CC BY
1Физика Водных Растворов
Устный доклад
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА С ПОМОЩЬЮ АННИГИЛЯЦИИ ПОЗИТРОНОВ
Будаева Л.И., Степанов И.С., Разницын О.А., Карпов М.В., Степанов С.В.
НИЦ Курчатовский институт - ККТЭФ, Москва, Россия e-mail: [email protected]
Традиционная точка зрения на плавление состоит в следующем. По мере нагревания твердого тела в области температур ниже точки плавления, молекулы все больше и больше увеличивают амплитуду своих колебаний относительно равновесных положений. Поступление каждой новой порции тепла приводит к росту температуры тела. Однако при приближении к точке плавления приток тепла расходуется уже в большей степени не на увеличение амплитуды колебаний молекул, а на разрывы межмолекулярных связей, на накопление в кристаллической решетке структурных дефектов различных типов. Чтобы обеспечить подвод тепла, на поверхности твердой фазы должен существовать градиент температуры, иначе процессы дефектообразования и плавления протекать не будут. В условиях термодинамического равновесия, например, при постоянной температуре, равной температуре плавления, твердая и жидкая фазы будут сосуществовать сколь угодно долго при любом исходном соотношении объемов твердой фазы и жидкости. Плавление - неравновесный процесс, чтобы его запустить, нужно создать перегрев поверхность твердого тела (нагреть ее выше температуры плавления), при этом возникнет тепловой поток, в приповерхностном слое твердой фазы начнется процесс дефектообразования, сопровождающийся поглощением скрытой теплоты плавления.
Метод позитронной аннигиляционной спектроскопии позволяет обнаружить накопление дефектов ваканси-онного типа в твердых телах. Дело в том, что позитроны локализуются в таких дефектах, причем время жизни е+ зависит от типа присутствующих дефектов.
В данной работе проведены измерения временных аннигиляционных спектров во льду, начиная от -7.6 °С и выше. При 0 °С спектры измерялись в течение трех суток в условиях, максимально приближенных к равновесным. При этом согласно параметрам аннигиляционных спектров процесс плавления льда отсутствовал. Затем был создан перегрев поверхности льда +0.1 °С (спектры измерялись в течение 30 ч) и далее +0.4 °С. Спустя двое суток, лед вокруг источника е+ растаял, и эксперимент закончился. Параметры аннигиляционных спектров показывают, что накопление структурных дефектов, связанных с поглощением скрытой теплоты плавления при отрицательных температурах не происходит. Также теплота плавления не поглощается и при температуре плавления. Скрытая теплота плавления начинает поглощаться решеткой льда только при небольшом перегреве поверхности льда.
Рис.1. Параметры двухэкспоненциального разложения временных аннигиляционных спектров льда: слева -интенсивности и времена жизни е+ в зависимости от температуры льда, а справа - в зависимости от времени
измерения при разных перегревах поверхности льда.
Я1-—^
-а * a j о
С
1И 1« Î1S НО ЗН 39В 31! time, h
