Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 2
Варьируя режим «очувствления» раз-
личных ЩГК, можно получить ЦЭЧ, ответственный за реакцию
на достаточно широкий диапазон ЭМИ, вплоть до видимой облас-
ти спектра. В результате «очувствления» в спектре оптического по-
глощения ЩГК появляется стабильная при комнатной температу-
ре «длинноволновая» полоса поглощения, включающая соответ-
ствующую область спектра. «Очувствленный» материал обеспечи-
вает накопление и сохранение ЭМ-информации в виде создавае-
мых ЭМИ ЦО в течение длительного времени (годы).
Степень перестройки электронно-вакансионных (ионных) де-
фектов определяется температурой кристалла. Вместе с тем при-
Р°Да ЩГК свидетельствует о том, что на дефекты структуры дейст-
вуют кулоновские силы окружения и перестройка дефектов осу-
ществляется за счет электростатических сил сцепления. По этой
Ричине действие внешнего электростатического поля изменяет
Остояние дефектов и, что особенно важно, поле может заменять
т Иствие температуры, повышая растворимость электрически ак-
п ВНьи дефектов. При этом при изменении величины поля и тем-
Ратуры действие поля может не только стимулировать переход
Св Й3 одного состояния в другое, но и тормозить этот процесс.
й)(ЯзаНо это с тем, что изменение состояния ЦО лимитируется как
эЛе е^Мической стабильностью, так и изменяющимся характером
Чйя| Ическои связи, то есть поле и цикличность процесса созда-
и разрушения ЦО взаимосвязаны.
:V- 91
Возвращаясь к механизму светочувствительности ЩГК,
тим, что детализировать природу ЦЭЧ можно, изучив последова-
тельно процесс «очувствления» чистых ЩГК, а также ЩГК, леги-
рованных только катионной или анионной примесью и легиро-
ванных одновременно катионной и анионной примесью.
«Очувствленный» «номинально чистый» кристалл NaCL (мас-
са примесей менее 10~3 %) показывает в спектре поглощения при.
сутствие кислорода. Кислород, обладая большим сродством к
электрону, является в отсутствии конкурентов активной ловущ.
кой электронов, поэтому при «очувствлении» на базе кислородных
центров, приобретающих эффективный заряд, образуется ЦЭЧ по
механизму, рассмотренному выше.
Наличие катионной примеси марганца или кальция при отсут-
ствии кислорода, например кристалл NaCl: MnCl2, дает на спек-
тре поглощения повышенный фон. ЦЭЧ на базе только катионной
примеси стабилен к цикличной термообработке, то есть после об-
лучения кристалла нефильтрованным жестким УФИ (источник
ПРК-2) появляются jp-центры, а последующий отжиг при темпе-
ратуре 200 °С в течение 1 мин полностью восстанавливает исход-
ное светочувствительное состояние, чего в случае ЦЭЧ только на
базе кислорода не наблюдается, поскольку последний склонен к
самораспаду после облучения УФИ.
Восстановление светочувствительности в кристалле NaCl по-
сле термообработки представляет термоактивационное перемеще-
ние вакансий, объединяющихся в возбужденные ассоциации типа
шоттковских пар (У+а-~У~^I, с одновременным возвращением
электронов к примесным ловушкам. Накопление F-центров при
действии УФИ при комнатной температуре и последующее тер-
мическое разрушение можно представить квазихимической ре-
акцией:
VJ > +\" - тх){В - т2)ПГ, B.9)
где hv — энергия УФИ (/,- — время экспонирования); Nn В — кон-
центрация электронов и вакансионных ассоциаций, локализован-
ных вблизи примеси Пр+/! соответственно (п — валентность ПРИ\'
меси, способная меняться в результате фототермической обрабоТ\'
ки); тх и т2 — концентрации «работающих» электронов и аниоННЫ*
вакансий соответственно; П — вакансионный продукт фреа^\'
ции после образования ^-центра.
1 V+a — вакансия аниона, Vс — вакансия катиона.
92
Из реакции B.9) следует, что под действием актиничного излу-
е происходит перестройка примесного комплекса, обуслов-
ленная движением электронов из области обогащенной электро-
нами вблизи иона примеси. Процесс перестройки может быть
представлен как незначительные передвижения анионных вакан-
сий, возникающие при достижении критического расстояния ме-
У0У подошедшим электроном, двигаемым ЭМ-полем действую-
щего излучения, и анионной вакансией, находящейся в комплек-
се. При достижении критического расстояния электростатическое
сцепление электрона с анионной вакансией становится энергети-
чески более выгодным, чем нахождение анионной вакансии в
комплексе (V+a ¦ V~c), в результате образуется новый устойчивый
дефект— .F-центр.
