ИНХ СО РАН 425 ИНХ СО РАН 425-2

 

Лаборатория организована в 1960 г. в составе Отдела физики твердого тела Института теплофизики СО АН СССР. В 1968 г. лаборатория вместе с Отделом перешла в Институт неорганической химии СО АН. Первый заведующий лабораторией к.ф.-м.н. Э.В. Матизен возглавлял лабораторию до 1988 г. Основным направлением деятельности лаборатории являлось исследование термодинамических и кинетических свойств веществ в широких интервалах изменения температур, плотностей и давлений, особенно в области фазовых переходов и критического состояния. С открытием высокотемпературной сверхпроводимости лаборатория активно включилась в исследования этого уникального явления. В последние годы наряду с традиционными темами в лаборатории развиваются исследования процессов образования и разложения метановых гидратов – перспективного углеводородного топлива.

 Научные задачи  Партнеры  

Заведующий лабораторией д.ф.-м.н. РОМАНЕНКО
Анатолий Иванович
59-77 330-75-31 104(III)
Заместитель заведующего к.ф.-м.н. ЛАВРОВ
Александр Николаевич
54-20   118(III)
  к.ф.-м.н. БЕЗВЕРХИЙ
Пётр Петрович
54-25 330-95-25 120(III)
  БЛИНОВ
Александр Геннадьевич
59-92 330-95-25 106(III)
  ГОЛОТА
Михаил Яковлевич
59-76 330-95-25 107(III)
  к.ф.-м.н. ЖДАНОВ
Камиль Равильевич
59-76 330-95-25 107(III)
  к.г.-м.н. КАМЕНЕВА
Маргарита Юрьевна
54-22 330-95-25 120(III)
  к.ф.-м.н. КАТКОВ
Михаил Валерьевич
59-71   122(III)
  д.ф.-м.н. МАРТЫНЕЦ
Виктор Гаврилович
54-25 330-95-25 120(III)
  к.ф.-м.н. ТКАЧЕВ
Евгений Николаевич
59-76, 59-77, 59-92 330-95-25 107(III)
  аспирант БРЯНЦЕВ
Ярослав Алексеевич
59-77 330-75-31 104(III)
  аспирант ЯКОВЛЕВА Галина Евгеньевна 59-77 330-75-31 104(III)


Фундаментальные научные задачи  

  • Экспериментальные исследования термодинамических и кинетических свойств перспективных неорганических веществ.
  • Изучение роли коллективных взаимодействий в физико-химических системах и их влияния на:
    1. возникновение самоорганизованного состояния в сверхпроводниках,
    2. структурные релаксации в низкоразмерных системах,
    3. процессы образования и разложения газовых гидратов,
    4. возникновение сильных корреляций,
    5. характеристики критических состояний; исследование магнитных и транспортных свойств оксидов переходных металлов с сильнокоррелированными электронными подсистемами,
    6. исследование влияния неоднородных электронных состояний в углеродных наноструктурах на их электрофизические и сверхпроводящее свойства.
  • Исследование термодинамических и кинетических свойств веществ в широких интервалах изменения температур, плотностей и давлений, особенно в области фазовых переходов и критического состояния.
  • Исследования процессов образования и разложения метановых гидратов. 

В настоящее время основным направлением исследований лаборатории является изучение термоэлектрических свойств новых перспективных термоэлектрических материалов.

Научные и производственные связи, партнеры  

  • Институт физики Китайской Академии Наук. Совместные исследования ВТСП, графитовых нанотрубок и наночастиц.
  • Sung Kyun KwanUniversity, Suwon 440-746, Korea, совместное исследование резистивных свойств перовскитов.
  • Central Research Institute of Electric Power Industry, Tokyo, Japan.

 

ИНХ СО РАН 451 ИНХ СО РАН 451-2

 

 Из истории   Научные задачи  Прикладные задачи   Партнеры  Производство кристаллов   

Сотрудники лаборатории

Штатная численность лаборатории превышает 50 человек, поскольку в состав подразделения входит опытное производство, включающее ростовой участок, участок оптико-механической обработки кристаллов, участок подготовки шихты и химобработки изделий, участок сборки сцинтиблоков, группу инженерно-технического обеспечения. Заведующий лабораторией – к.х.н. Шлегель Владимир Николаевич. 

Из истории

Подразделение было выделено из лаборатории эпитаксиальных слоев в отдельную научно-технологическую группу, в которой сочетаются НИОКР и опытное производство кристаллов, в конце 1991 года. Этому предшествовал период интенсивного формирования тематики, начавшийся с того, что перед небольшим коллективом сотрудников академиком Ф.А. Кузнецовым была поставлена задача автоматизации процесса выращивания лазерных кристаллов двойных щелочно-редкоземельных молибдатов и вольфраматов низкоградиентным методом Чохральского. Созданный А.А. Павлюком, низкоградиентный метод Чохральского являлся ключевой составляющей разработки, поскольку, используя традиционные подходы, не удавалось вырастить кристаллы этих соединений. Впервые соединения были синтезированы в лаборатории синтеза и роста монокристаллов РЗЭ и обладали рядом преимуществ по сравнению с известными лазерными материалами.

