CC BY
12
Виявилося, що за часом виконання уточнений кореляцшний метод зменшуе час проходження до 5-7 %, при обробщ одного зображення.
У разi iснування наборiв зображень ця величина зростае пропорцшно до розмiрностi набору. Це е ютотною перевагою, особливо з огляду на те, що методи центрування зображення е етапом загально! задачi збшьшення роз-дшьно! здатностi зображення.
Лггература
1. Грузман И.С., Киричук В.С., Косых В.П., Перетягин Г.И., Спектор А.А. Цифровая обработка изображений в информационшх системах: Учебное пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. - 168 с.
2. Крот А.М., Минервина Е.Б. Быстрые алгоритмы ы программы цифровой спектральной обработки сигналов и и изображений. - Минск: Навука i тэхшка, 1995. - 407 с.
3. Гиренко А.В., Корчагин П.А. и др. Методы корреляционного обнаружения объектов. - Харьков: АО "Бизнес-Информ", 1996. - 111 с.
4. Ярославский Л.П. Введение в цифровую обработку изображений. - М.: Сов. радио, 1979. - 312 с.
5. Путятин Е.П., Аверин С.М. Обработка изображений в робототехнике. - М.: Машиностроение. 1990. - 320 с.
6. Рашкевич Ю., Демида Б., Пелешко Д., Кустра Н. Центрування зображень на основi методiв кореляцшного аналiзу// Зб. наук. праць 1н-т проблем моделювання в енергетищ iм. Г.е. Пухова. - К.: НАНУ. - 2005, вип. 29. - С. 121-128.
УДК 535.343.2 Проф. З.П. Чорнш, д-р фiз.-мат. наук; assist. 1.Б. Шрко;
доц. В.М. Салапак, канд. фiз.-мат. наук - НЛТУ Украти
ВПЛИВ ДОМ1ШКОВИХ АН1ОН1В НА ЕФЕКТИВН1СТЬ
___ •• _ _ _ __ _ _
ГЕНЕРАЦП ЦЕНТР1В ЗАБАРВЛЕННЯ У КРИСТАЛАХ SrCh-Me+.
ОДНОВИМ1РНА МОДЕЛЬ
В одновимiрнiй моделi проведено розрахунки ймовiрностi утворення цен^в забарвлення у кристалах SrCl2-Me+. Дослщжено вплив домшкових юшв на ефектив-нiсть забарвлення кристалiв.
Prof. Z.P. Chornij; assist. I.B. Pirko; doc. V.M. Salapak - NUFWT of Ukraine
Influencing Doped Anions on Efficiency Generation Coloration Centres in Crystals SrCl2-Me+. One-Measure Model
The calculations of possibility of colouring centres creations in crystals SrCl2-Me+. were conducted in one-dimension model. The influence of doping ions on the effective ness of crystal colouring was researched.
Вступ
Кристали SrCl2, леговаш лужними металами, володдать надвисокою рад1ацшною чутливютю [1,2]. Структура центр1в забарвлення у кристалах SrCl2 та !х мехашзм генераци експериментально ефективно дослщжувалися в останш 30 роюв [1-5]. Однак теоретичш розрахунки ефективност генераци центр1в забарвлення та !х термошдукованих перетворень проведет тшьки в останш роки [6-8]. Ця робота присвячена теоретичному анал1зов1 впливу сш-вактиватор1в на рад1ацшну чутливють та ефектившсть РА^МА+-перетворень у кристалах SrCl2-Me+.
