Лаборатория Физическая акустика

Физико-технического института им. С.У.Умарова АН РТ

 

 

 Заведующий лабораторией (исполняющий обязанности): к.ф-м. н. Азимов Шавкат Шукурович

Контактная информация:

E-mail:sazimov@tajik.net

Тел.: 992 372 257 941, моб. 992 918 676 995.

 

Состав лаборатории:

1. Зав. лабораторией (исполняющий обязанности)         Азимов Шавкат Шукурович                                                    

2. В.н.с., к.ф.-м.н                                                        Джабаров Александр Гулямович

3. С.н.с.                                                                                                   Кудусова Саера

4. М.н.с.                                                                                               Хусравбеков Лоик 

5. М.н.с.                                                                                              Лакаев  Абдухолик 

6. Старший инженер I-категории                               Петухов Владислав Николаевич

7.  Инженер                                                                                             Чориев  Фарход

Основные направления деятельности:

 История

Лаборатория Физической акустики ФТИ им. СУ. Умарова берет начало с 1977 года. Инициатором образования лаборатории был директор института в те годы - академик АН СССР Акобир Адхамович Адхамов, известный рядом теоретических работ в области физики ультразвука.

Традиционными направлениями и методами исследований лаборатории являются  метод акустической эмисии (АЭ), направление, возглавляемое многие годы Сабиржаном Ниязовичем Сакиевым и метод ультразвуковой спектроскопии (измерение скорости и коэффициента поглощения ультразвука импульсно-фазовым методом), лидером направления являлся Ислом Куяшевич Рахимов. С 2008 года сотрудники лаборатории совместно с коллегами из Лаборатории ядерно-физических методов анализа освоили и начали использовать ультразвуковой метод (Допплеровский профилемер/расходомер) для нужд гидрологии республики.

 Акустическая эмиссия

В лаборатории наработан опыт исследования методом АЭ кинетики разрушения поликристаллических металлов и композиционных материалов с применением растровой электронной микроскопии. С 1977 по 1986 год работы проводились в тесном сотрудничестве с Лабораторией Физики высокопрочного состояния Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе АН СССР (г. Ленинград). Было установлено, что макроразрушение волокнистых композиционных материалов наступает в момент, когда исчерпывается способность матрицы рассеивать упругую энергию, высвобождающуюся в результате микроразрушений (разрывов элементарных волокон и их пучков) [1]. Удалось также провести идентификацию по уровням энергии сигналов АЭ таких механизмов деформирования как скольжение, двойникование и трещинообразование в поликристаллах  цинка[2], в модельных, а также в реальных композиционных  материалах. Методом АЭ исследовались процессы устойчивости к лазерному разрушению углепластиков и кремний-органических конструкционных  композиционных материалов [3].

Одними из первых в СНГ, с 1985  года в лаборатории проводятся работы по применению метода АЭ в химических и физико-химических исследованиях, являющимся новым направлением, получившим название - Химическая акустическая эмиссия (ХАЭ) [4-11]. Изучался процесс термодеструкции твердых тел, являющийся процессом разрушения, активированным температурой. В результате удалось количественно определить такую фундаментальную величину, как энергия активации дегидратации монокристаллов пентагидрата меди (CuSO4·5H2O) [9]. Выявлено также преимущество метода ХАЭ перед методом дериватографии при определении значений температур  отдельных ступеней разложения в  многостадийных процессах термодеструкции, при этом были уточнены справочные величины температур трех ступеней дегидратации (CuSO4·5H2O) [6].

Методические возможности проводимых исследований АЭ базировались вначале на оборудовании собственной разработки, а с 2003  года в экспериментах используется новый инструмент для исследований АЭ производства Корпорации PAC (США) -  2-х канальная плата PCI-2 (3-3000 кГц; АЦП 18 бит; одновременное измерение параметров АЭ и формы сигналов) с пакетом программного обеспечения (программа сбора и обработки данных в реальном времени EwinTM; программа пост-анализа AEwinPostTM).

 

 В 2007 году в рамках программы научного обмена (Программы Фулбрайта  Бюро по научному обмену  Госдепартамента США) проводились эксперименты по исследованию ХАЭ в ходе химических реакций в растворах с выделением газа в сотрудничестве с Портлендским университетом (Орегон, США). Первые результаты совместного эксперимента были доложены на 5й Международной конференции по акустической эмиссии (Лейк Тахо, Невада, США, октябрь 2007) и опубликованы [7]. Сотрудничество и исследования ХАЭ продолжаются. Обнаружено, что динамика ХАЭ при выделении газа из раствора в замкнутом и открытом сосуде прекрасно иллюстрирует действие принципа Ле Шателье в системе жидкость-газ.