В составе лаборатории эпитаксиальных слоев сотрудники группы успешно участвовали в разработке и внедрении автоматизированных технологий выращивания лазерных и других функциональных кристаллов в отраслевые институты и на промышленные предприятия бывшего СССР – ГОИ им. С.И. Вавилова (Ленинград), НПО «Монокристаллреактив» (Харьков), Кироваканский химзавод, Красноярский завод цветных металлов и др. 

Момент административного выделения подразделения совпал со временем распада СССР и началом рыночных реформ. После 1992 года производство кристаллов на промышленных предприятиях, где институт внедрил технологии роста кристаллов, было свернуто, причем некоторые предприятия оказались за пределами России. Сохранить и далее развивать научно-технический потенциал в условиях резкого сокращения бюджетного и хоздоговорного финансирования удалось, организовав экспортно-ориентированное производство сцинтилляционных кристаллов германата висмута Bi4Ge3O12 (BGO). Кредитные ресурсы, необходимые для создания производственных мощностей, были получены благодаря поддержке Российским Фондом технологического развития (РФТР) проекта «Совершенствование технологии выращивания большеразмерных кристаллов германата висмута и создание на этой основе экспортно-ориентированного опытного производства сцинтилляционных элементов» с финансированием на возвратной основе. После успешного выполнения этого проекта в 1997-1998 гг. институт сумел занять достойное место на мировом рынке сцинтилляционных кристаллов.  

Фундаментальные научные задачи 

Фундаментальные исследования лаборатории, тесно связанные с решением прикладных задач, направлены, в первую очередь, на развитие научных основ процесса выращивания кристаллов из расплава разработанной в институте низкоградиентной модификацией метода Чохральского (LTG Cz – low thermal gradient Czochralski technique).

Направления фундаментальных исследований

  • Изучение формообразования кристаллов смешанных оксидов и их морфологии в условиях низких градиентов температуры и доминирования послойного механизма роста; изучение макрорельефа поверхности и реальной структуры кристаллов.
  • Изучение связи свойств и реальной структуры кристаллов с условиями роста, формообразованием, стехиометрией и с примесным составом.
  • Моделирование тепло-массопереноса в условиях низкоградиентного метода; анализ динамики процесса выращивания, как объекта управления, получение необходимых для этого физико-химических констант.

ИНХ СО РАН 451-1Объекты

Сотрудниками лаборатории были детально изучены условия выращивания в низких градиентах ряда совершенных оксидных сцинтилляционных кристаллов – Bi4Ge3O12 (BGO), CdWO4, ZnWO4 , а также других оксидных функциональных кристаллов, в частности, LiNbO3, Bi12GeO20, Bi12SiO20, Pb2MoO5 и т.п. 

В настоящее время основными объектами исследований являются кристаллы ZnMoO4, Li2MoO4, Na2Mo2O7, PbMoO4 и другие кристаллы, используемые в качестве рабочего тела в криогенных болометрах, применяемых в астрофизике частиц для поиска т.н. редких событий – двойного безнейтринного бета-распада и обнаружения гипотетических частиц WIMP. Для экспериментов в этой области требуются высокосовершенные изотопно-обогащенные сцинтилляционные кристаллы с низким уровнем радиоактивного фона. Первым шагом в этом направлении было выращивание в 2009 г. моноизотопного по кадмию кристалла 106CdWO4.) с уникальным (87%) коэффициентом использования ограниченного количества сырья (265 г), синтезированного ЗАО НеоХим. В последние годы были успешно выращены кристаллы Zn100MoO4 и Li2100MoO4 и др. для международных проектов LUMINEU, AMoRE‑II и CUPID‑Mo. На первой стадии этих работ использовался оксид 100Mo2O3; позднее в качестве исходного сырья служил металлический молибден, обогащенный изотопом 100Mo. 

 

Прикладные задачи, решаемые и разрабатываемые лабораторией  

  • Разработка и модернизация ростового оборудования с автоматическим весовым контролем для выращивания кристаллов низкоградиентным методом Чохральского.
  • Разработка технологии производства оксидных кристаллов, начиная от синтеза особочистых веществ– прекурсоров роста кристаллов (Bi2O3; WO3; MoO3 и др.), заканчивая обработкой кристаллов и рециклированием отходов изотопно-обогащенного сырья.
  • Развитие методов контроля и системы управления качеством в производстве кристаллов и изделий на их основе.