Механизм образования ЦЭЧ в ЩГК, легированных одновремен-
но катионной и анионной примесями, например NaCl: МпС12 х
х 4Н2О, предусматривает внедрение в матрицу, кроме катионной
примеси Мп\"+, анионной примеси в виде различных модифика-
ций кислорода. Роль анионной примеси сводится к образованию
избыточного количества анионных вакансий (V+a) для сохранения
условия электронейтральности, а также ускорению диффузии V\\
и их коагуляции в рамках усложняющейся структуры ЦЭЧ.
Граница раздела ЦЭЧ с матрицей в любом случае может хоро-
шо аппроксимироваться как межфазная граница двух фаз с раз-
личной проводимостью.
Живые системы, как известно, являются открытыми гетеро-
фазными системами, в которых большое значение имеют процес-
сы переноса заряженного вещества через межфазные границы.
Кинетика гетерофазных реакций, протекающих на поверхности
Раздела сред, определяется скоростью подвода и отвода реагирую-
щих веществ, которая зависит от внутренних и внешних ЭПМ.
В частности, злокачественное перерождение клетки начинает-
Ся с изменений структуры молекулы ДНК. В приграничной облас-
ти образуется слой объемного заряда толщиной Svi плотностью р,
в° многом определяющий условия устойчивости данной микро-
СтРУктуры. Толщина слоя объемного заряда определяется конку-
рирующими процессами: электрическим полем, приводящим к
°Рядоченному движению электронов и ионов разного знака,
Тепловыми, диффузионными, конвективными движениями
°Нов, нарушающими упорядоченную структуру слоя объемного
3аРяда.
93
|1
Условия возникновения объемных зарядов в биологических
системах обусловлены высокими значениями вязкости среды ц
потенциала на мембранах, различиями в коэффициентах диффу,
зии ионов за счет наличия высокомолекулярной компоненты.
Механизм процессов образования и разрушения объемных за-
рядов в биологических системах можно понять, обратившись к
описанным выше деталям электронно-ионных перестроек, рас-
смотренных в ЩГК. Более того, поскольку любое нарушение био-
логического равновесия меняет локальную электромагнитную об-
становку, то рассмотренные подробные динамические схемы из-
менения состояния электрически активных компонент (различ-
ных ионов, водной составляющей и др.) в матрице ЩГК могут
позволить расшифровать механизмы и динамику возникновения,
протекания и лечения многих заболеваний.
§ 2.5. РОЛЬ ВОДЫ В ПРОЦЕССАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ЧЕЛОВЕКА
Роль воды в процессах жизнедеятельности человека следует
рассмотреть более подробно, поскольку основной причиной изме-
нения функционирования практически всех составляющих орга-
низма человека (клетки, ткани, кровь, органы) и механизма старе-
ния в целом является изменение состояния водной составляющей
организма. В табл. 1.10 (см. § 1.5) приведены характеристики тка-
ней человека, содержащих воду. При этом следует учитывать, что,
во-первых, эта составляющая представляет смесь нескольких ви-
дов воды с различным молекулярным весом (три изотопа водорода
и шесть изотопов кислорода, например Н2О, D2O, Н182О и т. д.);
во-вторых, она может находиться в свободном или связанном со-.
стоянии и в состоянии различной степени структурированности.
Необычные свойства воды в основном обусловлены тремя
причинами: полярным характером молекул, наличием неподелен-
ных пар электронов у атомов кислорода и образованием водород-
ных связей. Молекула воды может быть представлена в виде рав-
нобедренного треугольника, в вершинах которого расположен
атом кислорода, а в основании — два протона. Две пары электро-
нов обобществлены между протонами и атомом кислорода, а Д8е
пары неподеленных электронов ориентированы по другую стор0\'
ну кислорода. Благодаря полярности вода хорошо растворяет П°\'
лярные жидкости и соединения с ионными связями. РазмернЫ\"
фактор (соотношение ионных размеров) определяет местопоЛО1
жение растворенных ионов в водном «каркасе» (пустоты
94
njiu)- Причиной растворимости — диссоциации молекул на ионы
У одной среде — является дипольный характер строения молекул
3 дЬ1.