В начале 2010 года в рамках начавшегося сотрудничества лаборатории с Худжандским научным Центром и Худжандским Государственным Университетом проведены совместные эксперименты по изучению кинетики АЭ в ходе активного нагружению трехточечным изгибом образцов керамзитобетона с различным содержанием компонент и разных режимов предварительной термообработки. Результаты обрабатываются для последующей публикации. Одним из интересных результатов является экспериментальное подтверждение эффект Кайзера, когда в образце, предварительно разгруженном, при повторном нагружении генерация АЭ возобновляется только с момента достижения нагрузки, при которой было остановлено предыдущее нагружение.

              

Справа - основатель лаборатории акустической эмиссии, в последствии лаборатории Физической акустики Сабиржан Ниязович Сакиев (1947-2006).

 

 

Исследование АЭ при термодеструкции кристаллов.

 Ультразвуковая спектрометрия

Методом ультразвуковой спектроскопии в лаборатории изучаются свойства реальных кристаллов, т.е. кристаллов с примесями и другими де­фектами кристаллической решетки. Проведены сис­тематические исследования влияния различных видов дефектов (пара- и диамагнитных примесей, радиационных дефектов, дисло­каций, доменных стенок) на акустические свойства кристаллов ТГС в широком интервале температур, включающем область фазового пе­рехода.

Выявлены значительные различия в качественных и количест­венных изменениях акустических свойств, индуцированных приме­сями и радиационным облучением.

Показано, что в отличие от действия примесей внедрения, гамма - и рентгеновского облучения, которые приводят к смеще­нию фазового перехода в сторону низких температур, облучение ультрафиолетом вызывает повышение температуры фазового перехода.

Обнаружено, что различие температур, соответствующих макси­мумам поглощения ультразвука и диэлектрической проницаемости в кристаллах ТГС, увеличивается с ростом концентрации дефектов и коррелирует со степенью размытия фазового перехода.

Обнаружено влияние пара- и диамагнитных ионов и облу­чений на скорость и поглощение ультразвука в области структурного фазового перехода и сделано предположение, предсказывающее дефект­ную природу акустических аномалий в реальных кристаллах [12-17].

 

           Экспериментальная установка по ультразвуковой спектроскопии.

 

Следующими этапными исследованиями стали акустические исследования  монокристаллов натрий висмутового молибдата NaBi(MoO4)2 и натрий висмутового вольфрамата NaBi(WO4)2. Были изучены температурные зависимости акустических свойства продольных ультразвуковых волн в данных монокристаллах в температурном диапазоне от 20 до 70 ºС на частоте 4МГЦ. В результате исследований в кристаллах NaBi(MoO4)2  обнаружены аномалии в скорости и затухания ультразвука около 310 ºК, которые говорят о существовании фазового перехода вблизи данной температуры. Отсутствие заметного гистерезиса при нагреве и охлаждении позволяет утверждать, что фазовый переход является либо переходом второго рода, либо переходом первого рода, настолько близким ко второму, что гистерезис не проявляется в пределах экспериментальной погрешности [18,20].

 Акустическая допплеровская профилеметрия

В рамках проекта Международного научно-технического центра (МНТЦ)

Т-1163, выполняемого лабораторией ядерно-физических методов анализа был приобретен акустический допплеровский профилемер/расходомер SonTek ADP производства фирмы SonTek/YCI (США). Сотрудники нашей лаборатории были привлечены к работе с прибором. В результате совместных усилий конструкция прибора была доработана применительно к специфическим особенностям рек Таджикистана и были произведены его полевые испытания [21].

 

Допплеровский профилемер/расходомер SonTek ADP после доработки конструкции

 

Профиль поперечного сечения реки Вахш, измеренный при помощи ADP.

            Литература.

1.            Ахунов Р.М., Азимов Ш.Ш., Нарзуллаев Г.Х. Применение метода акустической эмиссии для изучения кинетики накопления повреждений. В сб. Кинетика деформирования и разрушения композиционных материалов. Ленинград, 1983, с. 190-201.

2.            А.М. Лексовский, Ш.Ш. Азимов Идентификация процессов трещинообразования и пластического деформирования в поликристаллическом цинке по удельной мощности сигналов акустической эмиссии. Письма в ЖТФ, том 10, вып. 5, с. 306-309.

3.            S. Azimov, S.Sakiev. Acoustic Emission of Carbon/Epoxy Composite during Laser Thermo impact.  MICC 90. Moscow International Composites Conference 1990. Publication. Elseveir Applied Science, London and New-York, p.533-535.

4.            Сакиев С. Н.,  Холов А., Гуламова Ф. Журн. физ. химии. 1989. Т. 63, №5,  с. 1391.

5.            Сакиев С. Н. Журн. прикладной химии. 1991, №11, с. 2428.

6.            Сакиев С. Н. Журн. физ. химии. 1993, Т. 67, №4, с. 792.

7.            Shavkat Azimov, Abdukholik Lakaev, Farkhod Choriev, Richard Nordstrom. «Investigation of AE from Stepped Chemical Reactions». Abstract for the Fifth International Conference on Acoustic Emission.50th AEWG Meeting - 40th Year AEWG Anniversary, Lake Tahoe, Nevada, USA. October 29 to November 2, 2007

8.            Сакиев С. Н., Азимов Ш. Ш. Физико-химическая механика материалов. 1991, №4, с.88.