Постановка задач1
У роботi [2] встановлено, що радiацiйне забарвлення у кристалах БгС12-Ме+ виникае внаслiдок локалiзаци електрошв на ДВД та автолокалiзаци дiрок у Грагцi крисгала:
е - + Ме+(1) е+= Ук. (2)
Внаслщок прогiкання реакцiй (1) i (2) у кристаш генеруюгься (РА-Ук)-комплементарш пари. При температурах, вищих за температуру розпаду Ук-ценгрiв (Т > То), рухомi дiрки захоплюються на ДВД:
е ++ Ме+Уа+^ е+Ме+ Уа+= Ую. (3)
Внаслiдок проходження реакцiй (1) i (3) у кристалi утворюються (БА-Уко)-пари. Уко-центри мають низьку термiчну стабiльнiсть i при Т >Та (Та -температура термодисощацп центра) розпадаються. У результатi розпаду ви-никають БА^МА+-перетворення:
Уко --— Ме+е+ + Уа+ = Ука + Уа+ . (4)
Уа++ Ра ^ Уа+ Ме+ Уа0 = М+а- (5)
Проаналiзуемо вплив спiвакгиватора на протжання реакцiй (1-5). Сш-вактиватором вибрано домшки, якi створюють глибокi пастки для дiрок:
• гомолопчт анюни Бг- , I- , як створюють в гратщ кристала 8гС12 д1рков1 центри як ось (С1Бг)- 1 (С11)- . Ц1 центри терм1чно розпадаються у кристалах 8гС12 при температур1 порядку 150-170 К [2], що значно вище за температуру делокал1зацл Ук-центра (105 К) [3].
• юни Еи2+, як ефективно захоплюють д1рки з утворенням Еи3+-ютв.
• юни Еи3+ терм1чно стабшьт в гратщ кристалу 8гС12 до температури порядку 350 К [2].
Одновим1рна модель кристалу 8гС12-Ме+ з1 сп1вактиватором
Розглянемо одновимiрну модель кристалiв БгС12, якi леговаш iонами лужних металiв (Ме+-iонами) i домiшковими галогенами (X--iонами). Вiдомо, що обидвi домiшки входять у гратку кристала у виглядi iонiв замщення. Роз-рахунки проводилися, виходячи iз припущення, що взаемодiею мiж домшка-ми можна знехтувати, а розподш домiшок у кристалi вiдбуваеться зпдно зi статистичними закономiрностями. У такому випадку середню вiдстань мiж домшками в гратцi кристала визначае 1х концентрацiя.
При вмiстi домiшки 10-4 мол. % (слаболегованi кристали) середня вiдстань мiж домiшковими iонами становить 100 постшних кристалiчноl гратки, що значно перевищуе величину розльоту компонентов, створено! радiацiею електронно-дiрковоl пари. Центри забарвлення виникають тiльки у випадку, коли створеш ра-дiацiею електронно-дiрковi пари генеруються в околi домiшки (реакци (1) i (3)). Паралельно з цими реакщями протiкають рекомбiнацiйнi процеси:
е + + р = е+ + Ме+ Уа+ ^ Ме+Уа+ + ; (6)
е- + Уко = е- + е+Ме+ Уа+ ^ Ме+ Уа+ + Иу 2. (7)
Реaкцiï (б) i (V) зумовлюють висвiтлювaльну дда рaдiaцiï. У pasi, коли Kp^Tan мiстить чужеpоднi гaлогени X_ (X_ = Br_, J_), то при опромшенш про-тiкaють послiдовно тaкi pеaкцiï:
e+ + X- = Cl0 + X- ^ (ClX)- ; (S)
e- + (ClX)- - (ClX)=* ^ Cl- + X- + hv2. (9)
3a вщсутност в околi домiшки електpонно-дipкових тасток 3a ство-ренням центpiв зaбapвлення дaлi вiдбувaеться ïx pекомбiнaцiйне pуйнувaння тa зaбapвлення знигае пiсля припинення опромшення.
Для створення стaбiльниx центpiв зaбapвлення, якi не зникaють шсля припинення опpомiнення кpистaлa, необxiдно, щоб величинa розльоту компо -ненлв електpонно-дipковоï пapи булa спiвpозмipною з середньою вiдстaнню
мiж домiшкaми. Як погазують експеpиментaльнi pезультaти [2], ця умовa 3a-
_1 _2
довольняеться при концентpaцiï домшки 10 .„10 мол. % (середня вiдстaнь мiж домiшкaми стaновить 10-20 постшних rpara^. У цьому витадку регль-ний кpистaл можнa моделювaти одновимipним iонним лaнцюгом, довжину якого обмежують домiшковi iони [б]. У витадку кpистaлiв SrCl2-Me+ довжину юнного лaнцюгa обмежують ДВД. У кpистaлax SrCl2-Me+-X_ утворюються чотири типи лaнцюгiв, як пpедстaвлено нa рис. 1.