личных ЩГК, можно получить ЦЭЧ, ответственный за реакцию
на достаточно широкий диапазон ЭМИ, вплоть до видимой облас-
ти спектра. В результате «очувствления» в спектре оптического по-
глощения ЩГК появляется стабильная при комнатной температу-
ре «длинноволновая» полоса поглощения, включающая соответ-
ствующую область спектра. «Очувствленный» материал обеспечи-
вает накопление и сохранение ЭМ-информации в виде создавае-
мых ЭМИ ЦО в течение длительного времени (годы).
Степень перестройки электронно-вакансионных (ионных) де-
фектов определяется температурой кристалла. Вместе с тем при-
Р°Да ЩГК свидетельствует о том, что на дефекты структуры дейст-
вуют кулоновские силы окружения и перестройка дефектов осу-
ществляется за счет электростатических сил сцепления. По этой
Ричине действие внешнего электростатического поля изменяет
Остояние дефектов и, что особенно важно, поле может заменять
т Иствие температуры, повышая растворимость электрически ак-
п ВНьи дефектов. При этом при изменении величины поля и тем-
Ратуры действие поля может не только стимулировать переход
Св Й3 одного состояния в другое, но и тормозить этот процесс.
й)(ЯзаНо это с тем, что изменение состояния ЦО лимитируется как
эЛе е^Мической стабильностью, так и изменяющимся характером
Чйя| Ическои связи, то есть поле и цикличность процесса созда-
и разрушения ЦО взаимосвязаны.
:V- 91
Возвращаясь к механизму светочувствительности ЩГК,
тим, что детализировать природу ЦЭЧ можно, изучив последова-
тельно процесс «очувствления» чистых ЩГК, а также ЩГК, леги-
рованных только катионной или анионной примесью и легиро-
ванных одновременно катионной и анионной примесью.
«Очувствленный» «номинально чистый» кристалл NaCL (мас-
са примесей менее 10~3 %) показывает в спектре поглощения при.
сутствие кислорода. Кислород, обладая большим сродством к
электрону, является в отсутствии конкурентов активной ловущ.
кой электронов, поэтому при «очувствлении» на базе кислородных
центров, приобретающих эффективный заряд, образуется ЦЭЧ по
механизму, рассмотренному выше.
Наличие катионной примеси марганца или кальция при отсут-
ствии кислорода, например кристалл NaCl: MnCl2, дает на спек-
тре поглощения повышенный фон. ЦЭЧ на базе только катионной
примеси стабилен к цикличной термообработке, то есть после об-
лучения кристалла нефильтрованным жестким УФИ (источник
ПРК-2) появляются jp-центры, а последующий отжиг при темпе-
ратуре 200 °С в течение 1 мин полностью восстанавливает исход-
ное светочувствительное состояние, чего в случае ЦЭЧ только на
базе кислорода не наблюдается, поскольку последний склонен к
самораспаду после облучения УФИ.
Восстановление светочувствительности в кристалле NaCl по-
сле термообработки представляет термоактивационное перемеще-
ние вакансий, объединяющихся в возбужденные ассоциации типа
шоттковских пар (У+а-~У~^I, с одновременным возвращением
электронов к примесным ловушкам. Накопление F-центров при
действии УФИ при комнатной температуре и последующее тер-
мическое разрушение можно представить квазихимической ре-
акцией:
VJ > +\" - тх){В - т2)ПГ, B.9)
где hv — энергия УФИ (/,- — время экспонирования); Nn В — кон-
центрация электронов и вакансионных ассоциаций, локализован-
ных вблизи примеси Пр+/! соответственно (п — валентность ПРИ\'
меси, способная меняться в результате фототермической обрабоТ\'
ки); тх и т2 — концентрации «работающих» электронов и аниоННЫ*
вакансий соответственно; П — вакансионный продукт фреа^\'
ции после образования ^-центра.
1 V+a — вакансия аниона, Vс — вакансия катиона.
92
Из реакции B.9) следует, что под действием актиничного излу-
е происходит перестройка примесного комплекса, обуслов-
ленная движением электронов из области обогащенной электро-
нами вблизи иона примеси. Процесс перестройки может быть
представлен как незначительные передвижения анионных вакан-
сий, возникающие при достижении критического расстояния ме-
У0У подошедшим электроном, двигаемым ЭМ-полем действую-
щего излучения, и анионной вакансией, находящейся в комплек-
се. При достижении критического расстояния электростатическое
сцепление электрона с анионной вакансией становится энергети-
чески более выгодным, чем нахождение анионной вакансии в
комплексе (V+a ¦ V~c), в результате образуется новый устойчивый
дефект— .F-центр.
