Все статьи - Геология

Актуальность и востребованность темы диссертации. Сегодняшний интенсивный технический прогресс во всём мире требует создание новых технических средств, которые могут быстро передавать, хранить и обрабатывать большие объемы информации. Для удовлетворения этих потребностей необходимо создать новое поколение приборов, принцип работы которых должен принципиально отличается от существующих. В новой отрасли микроэлектроники, известной как «спинтроника» для передачи, переработки и хранения информации наряду с зарядом электрона используется его спин. В качестве активной материальной базы спинтроники необходимо использовать материалы имеющие одновременно как с полупроводниковые так и ферромагнитные свойства. На сегодняшний день синтезировано множество разбавленных магнитных полупроводников (РМП) и полупроводниковых соединений с такими свойствами, которые успешно используются в различных электронных устройствах.
В настоящее время во всем мире одним из актуальных вопросов является получение ферромагнитного кремния из немагнитного путём имплантации магнитных ионов. Основными причинами этого являются, низкая стоимость кремния по сравнению с другими магнитными полупроводниками, достигшее своего совершенствования технология получения и превосходная планарная технология создания интегральных приборов. В связи с этим одной из важнейших задач полупроводникового материаловедения является формирование ферромагнитных свойств в кремнии путем легирования его магнитными примесями, изучение магнитных и магнитотранспортных свойств.
В соответствии со Стратегией действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан, наиболее важным является обратить особое внимание на разработку эффективных механизмов внедрения достижений научных исследований. В частности, особое внимание выделяется на создание технологии получения новых магнитных полупроводников, исследование электрофизических, фотоэлектриктрических, магнитных и магнитотранспортных а также оптических свойств и применения их на практике. В год поддержки иновационных идей и технологий, активного предпринимателя поднятие на современный уровень полученных научных результатов. В частности, повышение конкурентоспособности и эффективности изделий микроэлектронной промышленности созданием дешевых, экономичных и принципиально отличающихся от существующих технологий, на основе физических явлений наблюдаемых в магнитных полупроводниковых материалах.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан №-УП-4947 «О мерах по дальнейшей реализации Стратегии действий по развитиям Республики Узбекистан в 2017-2021 годах» от 7 февраля 2017 года и в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПК-№2772 от 13 февраля 2017 года «О приоритетных направлениях развития электронной промышленности 2017-2021 годах» а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Цель исследования является создания ферромагнитного состояния в сильно компенсированном монокристаллическом кремнии, легированного ионами марганца методом ионной имплантации, исследование обменного взаимодействия высокоспиновых магнитных нанокластеров и выявление их влияния на транспорт тока.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
впервые, показана возможность получения на основе кремния сильнокомпенсированного кремния с нанокластерми марганца обладающего ферромагнитными свойствами при ионной имплантации марганца;
обнаружено образование высокоспиновых магнитных нанокластеров в сильнокомпенсированных образцах Si<B,Mn> при ионном легировании кремния марганцем;
обнаружено появление ферромагнетизма в сильнокомпенсированных образцах Si<B,Mn> при комнатной температуре;
впервые, обнаружено положительное магнитосопротивление, его кинетика и гистерезис связанного с магнитными нанокластерами марганца в сильнокомпенсированных образцах Si<B,Mn>;
по результатам исследование ВАХ и ЛАХ сильнокомпенсированных образцов Si<B,Mn> при температурах 80 и 300 К, определена существенная разница этих характеристик связанных с нанокластерами содержащих ионы марганца по сравнению образцами полученных высокотемпературной диффузией;
предложена модель внутрикластерного и межкластерного обменного взаимодействия приводимая к ферромагнетизму в сильнокомпенсированных образцах Si<B,Mn>.
Заключение
На основе проведённых исследований по изучению магнитных, магнитотранспортных, фотоэлектрических и электрофизических свойств сильнокомпенсированных образцов Si<B,Mn> можно сделать следующие выводы:
1. Впервые показана возможность получения ферромагнитных образцов сильнокомпенсированного кремния с примесью марганца с помощью метода ионной имплантации.
2. По исследованиям структуры нанокластеров в монокристаллах кремния установлено, что их размеры составляет порядка 5-20 нм и в основном содержит ионы Мп2+ и Мп4+, а причиной высокоспинового состояния в них является внутрикластерное косвенное обменное взаимодействия между ионами Мп2+ и Мп4+.
