5 курс / ОЗИЗО Общественное здоровье и здравоохранение / Инновационное_развитие_науки_фундаментальные_и_прикладные

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

накопления в растительных тканях опасных для животных и человека соединений.

Для решения проблем загрязненной продукции можно действовать по нескольким направлениям, в частности, выращивать культуры, которые не способны накапливать токсиканты, либо отказываться от продовольственных культур и заменять их на технические.

Учеными Уральского аграрного университета в многолетних вегетационных опытах [13,14] были смоделированы условия различных уровней загрязнения почв, которые, кроме того, имели различную буферность к тяжелым металлам.

Для исследования процессов рекультивации загрязненных тяжелыми металлами почв нами были проведены экспериментальные работы с почвами, которые находились в зоне аэрогенного воздействия предприятий СУМЗ и «Хромпик».

В качестве рекультивации применяли известкование, внесение торфонавозного компоста и минеральных сорбентов (диатомита и бентонита). На почвах, загрязненных выбросами ПО «Хромпик» в схему опыта были введены дополнительные варианты с обработкой почвы серной кислотой и внесением сернокислой соли закисного железа для перевода шестивалентных соединений хрома в менее токсичные – трехвалентные.

Изучались физико-химические параметры и биологическая активность почв, а также урожай редиса сорта «Жара».

Почвы участка, приближенного к СУМЗ показали улучшение ряда показателей после проведенной рекультивации, например наблюдалось снижение кислотности, возросло содержание органического углерода, подвижных фосфатов (табл.4). Прибавка урожая редиса относительно контроля составила от 30 до 70%. Однако качество растительной продукции оставляло желать лучшего, содержание ТМ в редисе было очень высоким. Наибольшую эффективность показал активированный диатомит на фоне минеральных удобрений и извести.

Почвы территории в районе действия ПО «Хромпик» также хорошо среагировали на внесение рекультивантов, однако в процессе кислования происходит увеличение гидролитической кислотности и уменьшении ЕКО, нет реакции почвы на последующее внесение извести. Урожайность редиса была выше (70-85% от контроля) относительно почв СУМЗа. Существенно лучше было и качество продукции, по всем вариантам опытов после внесения рекультивантов концентрация хрома (основного загрязнителя) в биомассе редиса снижалась в 8-28 раз.

79

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Таблица 4 Влияние приемов рекультивации на агрохимические свойства

техногенно-загрязненных почв

Оценка влияния рекультивантов на биологическую активность почв проводилась по респирации (дыханию) и аммонификации за счет биологического расщепления мочевины, в результате чего идет изменение рН. Ферментативная активность определялась по инвертазе и уреазе.

Почвы с участка зоны действия СУМЗ при внесении рекультивантов показали в целом улучшение на 50% показателей активности биоты, кроме инвертазы, снижение которой, вероятно, связано с подщелачиванием при известковании.

Почвы участков, прилегающих к ПО «Хромпик» в целом, показали большую биологическую и ферментативную активность. Можно отметить, что применение кислования негативно сказалось на состоянии биоты.

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Продолжение таблицы 5

Уже рассмотренный нами выше показатель Zc был применен для расчетов по его аналогии коэффициента степени накопления тяжелых металлов в растениях (Кпдк). Была выявлена сильная корреляционная зависимость (коэффициент корреляции 0,87) между степенью накопления ТМ в растениях, выращенных на загрязненных почвах и их буферностью.

Более значимым для фитотоксичности почвы оказалось общее содержание элементов-токсикантов и гумуса. По результатам изучения зависимости содержания в почвах гумуса от уровня загрязненности по индексу Zc, при постоянных значениях коэффициента степени накопления тяжелых металлов в растениях (Кпдк) были составлены график изоквант и следующее уравнение регрессии: Кпдк = –1,38 + 0,20 * Zc – 0,003 * Гумус (%).

Результаты проведѐнных нами модельных опытов позволили сделать вывод, что наиболее безопасным уровнем загрязнения, когда в растениях не накапливается критичная концентрация тяжелых металлов, является значение индекса Zc ниже 12. Более высокие значения этого индекса влекут за собой требования исключения территорий из сельскохозяйственного использования.

По величине показателя уровня накопления растениями тяжелых металлов (Кпдк) нами предложено зонирование территорий с особыми условиями использования (табл. 6).