(+) автолокал^ована дгрка Рис. 1. Фрагменти юнних ланцюгiв, як рeалiзуються у Kpucmmi SrCl2-Me+-X
Рис. 1 а вщповщае випадку, який здшснюеться у кристалi SrC12-Me+-юнний ланцюг обмежений ДВД. Якщо тд дiею опромiнення всерединi такого ланцюга генеруеться елекгронно-дiркова пара, то !! релаксацiя (реакци (1) i (3)) зумовлююгь виникнення у крисгалi Ед-Уко-пари. На сгворення кожно! FA-Уко-пари виграчаегься два ДВД (мае мюце !х радiацiйне руйнування).
Рд-УКБ-пари у крисгалах SrC12-Me+ гермiчно сгабiльнi до температури 140 К [2]. При вищих температурах наступае гермоакгивацiйний обмiн атон-ною вакансiею мiж УКо i Е+-центром (реакци (4) i (5)).
У результат прогiкання реакцiй (4) i (5) БА-УКо-пари перетворюються в МА+-УКА-пари.
В iонних ланцюгах, як зображенi на рис. 1 b i рис. 1 с, довжину ланцюга обмежують з одного боку ДВД, з шшого - Х"-юн. Розпад у такому лан-цюгу електронно^рково! пари супроводжуеться реакщями (1) i (8) i у крис-талi вiдповiдно виникають (ЕА"С1Х)"-комплементарш пари. При цьому на створення кожно! пари цен^в забарвлення витрачаеться тшьки один ДВД. У складi (С1Х)"^ркового центра анiонна вакансiя вщсутня, що виключае проть кання реакци (11). Тому у створених БА-МА+-парах перетворення вiдсутнi.
Якщо iонний ланцюг обмежений на сво!й довжинi двома Х"-юнами (рис. 1 с), то в такому ланцюгу протiкають тшьки реакци (8) i (9) i вiдповiдно центри забарвлення не утворюються.
Конф^ураци ланцюгiв, якi наведено на рис. 1, з рiвною ймовiрнiстю реалiзуються тiльки у випадку, коли концентращя ДВД n1 i концентрацiя до-мiшкових галогенiв n2 збiгаються (n2 : n1 = 1 : 1). 3i змшою спiввiдношення n2/n1 мiж спiвактиваторами вклад кожно! iз зазначених конфiгурацiй у радь ацiйнi процеси змiнюеться.
Ми провели розрахунки:
• загального числа конф1гурацш для даного стввщношення ствактиватор1в n2/ni. Воно становить величину n2, де n = 1 + n2/ni;
• число конфкурацш дшянок ланцюпв, в яких генеруються центри забарвлення (рис. 1 а-с). Ця величина дор1внюе (2n - 1);
• ефективтсть утворення центр1в забарвлення (вщношення числа комплемен-тарних пар центр1в забарвлення nF до числа зруйнованих рад1ащею пар дипо-л1в 2nD). Ця величина визначаеться виразом 2n + 1/n + 1;
• ефективтсть протшання FA^MA -перетворень (стввщношення мiж числом МА+-центр1в i загальним числом створених рад1ащею ЕА-центр1в). Зазначена ефективтсть мае вигляд nM+ /nF+ = 1/2n + 1.
Результати розрахунюв у границях 0 < n2/n1 < 10 шюструе рис. 2. Вiдповiдно наведено розрахунки для протилежного випадку, коли кон -центращя ДВД n1 бшьша за концентрацiю домiшкових галогешв n2:
• загальне число конф1гурацш юнних ланцюпв становить величину n2, де
n = 1 + n1/n2;
• ефективтсть генерацп центр1в забарвлення становить величину n + 2/n + 1;
• ефективтсть протшання F+^M+ -перетворень визначаемо виразом: n/n + 2.
Результати розрахунюв у границях 1 < n1/n2 < 10 iлюструе рис. 3.