 

Научные и производственные связи, партнеры  

Подразделение тесно сотрудничает со следующими институтами и организациями:

  • Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
  • Институт теплофизики им С.С. Кутателадзе СО РАН
  • Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
  • ГП «Германий», Красноярск

 

Зарубежные связи

  • Институт ядерных исследований НАН Украины
  • Институт химии конденсированных сред, Бордо, Франция (Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux)
  • Институт космической астрофизики, Орсей, Франция (Institut d'Astrophysique Spatiale)
  • Центр ядерной спектрометрии и масс-спектрометрии, Орсей, Франция (Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse)
  • Institute for Basic Science, Daejeon,Korea

. 

Экспортно-ориентированное производство кристаллов германата висмута

Финишным продуктом производства являются сцинтилляционные элементы на основе кристаллов BGO, а также сцинтиблоки и детектирующие матрицы. Вес кристаллических буль BGO, выращиваемых методом LTG Cz на разработанных в ИНХ производственных установках НХ780, достигает 70 кг. Кристаллы, выращиваемые однократной кристаллизацией, имеют радиационную стойкость на уровне ~106 рад.

ИНХ СО РАН 451-2 ИНХ СО РАН 451-3
Стадии производства элементов на основе кристаллов BGO Производственная ростовая установка НХ780

 

Стабильная технология – результат многолетнего исследований и сотрудничества лаборатории с другими институтами СО РАН – ИЯФ, ИГиГ и ИАиЭ, а также с ФТИ РАН, начало которому было положено ещё в бывшем СССР. Поскольку радиационная стойкость зависит как от условий роста, так и от присутствия примесей на уровне долей ppm, ключевую роль в достижении стабильности играет организация в ИНХ синтеза исходного оксида висмута в и контроль всех стадий производства.

Среди зарубежных потребителей кристаллов BGO, производимых институтом, насчитывается более трех десятков научных организаций и фирм. В ряде случаев ИНХ СО РАН являлся единственным производителем, обеспечивающим требуемое экстремальное качество кристаллов для крупных физических проектов:

  • Еще в 1999 г. 48 кристаллов BGO размером 20x90x(310-345) мм3 были изготовлены для вето-экрана спектрометра IBIS – одного из двух основных инструментов международной орбитальной астрофизической лаборатории INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory), созданной в рамках Европейского космического агентства. Выведенная на орбиту российской ракетой “Протон” в октябре 2002 года, эта лаборатория до сих пор играет важную роль в исследованиях ученых Европы, США и России.
  • В 2013 году в Норильске успешно завершила полет запущенная в Швеции международная стратостатная станция POGoLite, целью которой являлось изучение поляризованного гамма-излучения вселенной. Для этого проекта ИНХ изготовил более 400 высококачественных кристаллов BGO сложной формы с общим весом более 300 кг.
  • С марта 2015 в составе гамма-спектроскопа межпланетного зонда Dawn, запущенного NASA в 2007, кристалл BGO, выращенный в ИНХ, вращается вокруг карликовой планеты Церера.
  • В 2009-2011 гг. в ИНХ было изготовлено 1260 клиновидных кристаллов 20-ти типоразмеров общим весом 1,8 тонны для 4πэлектромагнитного калориметра Отделения ядерной физики университета, Университета Тохоку, Сендай.
  • В 2011-2013 гг. радиационно-стойкие кристаллы сложной формы изготовлены для рентгеновского космического телескопа ASTRO-H, разработанного Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA).

 

Российский рынок

Потребление кристаллов BGO в России постепенно нарастает, однако оно остается недостаточным, чтобы сделать его рентабельным, и именно экспортная основа создала возможность обеспечить высококачественными кристаллами отечественных  приборостроителей. С другой стороны, хотя объем российского рынка относительно невелик, он связан с решением государственных задач первостепенной важности – геологоразведкой, системами обнаружения ВВ, промышленной томографией на предприятиях ВПК и др.

Сотрудники

 

Заведующий лабораторией к.х.н. ШЛЕГЕЛЬ 
Владимир Николаевич
59-69 330-34-88 241(всп.)
Материально-ответственн. ЗУЕВА 
Елена Петровна
59-63 330-72-30 241(всп.)
  АТОРИН 
Владимир Михайлович
55-29   148(всп.)
  БЕЛЫХ 
Николай Тимофеевич
59-86   150(всп.)
  БЕРЕЗНЯК 
Оксана Леонидовна
55-38   141(всп.)
  БОРОВЛЁВ 
Юрий Алексеевич
55-18, 59-65 333-15-46 137(всп.), 125(I)
  БРАГИН 
Роман Игоревич
55-18 333-15-46 137(всп.)
  БУРДУКОВА 
Марина Викторовна
57-72   149(всп.)
  ВАЛИКОНИС 
Елена Константиновна
57-85 330-34-88 241а (всп.)
  к.х.н. ВАСИЛЬЕВ 
Ян Владимирович
59-66 330-34-88 241(всп.)
  ВЕЙТ 
Роберт Эмануэлович
59-86   150(всп.)
  ВОРОНИНА 
Галина Семёновна
53-53, 59-74 333-15-46

140(всп.), 151(всп.)

