X
О
г
n
с;
о
X о.
_ работе ядерных реакторов; для очистки газообразных отходов ядерной энергетики от 8ЬКг и т. п. примесей используют сорбцию па активиров. угле и др. методы.
С- С. Б рр доносов.
КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ ≈ слабо затухающие колебания границы раздела квантовый кристалл ≈ сверхтекучая квантовая жидкость, обусловленные периодкч. плавлением и кристаллизацией. К. в., распространяющиеся вдоль границы раздела, экспериментально наблюдались в 4Ые. Механизм возпикнове-ния К. в. состоит в следующем: в равновесии квантовый кристалл имеет определ. форму, обеспечивающую минимум свободной энергии его поверхности; любое отклонение формы кристалла от равновесной приводит к увеличению поверхностной энергии. Поэтому любая неравно-весная форма кристалла будет изменяться за сч╦т кристаллизации или плавления так, чтобы поверхностная энергия уменьшалась. С др. стороны, вследствие разности плотностей двух фаз рост и плавление кристалла вызывают движение жидкости, т.е. увеличение кине-тич. энергии системы, В результате поверхность будет испытывать слабо затухающие колебания, во многом сходные с обычными капиллярными волнами на границе раздела жидкости и газа (см. Капиллярные явления), В частности, К. в. характеризуются таким же, как и
капиллярные волиыт законом дисперсии:
'
(со ≈
частота колебаний, k ≈ волновой вектор}. Отличие состоит в том, что в случае К. в, движение границы целиком обусловлено периодич. плавлением и кристаллизацией, а в объ╦ме кристалл оста╦тся неподвижным и недеформированным. Ото свойство позволяет также отличить К. в. от упругих поверхностных волн.
Для существования К. в. необходимо, чтобы полная диссипация энергии, сопровождающая кристаллизацию и плавление, была достаточно мала. В обычных классич. кристаллах это условие не выполняется, и процесс установления равновесной формы носит апериодич. характер. В случае границы сверхтекучая квинтовая жидкость ≈ квантовый кристалл (поверхность кристалла 4Не) возникновение К. в. оказывается возможным, если темп-pa Т достаточно низка (гораздо ниже Я-точки) и если поверхность кристалла находится в особом квантове-шероховатом состоянии, являющемся квантовым аналогом классич. атомно-шероховатого состояния (см. Кристаллизация].
Квантово-шерохова т о е состояние (как и классическое) характеризуется большим кол-вом термодинамически равновесных дефектов поверхности (ступеней и изломов на ступенях). Основное отличие состоит в том, что в квантовом случае изломы на ступенях ведут себя
Кристаллизационная полна на поверхности кристалла 4Не при Т^О,5К, возникшая в результате удара по наружной стенке нриостата.
как квазичастицы (см. Дефектен), т. е. их движение, а следовательно и движение самих ступеней, практически не сопровождается диссипацией энергии. Поэтому рост и плавление кристалла с квантово-шероховатой поверхностью, обусловленные, как и в классическом случае, именно движением изломов и ступеней» могут происходить практически бездиссипативно.
Бездиссипативность означает, что кристалл может
расти и плавиться с весьма большими скоростями уже
при ничтожных внеш. воздействиях. Так, кристаллы
4Не размером ~1 см с квантово-шероховатой поверх-
Mf*f иостыо при Г<1 К принимают равновесную форму в
4≥О поле тяжести за времена <1 с. При этом поверхность
кристалла имеет вид выпуклого мениска, сходного с мениском, к-рый образует поверхность жидкости, плохо смачивающей стенки сосуда. К. в. на такой поверхности (как и обычные капиллярные волны) могут быть возбуждены либо с помощью переменного электрического поля, либо при механил. вибрациях прибора (рис.).
