Кинетика зародышеобразования при структурном ОЦК–ГПУ переходе в твердом гелии

Abstract

Проведено экспериментальное исследование кинетики образования зародышей ГПУ фазы в переохлажденной ОЦК фазе твердого ⁴Не и раствора ³Не–⁴Не, содержащего 1% ³Не. Использован метод прецизионного измерения давления кристалла при его охлаждении вдоль изохор вблизи линии фазового равновесия ОЦК–ГПУ. Обнаружено, что в ⁴Не время жизни метастабильной ОЦК фазы имеет сложную зависимость от величины переохлаждения, которая может быть описана с привлечением двух механизмов зародышеобразования — гомогенного и гетерогенного. Показано, что при больших переохлаждениях ОЦК фазы в тщательно отожженных кристаллах реализуется гомогенный механизм нуклеации, а при малых переохлаждениях — гетерогенный механизм, характеризующийся значениями активационных коэффициентов, которые на несколько порядков меньше гомогенных. Исследовано также влияние дефектов и примесей на процесс зародышеобразования. Обнаружено, что в неотожженных (дефектных) кристаллах ⁴Не частота зародышеобразования испытывает огромный разброс значений, что свидетельствует о плохой воспроизводимости от кристалла к кристаллу. Установлено, что для отожженных образцов раствора ³Не–⁴Не полученные данные о кинетике нуклеации могут быть описаны лишь механизмом гетерогенного зародышеобразования.

Проведено експериментальне дослідження кінетики утворення зародків ГЩП фази в переохолодженій ОЦК фазі твердого ⁴Не і розчину ³Не–⁴Не, що містить 1% ³Не. Використано метод прецизійного вимірювання тиску кристала при його охолодженні уздовж ізохор поблизу лінії фазової рівноваги ОЦК–ГЩП. Ви-явлено, що в ⁴Не час життя метастабільної ОЦК фази має складну залежність від величини переохоло-дження, яка може бути описана із залученням двох механізмів зародкоутворення — гомогенного та гетерогенного. Показано, що при великих переохолодженнях ОЦК фази в ретельно відпалених кристалах реалізується гомогенний механізм нуклеації, а при малих переохолодженнях — гетерогенний механізм, який характеризується значеннями активаційних коефіцієнтів, які на декілька порядків є менші за гомогенні. Досліджено також вплив дефектів і домішок на процес зародкоутворення. Виявлено, що в невідпалених (дефектних) кристалах ⁴Не частота зародкоутворення демонструє величезний розкид значень, що свідчить про погану відтворюваність від кристала до кристала. Встановлено, що для відпалених зразків розчину ³Не–⁴Не дані про кінетику нуклеації, які отримано, можуть бути описані лише механізмом гетерогенного зародкоутворення.

An experimental study of the kinetics of formation of nuclei hcp phase in supercooled bcc phase of solid ⁴He and ³He–⁴He solution containing 1% ³He is realised. The method precision measurement of pressure crystal cooled along isochore near the line of phase equilibrium bcc–hcp is used. It’s found that in ⁴He lifetime metastable bcc phase has a complex depend-ence on the magnitude of hypothermia, which can be described with the involvement of two mechanisms of nucleation — homogeneous and heterogeneous. It is shown that at large overcooling bcc phase of carefully annealed crystals homogeneous nucleation mechanism realized, and at low overcooling a heterogeneous me-chanism realized, which is characterized by the values of activation coefficients several orders of magnitude less homogeneous. The effect of defects and impurities on the nucleation process is investigated. Revealed that in the unannealed (defective) ⁴He crystal nucleation rate shows huge variation in the values, indicating poor reproducibility from crystal to crystal. It’s found that for the annealed samples ³He–⁴He data obtained on the nucleation kinetics can be described only by heterogeneous nucleation mechanism.