Таблица 6

Зонирование территорий на основе показателя Кпдк

81

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

При рассмотрении условий сельскохозяйственного землепользования при сложившемся к настоящему времени уровню загрязнения почв на территории Первоуральско-Ревдинского промышленного узла нами предлагаются следующие ограничения по основным категориям земель в условиях Среднего Урала. На загрязнѐнных (в разной степени) землях сельскохозяйственное производство необходимо минимизировать, либо провести рекультивационные работы с применением специальных мероприятий по охране водоемов и лесных массивов

Заключение

Под воздействием двух основных заводов ПервоуральскогоРевдинского промышленного узла СУМЗ и «Хромпик» почвы территории в значительной степени загрязнены тяжелыми металлами. На локальных участках существуют условия превышения уровней содержания ТМ в десятки раз относительно фона и предельно допустимых концентраций в почвах.

Исследования ученых Уральского государственного аграрного университета посвящены изучению характеристик и возможностей сельскохозяйственных земель, на которых из-за высокого уровня загрязнения качество растительной продукции значительно ухудшается.

Разработаны патенты [14,15] по проведению мелиоративных мероприятий на загрязненных землях. В их перечень входят работы по реабилитации (очистке) загрязненных стоков, внесению сорбентов и пр.

Денежные затраты по внедрению данных мероприятий не столь значительны. Однако считаем, что необходимо применять элементы поощрений со стороны подразделений Министерства природных ресурсов и Министерства сельского хозяйства Свердловской области, в том числе для специалистов, разработавших методики, а также для хозяйств, где данные мероприятия внедряются

На основании многолетних исследований почв, проведенных нами на территории Первоуральско-Ревдинского промышленного узла, а также в условиях моделирования на опытных полевых участках учебного хозяйства Уральского государственного аграрного университета можно сделать следующий вывод: загрязненные до допустимого уровня территории Среднего Урала в сельскохозяйственных целях использовать возможно, но с обязательным контролем их качества.

Список литературы

1. Мельчаков Ю.Л., Удачин В.Н., Козаренко А.Е., Суриков В.Т., Баженова М.В. Оценка загрязнения воздуха в городах Ревда и Первоуральск (Свердловская область) по результатам снегогеохимической съемки // В сборнике: География и современные проблемы географического образования материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной

82

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

100-летию со дня рождения Почетного члена Русского Географического Общества, доктора географических наук, профессора Василия Ивановича Прокаева. 2019. С. 223-227.

2.Кайгородова С. Ю., Воробейчик Е. Л. Трансформация некоторых свойств серых лесных почв под действием выбросов медеплавильного комбината // Экология. 1996. № 3. С. 187–193.

3.Водяницкий Ю.Н., Яковлев А.С. Оценка загрязнения почвы по

содержанию тяжелых металлов в профиле // Почвоведение. 2011. № 3. С. 329–335.

4.Хлыстов И.А., Сенькова Л.А., Карпухин М.Ю. Ферментативная активность почв в зоне загрязнения выбросами медеплавильного завода // Аграрный вестник Урала. 2016. № 1 (143). С. 72-76.

5.Vorobeichik E.L., Kaigorodova S.Y. Long-term dynamics of heavy metals in the upper horizons of soils in the region of a copper smelter impacts during the period of reduced emission. Eurasian Soil Science. 2017. Т. 50. № 8. С. 977-990.

6.Korkina I.N., Vorobeichik E.L. Humus index as an indicator of the topsoil response to the impacts of industrial pollution. Applied Soil Ecology. 2018. Т. 123. С. 455-463.

7.Гусев А.С. Влияние техногенного загрязнения на свойства почв промышленных районов Свердловской области //Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Тюмень, 2000. 16 с.

8.Гусев А.С., Байкин Ю.Л., Зорин А.П. Использование математических методов при оценке земель, подверженных техногенному загрязнению // Интеграция науки и образования в современном мире: Сборник материалов международной научно-практической конференции, 22–23 мая 2014 г. Екатеринбург: изд-во УрГАУ, 2014. С.44-47.

9.Фирсов И.О. Перспективы использования земель на территории Первоуральского городского округа //Материалы международной научнопрактической конференции «Коняевские чтения – 2013». Екатеринбург: издво УрГАУ, 2014. С.140-143

10.Андреюк Е.И., Иутинская Г.А., Валагурова Е.В., Козырицкая В.Е., Иванова Н.И., Остапенко А.Д. Иерархическая система биоиндикации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Почвоведение. 1997. № 12. С. 1491–

1496.

11.Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. - М.: Недра, 1990. С. 82-84.

12.Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам // Агрохимия.1995. № 10. С. 109-113.

13.Байкин Ю.Л., Иванов Н.А. Н.А., Байкенова Ю.Г., Гусев А.С. Об экологическом мониторинге в системе почва - растения - животные - продукция животноводства. //В сборнике: Опыт и проблемы повышения

83

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

качества молочной продукции, ее конкурентоспособности в рыночных условиях. 1997. С. 64-67.