Поверхность кристалла 4Не при низких темп-pax в зависимости от е╦ ориентации относительно осей кристалла может находиться либо в квантово-шероховатом, либо в классич. атомно-гладком состоянии. Атомно-гладкая поверхность не обладает свойством бездиссипа-тивной кристаллизации; соответственно К. в. на таких поверхностях не могут существовать. Согласно теории, К. в, могут существовать, кроме 4Не, также и в 3Ые, однако лишь при Г<1 мК, при к-рых жидкий 3Не ста-повится сверхтекучим, а тв╦рдый 3Не ≈ антиферромагнитным.
К. в.≈ одно из проявлений квантовых законов на макроскосич. уровне ≈ для конденсиров. тела как
целого.
Лит.: Андреев А. Ф., Паршин А. Я., О равновесной форме и колебаниях поверхности квантовых кристаллов, «ЖЭТФ», 1978, т. 75, с. 1511; К е ш л ш е в К. О., П а ]ь ш и н А. Я., Б а б к и и А. В., Кристаллизационные волны в Не*, «ЖЭТФ», 1981, т, 80, с. 716; Паршин А. Я., Кристаллизационные волны в Не*, «УФЫ», 1981, т. 135, с. 17.>; (м- о ж е, Когерентная: кристаллизация и кристаллизационные полны, -.Природа», 1982, JM1 5, с. 28; Keshishev К. О., Р а г э h i n A. Y a., ShaTnikov A. I,, Surface phenomena in quantum crystals, Soviet Scientific Reviews. Section A: Physics Reviews, v. 4, ed. by I. M. Khalatnikov, Arast., 1982; Андреев А, Ф., Квантовые кристаллы ≈ новое состояние вещества, в сб.: Академик И. М. Лифпщц, М., 1987.
А. Я. Паршин,
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ≈ образование кристаллов из газа, раствора, расплава, стекла или кристалла др. структуры (полиморфные превращения). К. состоит в укладке атомов, молекул пли ионов в кристаллическую реш╦тку. К. определяет образование минералов, льда, играет важную роль в атм, явлениях, в живых организмах (образование зубной эмали, костей, почечных камней). Пут╦м К. получают и массивные монокристаллы, и тонкие кристаллич. пл╦нки полупроводников, диэлектриков и металлов. Массовая К. ≈ одноврем. рост множества мелких, кристаллов ≈ лежит в основе металлургии и широко используется в хим., пищевой и медицинской промышленности.
Термодинамика кристаллизации. Расположение частиц в кристалле упорядочено (см. Дальний и ближний порядок}, и их энтропия SK меньше энтроиии Sc в неупорядоченной среде (паре, растноре, расплаве), Поэтому снижение темп-ры Г при пост, давлении р вед╦т к тому, что химический потенциал вещества в кристалле
становится меньше его потенциала в исходной среде:
Цс^-^с ≈ Г5с+рсвс.
Здесь £к, £с, (ок, (ос ≈ энергии взаимодействия частиц и уд, объ╦м вещества в кристаллич. и неупорядоченном состояниях (фазах), SK и Sc ≈ энтропии. Т. о,т кристаллич. фаза оказывается «выгоднее», происходит К., сопровождаемая выделением т. н. скрытой теплоты К.: ДЯ= Т (Sc≈ £к)^0,5≈ 5 эВ, а также скачком уд. объ╦ма Дог≈ шс ≈ о>к (фазовый переход первого рода). Еслир^Ю4 атм, то член рДоо в соотношении (1) мал, и при (iK≈ fic теплота К. равна ДЯ=£С≈ £к, т. е. является мерой изменения энергии связи между частицами при К. [при К. из расплава Дси^(0,05 ≈ 0,15)сос а может иметь разл. знаки].
К. при полиморфных превращениях (см. Полиморфизм) может быть фазовым переходом второго рода. В случае переходов первого рода граница раздела кристалл ≈ среда локализована в пределах веек, межатомных расстояний, и е╦ уд. свободная энергия 'а>0.
