Моделирование процессов теплообмена при выращивании кристаллов сапфира, применяемых в медицине

Известия ЮФУ. Технические науки

Тематический выпуск

УДК 621.3.049.77.772

С.Н. Нелина

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КРИСТАЛЛОВ САПФИРА, ПРИМЕНЯЕМЫХ

В МЕДИЦИНЕ

Предложена модель, позволяющая рассчитать распределение тепловых полей в системе кристалл - расплав - исходный материал при выращивании кристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации.

Горизонтальная направленная кристаллизация; сапфир; моделирование.

S.N. Nelina NUMERICAL MODELING OF THE HEAT TRANSFER PROCESSES UNDER CRYSTAL OF SAPPHIRE APPLIED IN MEDICINE

The model, allowing to calculate distribution of thermal fields in system a crystal - melt -an initial material at the crystals growth process of sapphire by the horizontal directed crystallisation.

Horizontal directed crystallization; sapphire; modeling.

Уникальная инертность, в том числе электролитическая пассивность, биосовместимость, коррозионная стойкость и твердость сапфира определили основные области его применения в медицине. Это - имплантология, хирургия и медицинское приборостроение. В связи с тем, что разработка технологии выращивания монокристалла сапфира является дорогостоящим этапом производства, важным моментом является моделирование с помощью ЭВМ процессов происходящих в установке для выращивания, а также в системе кристалл - расплав.

Зная распределение температуры в системе расплав - кристалл и динамику его изменения с учетом переноса тепла от фронта кристаллизации вдоль кристалла излучением, можно определить положение, скорость перемещения и форму фронта кристаллизации, которые влияют на количество образующихся дефектов, а также оценить напряжения в растущем кристалле, что позволит корректировать дальнейшие этапы обработки.

Рассмотрена задача о нахождении стационарного распределения температуры в системе расплав - кристалл с учетом наличия поддона и вакуумного зазора между ним и тиглем, а также изменения физических параметров сапфира при плавлении и кристаллизации. Поскольку процесс кристаллизации происходит в вакууме, тепло от нагревателей к тиглю передается излучением.

Представленная модель позволяет рассчитывать распределение температуры в системе расплав - кристалл при кристаллизации сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации с учетом излучения с поверхности кристалла и диффузной границы - фронта. В модели учитывается экранирующая роль поддона, тигля и зазора между ними.

Результаты проведенных расчетов показали, что прозрачность монокристалла сапфира в твердой фазе для теплового излучения (поглощательная способность сапфира а<0,3 - 0,5 см-1) делает радиационную составляющую преобладающей в тепловом потоке от фронта вдоль кристалла. По этой причине скорость роста кристалла растет с увеличением длины кристалла, а также изменяется и форма фронта кристаллизации. Эти факторы являются одними из основных причин образования дефектов в кристаллах.

Краткие сообщения

Нелина Светлана Николаевна

Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: nelina76@mail.ru.

347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.

Тел.: 88634371603.

Nelina Svetlana Nikolaevna

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: nelina76@mail.ru.

44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.

Phone: +78634371603.

УДК 612.76

СП. Догадин

К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ СТАБИЛОГРАФИИ В ДИАГНОСТИКЕ ЗАКРЫТОЙ ЧЕРЕПНО-МОЗГОВОЙ ТРАВМЫ

В статье описывается применение методик стабилографии, как одного из методов диагностики ЗЧМТ, а также применении его для определения результатов лечения.

Стабилограф; черепно-мозговая травма; тест.

S.P. Dogadin STABILOGRAPHY AS A DIAGNOSTIC TOOL FOR CLOSED CRANIOCEREBRAL TRAUMA

The article describes different stabilography methodologies as one of the diagnostic technics for hospital treatment as well as using it for defining treatment results.

Stabilograph; diagnostics; craniocerebral trauma.

Черепно-мозговая травма (ЧМТ) - это тяжелая сочетанная патология в смысле влияния её на витальные и моторную функции, в числе которых нарушение работы вестибулярного, зрительного и проприоцептивного анализаторов. Последние непосредственно влияют на способность человека поддерживать вертикальную позу.

Выделяют следующие клинические формы черепно-мозговой травмы: 1) сотрясение мозга; 2) ушиб мозга легкой степени; 3) ушиб мозга средней степени; 4) ушиб мозга тяжелой степени; 5) диффузное аксональное повреждение; 6). сдавление мозга; 7) сдавление головы [1]. По характеру с учётом опасности инфицирования внутричерепного содержимого ЧМТ делят на закрытую (ЗЧМТ) и открытую.

В проведенной работе нами рассматривались только 1 и 2 формы закрытой черепно-мозговой травмы. При этом мы исходили из следующего: при 3-7 клинических формах специалист кроме клинических проявлений болезни может опираться на данные КТ (компьютерной томографии), МРТ (магнитно-резонансной томографии), рентгенографии идр. инструментальных методов. При 1 форме инструментальных методов подтверждающих диагноз сегодня нет. При 2 форме КТ и МРТ даёт некоторую информацию лишь в 30-50 % случаев.

При этом дать количественную оценку тяжести состояния больного, которая будет восприниматься однозначно врачами разных специальностей и в разных регионах как ЭКГ, например, до сегодняшнего дня не представляется возможным.