Измерение радиации, кварц и мультикремний. Тайны Иркутского института геохимии

Сегодня в рамках спецпроекта редакция “Иркутск Сегодня” посетила опытный участок Института геохимии имени Виноградова СО РАН. Здесь иркутские ученые и технологи выращивают ионные кристаллы широкого спектра (BaF2, SrF2, CaF2, LaF3, LiF). Опытный участок ИГХ – единственный на всю Россию и республику Беларусь производит детекторы ДТГ-4 для измерения радиации и сейчас работает над созданием линии кварцевых концентраторов. Начальник участка Игорь Алексеевич Елисеев провел нас по лабораториям и рассказал о работе, о которой в Иркутске, наверное, мало кто знает. А тут творится не просто наука: небольшой отдел совмещает и научную деятельность и производственную.

Единственное в стране производство монокристаллических детекторов ДТГ-4

Еще в далеких 80-х впервые здесь был создан монокристаллический детектор ионизирующего излучения ДТГ-4 (измеряет радиацию). Его преимущества: тканеэквивалетность, то есть способность поглощать ионизационное излучение в той же мере, что и тело человека; высокая механическая прочность, негидроскопичность. Как рассказал нам Виктор Филиппович Ивашичкин, стоявший у истоков создания участка, с 83-го года институт начал выпуск и поставки детекторов военным, а также медицинским учреждениям. А через пару лет, в апреле 1986-го, произошла катастрофа на Чернобыльской АЭС.

Из рассказа Виктора Филипповича «1 января 1986 года я стал начальником участка, мы уже стали реализовывать полупромышленный выпуск детекторов, создавали и другое оборудование. И тут Чернобыль. Из нашего отдела после катастрофы туда поэтапно были направлены 15 специалистов с нашими детекторами. Институту поручили увеличить их выпуск. В 87-м году я отвез в зону Чернобыльской АЭС 10 тысяч детекторов для определения радиации. Там мы обучали работать с дозиметрами другие группы ученых и сотрудников различных ведомств, задействованных на работах по ликвидации катастрофы. Для работы привлекли Ангарский электролизно-химический комбинат, на котором была возможность производить большие партии детекторов.”

Заслуги сибирских ученых были высоко оценены. В 2004 году создатели детектора ДТГ-4 (Непомнящих А.И., Мироненко С.Н. и Раджабову Е.А.) были награждены Премией Правительства РФ по науке и технике.

Что представляют из себя ДТГ-4?

Они выглядят вот так – маленькие кристаллы.Сначала из исходного материала (фторид лития) в формообразователе, помещенном в печь при температуре около тысячи градусов в вакууме выращивают стержни, используя активаторы, фториды магния и титана.
После эти стержни разрезают на маленькие кристаллы, похожие на стразы, отбраковывают те, что не подходят по геометрическим размерам и свойствам поверхности. У отобранных детекторов определяется чувствительность к ионизирующему излучению и на основе этих измерений формируют партии.В институте сейчас производят порядка 50 тысяч детекторов в год. Детекторы предназначены для работы в качестве чувствительного элемента дозиметра (прибора для измерения экспозиционной дозы излучения).Преимущество детекторов, которые производит Иркутский институт – тканеэквивалентность, высокая чувствительность, малая погрешность при обработке результатов, высокая временная и дозовая стабильность, серийное производство и как следствие приемлемая стоимость. Принцип действия заключается в следующем – детектор накапливает энергию передаваемую ему ионизирующим излучением, а затем при нагреве он отдает накопленную энергию в виде света, которое регистрируют специальным оборудованием. Сколько излучения он накопил, столько света отдаст. Дозиметр считает сколько квантов света и при какой температуре нагрева высветилось и на основе этой информации высчитывает какую дозу радиации получил человек, который носил данный детектор.До создания ДТГ-4 в для этик целей использовали немного другие детекторы – прессованный фторид литий, но они были непрочные и гигроскопичными, и часто бывало что они рассыпались не позволяя определить полученную дозу.

Линия кварцевых концентраторов

Продолжая работу над производством детекторов, опытный участок работает над запуском новой линии опытно-промышленного выпуска высокочистых кварцевых концентраторов. По линии нас провел руководитель опытного участка кандидат технических наук Игорь Алексеевич Елисеев. Работа по выпуску этих материалов только начинается и представляет большой интерес в будущем. И хотя объёмы данной продукции не поражают воображение (потребность в России в ОЧК не превышает 100 тонн), без них не обходится не одно Hi-End производство. Высокочистые кварцевые концентраты необходимы для получения полупроводникового кремния, в производстве обтекателей ракет и самолетов, а также лабораторной посуды и стекол для оптических приборов.Однокомпонентное кварцевое стекло, изготавливаемое из данных концентратов, концентрирует в себе такие свойства как высокая химическая стойкость, механическая прочность, высокая твердость, высокая температура размягчения и одновременно очень низкий коэффициент теплового расширения, широкий диапазон прозрачности начинающийся в инфракрасном и заканчивающийся в ультрафиолете. Одна чаша из такого стекла может стоить более 10 тысяч рублей.

Производство кварцевых концентраторов выглядит следующим образом. Кварциты дробятся и из них выделяется рабочая фракция 100-450 мкм, данная фракция кварцевого песка проходит многочисленные степени очистки включающие в себя флотацию, магнитную сепарацию, химическую очистку в смеси соляной и плавиковой кислоты. В результате всех этих операций их кварцитов получают материал в тонне которого находятся не более 10 грамм примесей других элементов. Это и есть кварцевый концентрат. Полученный кварцевый концентрат идет или на получение шликера предназначенного для получения кварцевой керамики или как сырье для получения кварцевого стекла.

В России в настоящее время есть только одно действующее производство кварцевых концентратов – Кыштымский ГОК. Сырьем для их получения является жильный кварц -горный хрусталь. Институтом геохимии СО РАН было открыто принципиально новое месторождение суперкварцитов, отличающихся высокой химической чистотой. На их основе была разработана технология получения кварцевых концентратов опытно-промышленная реализация которой и планируется на Опытном участке.

Получение мультикремния

Еще один материал, с которым кипит работа на опытном участке. В институте создают технологию получения мультикремния для изготовления солнечных элементов.

“Сейчас практически все бытовые солнечные элементы производит Китай. Там их получают также из кремния по традиционной трихлорсилановой технологии. Мы же предлагаем получать мультикремний без использования хлора, за счет высокой чистоты исходных кварцитов, найденных в Восточном Саяне, и предложенной нами технологии очистки расплава кремния при помощи водяного пара с последующей направленной кристаллизацией. Пока что китайские заводы обеспечивают мультикремнием весь мир, продавая его по низкой цене. Однако существующие мощности позволяют обеспечить рынок кремния при текущем росте потребления не далее 2026-2028 года. Затем возникнет дефицит кремния и потребуется запуск новых заводов. И именно в этот период появится возможность в реализации нашей технологии получения мультикремния в промышленном масштабе”.

Сотрудники опытного участка работают и с другими материалами, например, с фторидом бария, фторидом стронция, фторидом лантана. Всего здесь шесть сотрудников, но они ведут колоссальную работу, причем, во многом за счет собственных средств.«Работы много, работа интересная и мы будем рады если кто-то захочет валится в наш дружный коллектив. Мы ищем электронщиков для ремонта и модернизации оборудования, химиков для вновь создаваемой линии кварцевых концентратов, нужен токарь было бы желание, а работу мы найдем!».