14.Способ выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами: пат. 2189712 Рос. Федерация / Байкин Ю.Л. и др., опубл. 17.01.2001.

15.Сорбент для очистки промышленных стоков от соединений свинца и кадмия и способ его применения: пат. 2412756 Рос. Федерация / Бураев М.Э. и

др., опубл. 29.12.2008.

84

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

РАЗДЕЛ II.

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Глава 5.

ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛЮМИНОФОРОВ, АКТИВИРОВАННЫХ ТРИОКСИДОМ ВОЛЬФРАМА

Лисицына Людмила Александровна

доктор физ.-мат. наук, профессор ФГБОУ ВО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Аннотация: В работе проведен анализ влияния различных типов кислородосодержащей примеси, присутствующей в активированных триоксидом вольфрама люминофорах, на люминесцентные свойства для оценки возможности использования исследуемых материалов в качестве преобразователей высокоэнергетического излучения в излучения видимого диапазона 3-1 эВ. Тип кислородной примеси определялся по спектрам поглощения в УФ и ИК областях спектра. Исследовалась фото- и катодолюминесценция материалов различной морфологии, химического состава и предыстории.

Ключевые слова: люминофор, фотолюминесценция, катодолюминесценция, спектроскопия с временным разрешением, кислородосодержащая примесь.

EFFECT OF OXYGEN ON THE OPTICAL PROPERTIES OF PHOSPHORS DOPED WITH TUNGSTEN TRIOXIDE

Lisitsyna Ludmila Aleksandrovna

Abstract: The paper analyzes the effect of various types of oxygencontaining impurities present in phosphors doped with tungsten trioxide on luminescent properties to assess the possibility of using the materials under study as converters of high-energy radiation into visible radiation of 3-1 eV. The type of oxygen impurity was determined from the absorption spectra in the UV and IR regions of the spectrum. The photoand cathodoluminescence of materials of different morphology, chemical composition and prehistory was studied.

Key words: phosphor, photoluminescence, cathodoluminescence, timeresolved spectroscopy, oxygen impurities.

85

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

1.Введение.

Впоследнее десятилетие одним из направлений исследований является разработка детекторов ионизирующих излучений в режиме счета фотонов, обеспечивающих высокий световой выход, малое время отклика и низкий уровень послесвечения. Поиск материалов, отвечающих вышеуказанным требованиям, привел к изучению как новых кристаллических материалов, содержащих сложные оксианионные комплексы, так и материалов, легированных оксидами поливалентных тяжелых металлов [1‒4]. Введенные примеси, представляющие собой легирующие катионы, координированные кислородсодержащими примесями и дефектами решетки, служат местами стока электронных возбуждений [5, 6], что обеспечивают высокую эффективность преобразования энергии жесткой радиации в излучение в видимом диапазоне.

Внастоящее время найдено широкое применение таким материалам: в качестве детекторов излучения в медицинской диагностике, для неразрушающего контроля в промышленности и на таможне, как компонентов источников белого света (LED), в качестве лазерных материалов. Перспективны эти материалы и для применения в современной томографии и сцинтилляционных болометрах, в физике высоких энергий при изучении редких альфа- и бетараспада и двойного бета-распада, в процессе поиска слабо взаимодействующих массивных частиц – как компонентов темной материи [7‒9].

При расширении областей применения люминофоров очевидна актуальность поиска как новых материалов, обладающих высокими эмиссионными и эксплуатационными качествами так и новых способов их получения, альтернативных дорогостоящей, трудоемкой и длительной процедуре роста кристаллических материалов.

Внастоящее время в качестве одного из перспективных материалов рассматривается высокотемпературная оптическая керамика [10‒14]. Керамика имеет ряд эксплуатационных преимуществ перед кристаллами: обладает высокими механическими характеристиками, высокой термостойкостью и влагостойкостью, химически инертна, из керамики могут быть изготовлены изделия необходимой формы и размера, обладает высокой эксплуатационной надежностью и дешевизной.

Синтезирована нанокерамика, активированная различными окислами. Очевидно, что влияние морфологии на спектрально-кинетические параметры излучающих центров, возросшая роль поверхностных процессов наряду с высокой химической активностью кислорода в составе люминофора имеют решающее значение при оценке пригодности новых люминофоров к длительным режимам эксплуатации в различных агрессивных средах и температурных режимах.

86

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

В работе представлены результаты исследования фото- и катодолюминесценции материалов разной морфологии и типа кристаллической решетки, содержащие WO комплексы в составе излучающих центров, с целью оценки возможности их использования для преобразования высокоэнергетического излучения в импульсы излучения видимого диапазона.

2. Объект и методы исследования

В работе проведены исследования следующих материалов.