3. В образцах Si<B,Mn>, полученных методом ионной имплантации наблюдается положительное магнитосопротивление достигающие более чем 25 % при комнатной температуре. Кроме этого, при 300 К и при слабых магнитных полях наблюдается кинетика положительного магнитосопротивления. Причиной этому является спинзависимое рассеяние носителей заряда от высокоспиновых магнитных нанокластеров марганца. Наблюдаемая временная кинетика положительного магнитосопротивления указывает на существования конкуренцию между тепловым разупорядочением и упорядочением внешним магнитным полем, ориентацию магнитных моментов высокоспиновых магнитных нанокластеров марганца.
4. Впервые показано влияние высокоспиновых нанокластеров состоящих из ионов Мп на транспорта тока в сильнокомпенсированных образцов Si<B,Mn>.
5. Впервые установлено существование ферромагнитной фазы в сильнокомпенсированных образцах Si<B,Mn> при 300 К.
6. Показано, что в сильнокомпенсированных образцах Si<B,Mn> полученного методом ионной имплантации, образуется высокоспиновые магнитные нанокластеры типа Mn2+, Мп4+ связанные между собой косвенным обменным взаимодействием и эти нанокластеры является ответственными за ферромагнитное состояние в исследованных образцах.
7. На основе результатов исследований показано, что при легировании кремния атомами элементов переходной группы железа до высокой степени компенсации могут привести его в ферромагнитную фазу и это указывает на возможность применения сильнокомпенсированных образцов Si<B,Mn> в качестве активной элементной базы спиновых транзисторов и других дискретных элементов спинтроники.

Актуальность и востребованность темы диссертации. Проблема использование засоленных грунтов при проектировании и строительстве автомобильных дорог имеет важное значение. Засоленные грунты широко распространены вдоль побережий Тихого, Атлантического, Индийского океанов и многих морей. В качестве основания сооружений, засоленные грунты используются в Австралии, Египте, Индии, Иране, Казахстане, Мексике, Пакистане, России, США, Узбекистане, а также в ряде стран Европы. По этому в настоящее время изучение свойств засоленных грунтов, в том числе оценка устойчивости дорожных насыпей построенных из засоленных грунтов считаются актуальными задачами.
В мире в процессе проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог, научно обоснованные и целенаправленные исследования прочностных показателей засоленных грунтов находящихся в теле земляного полотна являются актуальными. В этой области, в том числе для обоснования их расчетных характеристик, разработка конструктивных решений рабочего слоя земляного полотна из засоленных грунтов с учетом водно-теплового режима, усовершенствование методов оценки плотности и влажности, свойств засоленных грунтов земляного полотна существующих автомобильных дорог, обоснование расчетных характеристик засоленных грунтов, усовершенствования методов искусственного улучшения свойств засоленных грунтов с поверхностно-активными веществами, а также, разработки методов по прогнозированию их влияния на расчетные характеристики земляного полотна считается актуальным.
В настоящее время в республике, в транспортно-коммуникационной системе, уделяется особое внимание на качественное усовершенствование проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 годы предусмотрен задачи «...осуществления целевых программ по развитию и модернизации дорожно-транспортных, инженернокоммуникационных и социальных инфраструктур,...»1. Проведение научных исследований при применении решений данных задач, в частности, для обоснования расчетных характеристик рабочего слоя земляного полотна из засоленных грунтов с учетом его водно-теплового режима, разработка конструктивных решений, усовершенствование способов определения влажности и функциональных зависимостей на основе определения их показателей, для улучшения свойств засоленных грунтов, разработка стабилизирующих поверхностно-активных веществ «Битумные эмульсии» являются актуальными. В этом направлении за счет усовершенствования методов повышения прочности слоев земляного полотна, т.е. с учетом транспортных нагрузок, строительство новых транспортных магистралей и разработка методов расчета позволяющих сократить межремонтные сроки при их эксплуатации считается актуальными задачами.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных Указами Президента Республики Узбекистан № УП-4997 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», №УП-4954 от 14 февраля 2017 года «О мерах по дальнейшему совершенствованию системы управления дорожным хозяйством», №ПП-2776 от 14 февраля 2017 года «Об организации деятельности Государственного комитета Республики Узбекистан по автомобильным дорогам и Республиканского дорожного фонда при Кабинете Министров Республики Узбекистан» и Постановлением Кабинета Министров №166 от 31 марта 2017 года «Об организации деятельности Государственной инспекции по контролю за качеством дорожно-строительных работ при Кабинете Министров Республики Узбекистан», а также других нормативно-прововых документов, принятых в данной сфере.
