред при взаимодействии

пограничных слоев у поверхностей растущих и растворяющихся кристаллов, а также диффузионных фронтов на начальных этапах диффузии.
Шлирен метод. Задача исследования градиента показателя преломления (первой производной показателя преломления по пространственной координате) в линейном случае наиболее просто и с достаточной точностью решается методом Фуко-Теплера ("нож в фокусе") (Васильев, 1968; Ракин и др., 1983). Оптическая схема, изображенная на рис.2.1, наиболее близка к схеме Дворжака. В практических исследованиях отклонение лучей от первоначального направления не превышает 0.1 - 0.3 рад. Формула (2.2) в этом случае преобразуется в выражение
(г4)
К п ау
где К - радиус кривизны траектории луча. Если выполняется условие постоянства градиента показателя преломления по ходу движения луча, то угол отклонения его от первоначального направления при прохождении объекта будет связан с градиентом формулой
Ы = ~, (2-5)
п ау
где I - толщина объекта на просвет. Если условие постоянства градиента не выполняется, то, воспользовавшись вторым приближением в разложении формулы
(2.2) в ряд Тейлора и предположив сохранение второй производной показателя преломления, получим более сложное выражение:
(2.6)
/ ап
п Оу
1 а2п /2

п ау
Траектория луча в этом случае будет представлять собой параболу. Поскольку отклоненный луч проходит затем через воздух {п* 1), формула (2.5) с учетом показателя преломления упрощается до вида
Ща = 1~. (2.7)

Таким образом, задача теневых исследований - анализ распределения показателя преломления - сводится к измерению угла отклонения конкретного луча с помощью ножа, размещенного в фокусе объектива, и последующему численному интегрированию.