9.             Сакиев С. Н. Журн. физ. химии. 1990, Т. 64, №6, с. 1665. 

10.        Сакиев С. Н., Расулов С. Н. Журн. физ. химии. 1999, Т. 73,  №4, с. 747.

11.        Сакиев С. Н., Расулов С. Н. Журн. физ. химии. 2001, Т. 75,  №8, с. 1511.

12.        Мирзоахмедов Х.М., Рахимов И.К., Сарнацкий В.М., Чарная Е.В.,
Шутилов В.А. Исследование акустических аномалий в области
сегнетоэлектрического фазового перехода в кристаллах ТГС,­
легированных окислами ванадия. Тезисы докладов X Всесоюзной
конференции по сегнетоэлектричеству и применению сегнето-
электриков в народном хозяйстве. Минск, 1982, ч.1, с.210.

13.        Мебиус М., Мирзоахмедов Х.М., Мухтаров Н.М., Рахимов И.К.,
Сарнацкий В.М., Шутилов В.А. Ультразвуковые исследования
кристаллов ТГС с дозированными точечными дефектами.

 Материалы X Всесоюзной акустической конференции. Москва, 1983,    В1УУ-3, с.31-34.

14.        Виндш В., Рахимов И.К., Сарнацкий В.М., Чарная Б.В., Шутилов В.А. Ультразвуковые исследования структурного фазового
перехода в примесных кристаллах TГС.  ФТТ, 1985, т.27, в.6,
с.1671-1674.

15.        Волк Т.Р., Рахимов И.К., Сарнацкий В.М., Чарная Е.В., Шува­лов Л.А.,
Шутилов В.А. Влияние рентгеновского и
Γ -облуче­ния на акустические характеристики кристаллов ТГС в области фазового перехода. ФТТ, 1985, т. 27, в.12, с.3613-3619.

16.        Рахимов И.К., Чарная Е.В., Шувалов Л.А., Шутилов В.А. Влияние дислокаций на акустические характеристики кристаллов ТГС
в области фазового перехода. - Письма в ЖТФ, 1985, т.
II, в.18, C.1102-1105.

17.        Вихнин B.C., Рахимов И.К., Сарнацкий В.М., Чарная Е.В., Шу­тилов В.А. Акустические свойства одноосных сегнетоэлектриков с полярными и неполярными дефектами в области фазового пере­хода. Кристаллография, 1986, т.31, с.198-200.

18.         Хусравбеков Л. Д., Ульфатшоев М. М., Рахимов И. К., Салахутдинов М.

          И., Акустические свойства монокристаллов Na Bi(WO4)2 C примесью

         неодима //Докл. АН РТ, -2004, -т.46, №10. –с. 45-48.

19.         Rakhimov I.K., Salakhutdinov M.I*., Khusravbekov  L., Ulfathsoev M.M.

         Behaviourof acoustic parameters of NaBi(MoO4)2  monocrystal near the

         structural phase transition// Тезисы докладов научно-теоретической

         конференции «Современные проблемы физики и астрофизики»,

         посвященной 100-летию специальной теории Эйнштейна,

         Международному году физики и 40-летию Физического факультета

         ТГНУ, 25-26 ноября 2005г.,  Душанбе, 2005г.,  c. 46.

20.    L.Khusravbekov, E Charnaya, Cheng Tien, B. Borisov, I.K. Rakhimov, M.I.

         Salakhutdinov  "Sodium bismuth tungstate, NaBi(WO4)2 - acoustic studies",

         National Cheng  Kung Universiti, Tainan, 2007.

21.    А.А.Джураев, Ш.Ш.Азимов, В.Н.Петухов, Г.Д.Рустамбеков

         Применение акустического допплеровского профилемера/расходомера    

         SonTek ADP для мониторинга водных ресурсов Таджикистана.   

         Известия Академии наук республики Таджикистан. (в печати).

Гранты, проекты:

            Сотрудники лаборатории приняли участие в выполнении пяти проектов

Программы поддержки коммуникационных средств МНТЦ. В результате в

республике функционирует коммуникационная сеть, состоящая из 37 научных

учреждений, университетов и больниц.

Контакты с коллегами за рубежом:

1.  Профессор Чарная Е. В.,  Санкт- Петербургский Государственный Университет,

     НИИФ Санкт-Петербургского Университета, Отдел ФТТ.

2.  Prof. Richard Nordstrom, Portland State University, Oregon, USA.

3. Athanasia Tia Vahaviolos, Managing Director Envirocoustics S.A., Physical  

    Acoustics Corporation (PAC), Принстон, Нью Джерси США.

4. РНЦ Курчатовский институт, Москва, РФ.

5. Профессор Лексовский А.М., ФТИ им. А.Ф. Иоффе АН РФ, Санкт-Петербург, РФ.

Контактная информация:

Азимов Шавкат Шукурович: sazimov@tajik.net