2
0
0
8
10
2 4 6
П2/П1
Рис. 2. Ефектившсть утворення FA-центрiв (пр+ /2п0) (крива 1) та
ефектившсть FA^MA+-термошдукованих перетворень (пм+ /пр+ ) (крива 2) у
кристалах 8гС12-Ме+-Х" (пр+ - концентрация ¥+-центр1в у кристалл;
П1 - концентрация ДВДу кристалл; п2 - концентрация X- -юшв у кристалл;
пм+ -концентрация МА+-центр1в у кристалл)
м+
2
1 >
0
0
8
10
2 4 6
П1/П2
Рис. 3. Ефектившсть утворення FA-центрiв (пр+ /2п0 ) (крива 1) та
ефективтсть FA^MA -термошдукованих перетворень (пм+ /пр+) (крива 2) у
кристалах 8гС12-Ме+-Х" (пр+ - концентрация ¥+-центр1в у кристалл; п1 - концентрация ДВД у кристалл; п2 - концентрация Х^-ютв у кристалл; пм+ - концентрация МА-центр1в у кристалл)
1
1
Обговорення результат1в
У кристалах SrCl2-Me+ утворюються тiльки ïohhï ланцюги, як обмежет по довжинi ДВД (рис. 1 а). При розпадi електронно-дiрковоï пари в таких лан-цюгах при створенш одте1" пари центрiв забарвлення руйнуеться одна пара ди-полiв i ефективнiсть центрiв забарвлення пРд / 2nD = 1. Вiдповiдно при на^ван-
нi кристала термоактивацiйний розпад кожно1 FA-VкD-пари супроводжуеться ви-никненням однiеï MA+-VKA-пари цен^в забарвлення та nM+ /nF = 1.
MA A
У кристалах SrCl2-Me+-X- з рiвною концентрацiею спiвактиваторiв (n2/n1 = 1), як вщзначалося вище, з рiвною ймовiрнiстю утворюються чотири типи юнних ланцюпв (рис. 1). Забарвлення виникае тшьки в ланцюгах, зоб-ражених на рис. 1 а-с. При цьому на утворення трьох комплементарних пар цен^в забарвлення (одте1' FA-VKD i двох ^-(СШг^-пар) витрачаемо двi пари ДВД. Отже, ефективтсть руйнування диполiв nFA /2nD =1,5. Водночас, iз
трьох утворених геенрацiею FA-центрiв FA^■MA+-перетворення протiкають тiльки в FA-VKD-парах, тобто iз трьох створених радiацiею FA-центрiв даних перетворень зазнае тiльки один центр (nM+ /nFA= 1/3). У мiру збiльшення
концентрацiï галогенiв (при постшнш концентрацiï ДВД) ефективнiсть генерацп цен^в забарвлення зростае (рис. 2, крива 1) i в граничному випадку до-сягае значення 2. I, навпаки, з ростом концентраци галогешв ефективтсть FА^■МА+-перетворень зменшуеться до нуля (рис. 2, крива 2).
У протилежному випадку, коли концентращя диполiв переважае кон-центрацда галогенiв, в мiру зростання концентраци ДВД (при постшнш кон -центраци Х--юшв у кристалi) ефективтсть генерацп падае (рис. 3, крива 1), а FA^MA+-перетворення - зростае (рис. 3, крива 2). У граничному випадку обидва сшввщношення досягають значення 1.
Висновки
1. 1они Cl- i Br- належать до гомолопчного низки галогешв, а ïxm юнт ра-дуси вiдрiзняються на величину порядку 20 %. Тому Вг--юни добре роз-чиняються в Гратщ кристала SrCl2 до величини порядку 10 мол. %. Добра розчинтсть iонiв Br- в гратщ кристала SrCl2 затруднюе очищення крис-талiв вiд них. Можна вважати, що кристали SrCl2 як фонову домшку зав-жди мiстять Вг--юни. Вказаний чинник пояснюе деяк вщмшност радь ацiйних властивостей кристалiв SrCl2, вирощених у рiзних лабораторiях.
2. Гранична розчинтсть ютв лужних металiв у кристалах SrCl2 становить величину порядку 10-1 мол. %. Тому легування кристалiв SrCl2 домшка-ми SrBr2 1 мол. % може дозволити збшьшити радiацiйну чутливiсть у кристалi майже у два рази.
3. Необхщно очiкувати, що у кристалах MeF2-Ме+-Eu2+ FA-центри термiчно стабшьт при кiмнатнiй температурi, що вщкривае можливiсть створюва-ти на ïx основi надчутливi матерiали для комп,ютерноï флюорографiï.