1.Не активированные кристаллы LiF и кристаллы LiF, легированные

Li2O, выращены методом Стокбаргера во фторирующей атмосфере в Государственном оптическом институте им. И. Вавилова (Санкт-Петербург, Россия);

2.LiF кристаллы, активированные окислами поливалентных металлов MeO (Me: Fe, Ti, W), выращены методом Киропулоса в атмосфере азота в Институте сцинтилляционных материалов НАН Украины (Харьков). Концентрация примеси определялась спектрофотометрическим методом в том же институте.

3.ZnWO4 монокристаллы выращены нами методом Чохральского в Институте сцинтилляционных материалов НАН Украины (Харьков). Шихта готовилась твердофазным методом с использованием в качестве исходных материалов оксидов Zn и W (99,995 мас. %) .

4.MgF2 и BaF2 керамические материалы, не активированные и активированные триоксидом вольфрама, синтезированные нами на воздухе под действием потока высокоэнергетических электронов в институте Ядерной физики СО РАН. Шихта готовилась твердофазным методом с использованием

вкачестве исходных материалов оксиды Ba и W или Mg и W [15, 16]. На тигель с шихтой направлялся поток электронов с энергией 1.4 МэВ. Синтез осуществлялся за время 1 секунда на воздухе с последующей выдержкой керамики на воздухе в течение 12 часов.

5.Порошок WO3 был получен в институте Электроники УрО РАН. Исходная дефектность исследуемых материалов оценивалась по

спектрам поглощения и фотолюминесценции (ФЛ), возбуждаемой оптически, и катодолюминесценции (КЛ), возбуждаемой импульсом электронов наносекундной длительности с энергией электронов 250 кэВ.

Спектры поглощения материалов измерялись в широком спектральном диапазоне 12‒0.3 эВ при 300 К. В вакуумном ультрафиолетовом диапазоне (13–6 эВ) спектры измерялись в НИТИОМ ГОИ им. Вавилова (С.-Петербург) с использованием спектрометра на базе вакуумного монохроматора; в диапазоне (6‒1) эВ на спектрофотометре СФ-256; в диапазоне 0.5‒0.3 эВ спектры были измерены с помощью спектрометра FT-IR Nicolet 5700.

87

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Для возбуждения люминесценции использовались источники трех типов:

1)импульсный ускоритель электронов с энергией 250 кэВ с длительностью импульса 10 нс. Поглощенная доза излучения за время действия электронного

импульса не превышала 10 Гр;

2)Nd-YAG лазер с энергией фотонов 4.66 эВ с длительностью импульса 10 нс, энергией в импульсе 40 мДж;

3)ксеноновая стационарная лампа с излучения в диапазоне 1–6.2 эВ. Спектрально-кинетические характеристики люминесценции изучались в

области (4–1) эВ с использованием измерительной техники с наносекундным временным разрешением и с различными временами задержками в интервале 10–8–10–1 с после окончания импульса возбуждения.

Спектры возбуждения ФЛ измерялись в диапазоне (6.2‒1) эВ на спектрометре Cary Eclipse с использованием ксеноновой стационарной лампы в качестве источника возбуждения.

Температурная область исследования катодолюминесценции 15‒300 К.

3. Краткая характеристика исследованных материалов

Кристалл LiF - широкозонный диэлектрик, имеющий кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку. Ширина запрещенной зоны (Eg) равна 13.6 эВ. Прозрачный в диапазоне 12‒0.3 эВ. Обладает высокой радиационной чувствительностью и радиационной памятью. Обладая тканеэквивалентностью по значению эффективного атомного номера, легированные кристаллы LiF широко используются в качестве дозиметров в области малых поглощенных доз [17‒19].

Возбуждение не активированного кристалла фотонами с энергией в области границы прозрачности приводит к короткоживущему свечению автолокализованных экситонов (АЛЭ) в области 5 эВ при Т 150 К [20, 21].

В работе исследовались кристаллы LiF, активированные окислами различных металлов: Ti, Fe или W. Активированные кристаллы были непрозрачны в ультрафиолетовой области 4 эВ и в инфракрасной (ИК)

области 0.5‒0.3 эВ [22, 23].

Кристалл BaF2 имеет решетку флюорита, которая представляет собой куб из восьми ионов фтора, в центре куба находится ион металла, а каждый ион фтора находится в центре тетраэдра из эквивалентных ионов металла. Eg=10.5 эВ [24, 25]. Имея широкий интервал пропускания света (120‒100000 нм) кристалл широко используется в системах визуализации в качестве объективов, фильтров, окон. Не активированный кристалл не является люминофором. В поле γ/β радиации при 300 К не теряет прозрачность в видимой области спектра до 108 рад из-за низкой стабильности радиационных

88

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/