Цель исследования является обоснование расчетные характеристик насыпей земляного полотна из природных и стабилизированных засоленных грунтов.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
усовершенствование существующих конструктивных решений для определения расчетных показателей дорожных насыпей из засоленных грунтов;
определены функциональные зависимости между показателями рабочего слоя земляного полотна из засоленных грунтов и качество и количество солей содержащихся в ней;
усовершенствован метод определения влажности засоленных грунтов на основе исследования существующих влажности грунтов находящихся в теле дорожных насыпей;
усовершенствован метод улучшения структурных связей и свойств засоленных грунтов с поверхностно-активным веществом на основе существующих стабилизаторов грунта.
Заключение
На основе результатов исследований, проведенных по теме «Обоснование расчетных характеристик засоленных грунтов насыпей земляного полотна» диссертации доктора философии (PhD) представлено следующее заключение:
1. Для прогноза расчетных характеристик дорожных насыпей из засоленных грунтов предложено расчетное конструктивное решение-схема рабочего слоя увлажняемого капиллярными водами. Это позволяет получить функциональные зависимости для назначения расчетных характеристик рабочего слоя земляного полотна при его проектирование.
2. Определены расчетные характеристики рабочего слоя земляного полотна существующих автомобильных дорог и они дифференцированы в соответствии количество и качество солей, плотности и влажности засоленного грунта. Это позволяет создать оптимальные конструкции дорожных одежд.
3. В полевых условиях для определения прочности уплотненных грунтов усовершенствовано существующие одноплоскостные портативные приборы и они испытаны в реальных условиях. Это позволяет оперативно определить прочностные характеристики засоленных грунтов.
4. В результате исследования внесены изменения к показателям засаленных грунтов, приведенных в существующих нормативных документах. Эти изменения позволяют на 15% увеличить использование в строительстве негодных для дорожного строительство сильно засоленных грунтов.
5. Для улучшения физико-химических и физико-механических свойств засоленных грунтов разработано поверхностно-активных вещество «Битумная эмульсия» и в системе «Засоленный грунт+битумные эмульсии» предложены конструкции дорожных насыпей из засоленных грунтов. Это позволяет увелечение прочности и устойчивости, уменшения высоты насыпи и увеличение срока службы земляного полотна.
6. Научные разработки и теоретические положения, полученные в результате проведенных исследований позволит разработать ряд нормативных документов и они включены в учебные литературы. Внедрение результатов исследования удлиняет межремонтный срок службы покрытия автомобильных дорог на несколько лет или на 1 км дороги даёт экономии в средним 120 млн. сум. При расширении сферы внедрения эффект возрастает и решаются крупные проблемы экономики страны.
С помощью предложенного поверхностно-активного вещества «Битумная эмульсия», высота дорожных насыпей из засоленных грунтов относительно существующих норм уменьшена на 20% или толщина дорожных одежд уменьшена на 10%, это позволяет сэкономить 45 млн. сум на 1 км дороги.

Актуальность и востребованность темы диссертации. Решение проблемы загрязнения подземных вод нефтепродуктами в мировом масштабе является одной из актуальных задач. Ежегодные потери нефти и нефтепродуктов, происходящие при добыче, переработке и использовании составляют в среднем 100 млн. тонн. Потерянные нефти и ее продукты по различным причинам проникают в геологическую среду, в том числе в подземные воды, в результате чего происходит их загрязнение. В этом аспекте повышается их влияние на окружающую среду, в том числе на подземные воды и актуальность проблемы загрязнения геологической среды нефтепродуктами.
В настоящее время по всему миру изучение процесса загрязнения подземных вод нефтепродуктами является востребованным, в частности, разработка методов изучения очагов загрязнения, определения степени загрязнения, усовершенствования системы мониторинга, разработка технологии ликвидации. В условиях засушливого климата основным источником питьевого водоснабжения населения являются подземные воды. Изучение загрязнения подземных вод нефтепродуктами, разработка технологии локализации и ликвидации загрязнения - основные проблемы современной гидрогеологической науки. Созданы благоприятные условия для разработки природоохранных мероприятий по решению проблемы, защиты подземных вод от загрязнения, своевременного определения очагов загрязнения подземных вод, их локализации и ликвидации.
В Республике по изучению загрязнения подземных вод нефтепродуктами и их ликвидации достигнуты определенные успехи. В частности, особенное внимание уделялось на определение степени загрязнения подземных вод нефтепродуктами крупных городов и промышленных зон, разработку мероприятий по их локализации и ликвидации. Проведенные работы приобрели общий характер. Не уделено особое внимание на санации нефтяного загрязнения геологической среды, на стратегии движения1 «Обеспечение экологической безопасности проживания людей, предотвращение экологических проблем, наносящих урон состоянию окружающей среды, здоровью и генофонду населения». Определены основные задачи изучения загрязнения подземных вод нефтепродуктами и разработка природоохранных мероприятий, их внедрение в практику являются более актуальными вопросами.