Л1тература
1. Архангельская В.А. Центры окраски в ионных кристаллах. Итоги и перспективы практического использования// Тр. ГОИ. - 1983, № 52. - С. 34-44.
2. Чорнш З.П. 1онш процеси в радiацiйно забарвлених кристалах галогенiдiв двовален-тних металiв. Докт. дисерт. Львiв, 2000 р.
3. Hayes W. Stoneham A.M. Crystals with fluorite structure. - Oxford: Clarendon Press, 1974. - 448 р.
4. Феофилов П.П. Поляризованная люминесценция кубических кристаллов// УФН. -1956, т.58, № 1. - С. 69-84.
5. Smakula A. Color Centers in Calcium Fluoride and Barium Fluoride Cristals// Phys. Rev. -1950 - v.77, N4. - P. 408-409; Bleaching of CaF2crystals colored by X-rays// Phys. Rev. - 1953. -v.91, N12. - P. 1570-1571.
6. Качан С.1., Шрко 1.Б., Салапак В.М., Чорнш З.П., Дубельт С.П. Домшково-вакан-сшт агрегати в легованих кристалах флюорипв// Вiсник НУ мЛьвiвська пол^ехшка". "Елек-тронiкам № 513. 2004. - С. 131-136.
7. Чорнш З.П., ГИрко 1.Б., Салапак В.М., Дячук М.В. Мехашзм генерацп цен^в за-барвлення в легованих кристалах флюорипв. I. Одновимiрна модель// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-технiчн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2005, вип. 15.1.- С. 298-307.
8. Чорнш З.П., Шрко 1.Б., Салапак В.М., Дячук М.В. Генеращя цен^в забарвлення в легованих кристалах флюорипв. Одновимiрна модель. II.// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-технiчн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2005, вип. 15.1.- С. 170-174.
УДК66.04.45 1нж. С.Г. Ягольник; доц. В.1. Троцький., канд. техн. наук;
проф. Я.М. Ханик, д-р техн. наук - НУ "Л.beiec.rn полтехмка"
К1НЕТИКА Х1М1ЧНОГО МОДИФ1КУВАННЯ ЦЕОЛ1Т1В СУЛЬФАТНОЮ КИСЛОТОЮ
Дослщжено кшетику вилучення катюшв Na+, Ca2+, K+ та Al3+ з природного цео-л^у 5 %-ою сульфатною кислотою.
Eng. S.G. Yagolnyk; doc. V.I. Trocky; prof. Ya.M. Hanyk-NU "LvivskaPolytehnika"
Kinetics of chemical modification of zeolites by sulfate acid
Kinetics of exception of cations is explored Na+, Ca2+, K+ and Al3+ from a natural zeolite by a 5 % sulfate acid.
Природш цеол1ти знаходять широке застосування в р1зних галузях промисловост внаслщок сво!х ушкальних адсорбцшних властивостей та значних запаЫв у надрах Земль Природш цеол1ти володдать розвиненою пи-томою поверхнею i високою адсорбцшною та юнообмшною здатшстю, е у десятки раз1в дешевшими за синтетичш сорбенти.
Для використання цеолтв у технолопчних щлях необх1дне !х ф1зичне i х1м1чне модиф1кування [1]. Ф1зичне модиф1кування (помел, класифшащя) забез-печуе однорщшсть за х1м1чним та дисперсним складом. Метою х1м1чного моди-ф1кування е збшьшення адсорбцшно! мюткосп стосовно певного компоненту.
Елементарним буд1вельним блоком кристал1чно! решпки цеолггу е кремшево- i алюмокиснев1 тетраедри, в яких атоми кисню мютяться або в центру або у вершинi пiрамiди [2]. Тетраедри утворюють складшшу структуру - кубооктаедри. В алюмосилшатах частина iонiв чотиривалентного крем-шю завжди замiщена iонами тривалентного алюмшш, внаслiдок чого алюмо-тетраедри мають негативний заряд. Значення компенсуючих катюшв, що ней-тралiзують негативний заряд, вщшрають iони металiв - натрда, калiю, каль-