Механизм образования ЦЭЧ в ЩГК, легированных одновремен-
но катионной и анионной примесями, например NaCl: МпС12 х
х 4Н2О, предусматривает внедрение в матрицу, кроме катионной
примеси Мп\"+, анионной примеси в виде различных модифика-
ций кислорода. Роль анионной примеси сводится к образованию
избыточного количества анионных вакансий (V+a) для сохранения
условия электронейтральности, а также ускорению диффузии V\\
и их коагуляции в рамках усложняющейся структуры ЦЭЧ.
Граница раздела ЦЭЧ с матрицей в любом случае может хоро-
шо аппроксимироваться как межфазная граница двух фаз с раз-
личной проводимостью.
Живые системы, как известно, являются открытыми гетеро-
фазными системами, в которых большое значение имеют процес-
сы переноса заряженного вещества через межфазные границы.
Кинетика гетерофазных реакций, протекающих на поверхности
Раздела сред, определяется скоростью подвода и отвода реагирую-
щих веществ, которая зависит от внутренних и внешних ЭПМ.
В частности, злокачественное перерождение клетки начинает-
Ся с изменений структуры молекулы ДНК. В приграничной облас-
ти образуется слой объемного заряда толщиной Svi плотностью р,
в° многом определяющий условия устойчивости данной микро-
СтРУктуры. Толщина слоя объемного заряда определяется конку-
рирующими процессами: электрическим полем, приводящим к
°Рядоченному движению электронов и ионов разного знака,
Тепловыми, диффузионными, конвективными движениями
°Нов, нарушающими упорядоченную структуру слоя объемного
3аРяда.
93
|1
Условия возникновения объемных зарядов в биологических
системах обусловлены высокими значениями вязкости среды ц
потенциала на мембранах, различиями в коэффициентах диффу,
зии ионов за счет наличия высокомолекулярной компоненты.
Механизм процессов образования и разрушения объемных за-
рядов в биологических системах можно понять, обратившись к
описанным выше деталям электронно-ионных перестроек, рас-
смотренных в ЩГК. Более того, поскольку любое нарушение био-
логического равновесия меняет локальную электромагнитную об-
становку, то рассмотренные подробные динамические схемы из-
менения состояния электрически активных компонент (различ-
ных ионов, водной составляющей и др.) в матрице ЩГК могут
позволить расшифровать механизмы и динамику возникновения,
протекания и лечения многих заболеваний.
§ 2.5. РОЛЬ ВОДЫ В ПРОЦЕССАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ЧЕЛОВЕКА
Роль воды в процессах жизнедеятельности человека следует
рассмотреть более подробно, поскольку основной причиной изме-
нения функционирования практически всех составляющих орга-
низма человека (клетки, ткани, кровь, органы) и механизма старе-
ния в целом является изменение состояния водной составляющей
организма. В табл. 1.10 (см. § 1.5) приведены характеристики тка-
ней человека, содержащих воду. При этом следует учитывать, что,
во-первых, эта составляющая представляет смесь нескольких ви-
дов воды с различным молекулярным весом (три изотопа водорода
и шесть изотопов кислорода, например Н2О, D2O, Н182О и т. д.);
во-вторых, она может находиться в свободном или связанном со-.
стоянии и в состоянии различной степени структурированности.
Необычные свойства воды в основном обусловлены тремя
причинами: полярным характером молекул, наличием неподелен-
ных пар электронов у атомов кислорода и образованием водород-
ных связей. Молекула воды может быть представлена в виде рав-
нобедренного треугольника, в вершинах которого расположен
атом кислорода, а в основании — два протона. Две пары электро-
нов обобществлены между протонами и атомом кислорода, а Д8е
пары неподеленных электронов ориентированы по другую стор0\'
ну кислорода. Благодаря полярности вода хорошо растворяет П°\'
лярные жидкости и соединения с ионными связями. РазмернЫ\"
фактор (соотношение ионных размеров) определяет местопоЛО1
жение растворенных ионов в водном «каркасе» (пустоты
94
njiu)- Причиной растворимости — диссоциации молекул на ионы
У одной среде — является дипольный характер строения молекул
3 дЬ1.