ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ МОНОКРИСТАЛЛОВ В КОСМОСЕ «ВАМПИР»

Бондарь Л.А.; Хайбуллина К.Р.; Черникова В.Ф.

УДК 3937 7642

Бондарь ЛА.

Студент 2 курса ФГБОУ ВО "БГУ" г. Усть-Илимск, РФ Хайбуллина К.Р. Студент 3 курса УК ОГУ г. Оренбург, РФ Черникова В.Ф. Студент 3 курса УК ОГУ г. Оренбург, РФ

ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ МОНОКРИСТАЛЛОВ В КОСМОСЕ «ВАМПИР»

Аннотация

В данной работе будет рассматриваться физико-химический процессы и материалы в условиях космоса, а именно эксперимент под шифром «Вампир», что раскрывает Выращивание кристаллов соединений А2В6 из раствора во вращающемся магнитном поле. Секцией координационного научно-технического совета данного эксперимента - Космическое материаловедение.

Целью опыта является получение в условиях микрогравитации полупроводниковых кристаллов CdZnTe из раствора в теллуре (или в кадмии) с высокой степенью однородности свойств.

Эксперимент по выращиванию монокристаллов «Вампир» обещает быть успешным, основываясь на прошлых подобных опытах

Ключевые слова

Монокристаллы, мкс, модуль "Наука", вращающееся магнитное поле, кадмий-цинк-теллур, эксперимент "Вампир"

Bondar L.A.

2nd year student of FGBOU VO "BSU" Ust-Ilimsk, Russia Khaibullina K.R. 3rd year student of UC OSU Orenburg, Russia Chernikova V.F. 3rd year student of UC OSU Orenburg, Russia

EXPERIMENT ON GROWING SINGLE CRYSTALS IN SPACE, THE "VAMPIRE"

Annotation

This work will consider the physicochemical processes and materials in space, specifically the experiment under the code "Vampire", which reveals the Growing of crystals of A2B6 compounds from solution in a rotating magnetic field. Section of the coordinating scientific and technical council of this experiment - Space materials science.

The goal of the experiment is to obtain semiconductor CdZnTe crystals under microgravity conditions from a solution in tellurium (or in cadmium) with a high degree of homogeneity of properties.

Experiment on growing single crystals "Vampire" looks promising, it is based on previous similar experiments

Keywords

Single Crystal(Monocrystalline), ISS, ISS Module "Nauka", Rotating Magnetic Field, Cadmium Zinc Telluride, "Vampire" Experiment

Изначально поговорим о модуле, на котором будет проводиться данное исследование.

Рисунок 1 - МЛМ «Наука», пристыкованный к МКС (эскиз) Источник:https://isrscience.ru/launch/launch-mlm-u-nauka-roscosmos/?post_id=6096&action=image

«Наука» - многоцелевой лабораторный модуль российского сегмента Международной космической станции. Цель модуля включает в себя различные эксперименты, исследовательские работы, решение практических задач и подобное, но в этой работе мы поговорим конкретно об опыте с шифром «Вампир». Это название расшифровывается как «Вращающееся магнитное поле».

Полное название этого эксперимента: «Выращивание кристаллов соединений А2В6 из раствора во вращающемся магнитном поле»

Целью эксперимента является получение кристаллов кадмий-цинк-теллур(CdZnTe) в условиях микрогравитации.

Рисунок 2 - монокристаллические подложки CdZnTe

Источник: http://old.giredmet.ru/ru/products/monoCdZnTe/

Эти кристаллы используются для детекторов и спектрометров ионизирующих излучений. Кристаллы являются полупроводниковым материалом, свойства которого позволяют использовать его для регистрации гамма-излучения при радиационном контроле и спектроскопии, в приборах медицинской техники, дозиметрии и контроле окружающей среды, а также в астрофизике и космической технике.

Ранее проводимые эксперименты по программам «Фотон», «Фотон-М» подтвердили возможность выращивания монокристаллов на орбите. Теперь же была поставлена цель использовать условия космоса для создания такой гравитации, с помощью которой можно было бы усовершенствовать процесс создания монокристаллов и их качеств.

Изначально предполагается провести эксперименты по однородному росту кристаллов кадмий-цинк-теллур из раствора методом движущегося нагревателя. Этот метод заключается в том, что в ростовую ампулу загружают затравочный кристалл, на него помещают слиток, при расплавлении

которого формируется жидкая зона раствора-расплава на основе теллура, в верхней части помещается поликристаллическая заготовка теллурида кадмия. При перемещении ампулы вниз происходит растворение поликристаллической заготовки, диффузия растворенного соединения через жидкую зону раствора-расплава и кристаллизация соединения на затравочном кристалле. Этот способ применяется на Земле, так зачем же проводить его в космосе? В космических условиях отсутствует или значительно ослаблена превалирующая на Земле термогравитационная конвекция, которая является причиной многих дефектов в кристаллах. Если проще, то на Земле закон Архимеда действует в полную меру и это приводит к деформации. Из-за отсутствия гидростатического давления у расплава отсутствует плотный контакт со стенками сосуда, что приводит к тому, что кристалл формируется под действием собственного веса и это приводит к уменьшению плотности смещений в растущем кристалле. Применение метода движущегося нагревателя позволяет понизить температуру в эксперименте и помогает снизить количество термодинамических дефектов в кристаллической решетке.

Предполагается, что использование магнитных полей для выращивания поможет улучшить качество получаемого материала. Их использование равномерное распределение свойств во всем объеме кристалла. Основанием этих предположения является опыт прошлых экспериментов.

Для проведения эксперимента «ВАМПИР» используется комплект научной аппаратуры «МЭП-01», предназначенной для выращивания кристаллов с использованием следующих методов: - зонной плавки; - объемной кристаллизации; - направленной кристаллизации (метод Бриджмена) и другими, производными от них.

«МЭП-01» включает в себя:

- технологический блок;

- систему управления;

- укладку с контейнерами с исходными для экспериментов материалами (образцами) и сменными носителями информации.

От этих экспериментов ожидают, что выращенные на орбите кристаллы будут иметь хорошую осевую симметрию, хоть на них и будут воздействовать остаточные ускорения и вибрации. Результаты планируемых экспериментов позволят уточнить значение оптимальной величины магнитной индукции для получения наивысшего качества материала, который стал бы примером на Земле.

Список использованной литературы:

Электронный ресурс удаленного доступа:

1. Полноценный космический корабль и часть МКС: все о российском модуле «Наука» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://hightech.fm/2021/07/29/module-science-work

2. Официальный сайт РОСКОСМОС. Многоцелевой лабораторный модуль «Наука» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.roscosmos.ru/

3. Популярные нанотехнологии Новости. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://popnano.ru/catalog/index.php?task=product&id=1083

4. Космические аппараты Фотон [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.samspace.ru/products/satellites_of_scientific_purpose1/ka_foton/

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Бондарь Л.А., Хайбуллина К.Р., Черникова В.Ф.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Бондарь Л.А., Хайбуллина К.Р., Черникова В.Ф.

EXPERIMENT ON GROWING SINGLE CRYSTALS IN SPACE, THE "VAMPIRE"

Текст научной работы на тему «ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ МОНОКРИСТАЛЛОВ В КОСМОСЕ «ВАМПИР»»