  ДЕНИСОВА
Татьяна Николаевна
55-81 330-34-88 228(II)
  ЖДАНКОВ 
Василий Николаевич
53-79   240(всп.)
  ЖИРАКОВСКИЙВладимир Юрьевич 55-96   248а (всп.)
  ЗАЙКОВА 
Марина Евгеньевна
59-86   150(всп.)
  ИВАННИКОВА 
Нина Валентиновна
59-98   119(I)
  д.х.н. ИВАНОВ 
Игорь Михайлович
53-23 330-66-46 216(II)
  КАРАУЛЬНЫХ 
Владислав Аркадьевич
59-86   150(всп.)
  КАРНАКОВ
Игорь Владимирович
57-72, 59-69 330-34-88 149(всп.), 241(всп.)
  КАСИМКИН 
Павел Викторович
53-79   240(всп.)
  КИМСТАЧ 
Денис Викторович
59-86   150(всп.)
  КОВАЛЁВА 
Алла Николаевна
53-53 333-15-46 140(всп.)
  КУЗНЕЦОВ 
Геннадий Николаевич
57-72   149(всп.)
  КУРОЕДОВ 
Александр Васильевич
59-65   125(I)
  КУРУСЬ 
Алексей Федорович
57-79, 55-34   122(I), 123(I)
  ЛОЗОВОЙ 
Сергей Алексеевич
55-18, 59-65 333-15-46 125(I), 137(I)
  МАЗУРОВА 
Оксана Юрьевна
55-38   141(всп.)
  к.т.н. МАКАРОВ 
Евгений Павлович
55-81 330-34-88 228(II)
  МИРОМАНОВ 
Владимир Нестерович
54-79 330-34-88 146(всп.)
  МОСКОВСКИХ
Виталий Анатольевич
55-34 330-96-33 123(I)
  НАСОНОВ 
Сергей Георгиевич
55-18 333-15-46 137(всп.)
  к.х.н. НОВОСЁЛОВ 
Игорь Иванович
59-42, 55-71 336-63-29 165(2А), 105(I)
  ОСТРЕЦОВА 
Елена Олеговна
59-86   150(всп.)
  ПОСТУПАЕВА 
Анна Геннадьевна
57-85, 55-38 330-34-88 241(всп.), 141(всп.)
  ПРОТАСОВ 
Эдуард Николаевич
54-78, 59-86, 55-29   142(всп.),150(всп.),148(всп.)
  ПУСТЯКОВА 
Галина Потаповна
55-14 333-15-46 138(всп.)
  РЫЛОВА
Анна Викторовна
53-23, 55-38 330-66-46, 333-17-94 216(I), 141(всп.)
  САМЕЙЩЕВ 
Сергей Николаевич
  330-34-88 7(III)
  СКОВОРОДКИНА 
Марина Васильевна
55-38 333-17-94 141(всп.)
  СТЕГНИЕНКО 
Георгий Иванович
55-29 333-17-94 148(всп.)
  СУСЛОВА 
Мария Степановна
55-62   118(I)
  ТИМОШИНА 
Катерина Эрнестовна
59-86 333-17-94 150(всп.)
  ТКАЧЁВ 
Сергей Викторович
57-80, 57-79 330-34-88 1М122(I)
  ТЮРИКОВА 
Татьяна Владимировна
55-38 333-17-94 141(всп.)
  ТЕЛЕШЕВ 
Алексей Владимирович
59-86 333-17-94 150(всп.)
  ФЕДОТОВА 
Яна Сергеевна
57-85 330-34-88 241(всп.)
  ЦЫГАНОВА 
Юлия Владимировна
59-63 330-72-30 241(всп.)
  ЧУБАРЕВ 
Александр Павлович
59-66 330-34-88 241(всп.)
  ШНЫРИКОВА 
Екатерина Игоревна
55-38 333-17-94 141(всп.)
  ШУЛЕНКОВА 
Татьяна Юрьевна
59-86 333-17-94 150(всп.)
  ЮМАТОВА 
Римма Гавриловна
57-85 330-34-88 241(всп.)
  ЯНДУЛКИН 
Сергей Валерьевич
59-86 333-17-94 150(всп.)
  аспирант ГРИГОРЬЕВА 
Вероника Дмитриевна
59-98   119(I)