Диссертационное исследование в определенной степени служит выполнением задач предусмотренными Указом Президента РУз № УП-4947 от 7 февраля 2017 г. «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Постановлением Президента ПП-2954 от 4 мая 2017 г. «О мерах по упорядочению контроля и учета рационального использования запасов подземных вод на 2017-2021 гг.», ПП-3004 от 24 мая 2017 г. «О мерах по созданию единой геологической службы в системе государственного комитета Республики Узбекистан по геологии и минеральным ресурсам», Постановлением Кабинета Министров № ПКМ-430 от 27 июня 2017 г. «О мерах по дальнейшему упорядочению деятельности в сфере использования подземных вод», а также в других нормативноправовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является особенность загрязнения подземных вод нефтепродуктами аридных областей и разработка методики ведения его мониторинга.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
впервые охарактеризована научная картина нефтепродуктового загрязнения в структурном ярусе современного водообмена большого бассейна (старшей по уровню организации гидрогеологической системы);
разработана новая версия модели миграции и трансформации нефтепродуктов в формате модели потока с переменной массой, компоненты (которой исчисляются (измеряются) по массовым расходам и массе продуктов);
разработана по новому способу отображения карта (схема) подземных водоносных систем структурного яруса современного водообмена большого Ферганского бассейна применительно к масштабу 1: 200 000, на которой отражено размещение источников загрязнения и пораженные ими части водных объектов;
оценена значимость выноса нефтепродуктов из Ферганского региона в среднее течение р. Сырдарьи в умеренных по рыбохозяйственному лимитирующему признаку вредности концентрациях;
разработаны в модифицированном формате рекомендации по мониторингу и санации загрязненных нефтепродуктами подземных водоносных систем, водных объектов и земель для совместного управления за состоянием источников загрязнения и охраняемых объектов.
Заключение
На основе исследований, проведённых в докторской диссертации на тему: «Особенности загрязнения нефтепродуктами подземных вод аридных областей и методики его мониторинга», сделаны следующие выводы:
1. Феномен нефтепродуктового загрязнения окружающей среды и конкретно - подземных вод, имеет место, как в развитых, так и развивающихся странах мира. Он составляет существо медленно накопившейся к середине прошлого века социально-экологической проблемы. Нефть и нефтепродукты для открытой окружающей среды -инородные вещества, к тому же вредные и опасные. Их масштабное распространение обусловливает социально-экологической вред, проистекающий в формате деструкции - биоценозов; воздушного, водного, теплового, радиационного режимов геотопов, условий жизнедеятельности социумов.
2. Водные компоненты геотопов - поверхностные и подземные воды при нефтепродуктовом загрязнении существенно изменяются по химическим составам и изменяют водно-физические свойства водовмещающих пород. Эти изменения протекают своеобразно по каждому конкретному скоплению нефтепродуктов, обусловливая разнообразие пространственно-временного обособления их гомологов.
3. Природа миграции и трансформации нефтепродуктов достаточно полно отражается представлениями об их потоке с перемешанной массой. В этом представлении (модели) жидкая фракция нефтепродуктов совместно и в потоке воды течет/фильтруется по направлению его градиента, а тяжелая и газовая фракции отделяются от потока (оседая на поверхности, сорбируясь в поровом пространстве или улетучиваясь) или присоединяются к нему за счет растворения или выщелачивания.
4. Тем самым, подземные воды функционально являются средой миграции и трансформации жидких, растворенных и водно-эмульгированных компонентов нефтепродуктов (безусловно, с учетом свойств водовмещающей среды - горных пород), а их форматирование в струи, потоки и другие форматы структурируют в общем и движение нефтепродуктов. Тяжелые фракции нефтепродуктов иммобилизуются в поровом (трещинном) пространстве подземных водоносных систем, а легкие - в газообразном состоянии улетучиваются или накапливаются в поровом пространстве. Тяжелые фракции по мере деструкции присоединяются к водному потоку порового пространства или улетучиваются (отделяются от скопления). Таким образом, нефтепродукты и подземные воды в едином потоке (по-видимому, стратифицированном или струйном) коэволюционируют до его выклинивания в базис стока. Такое видение картины миграции и трансформации нефтепродуктов составляет ее базу, на которой основываются или наслаиваются, дополняются или поясняются другие элементы панорамы процесса. Данное видение картины массопереноса характерно для потоков локального уровня организации.
5. По мере сращивания на над локальном, субрегиональном и региональном уровнях организации они усложняются и структурируются в границах, контролируемых поверхностными водотоками или фильтрационными барьерами и окнами («провалами») в водовмещающей толще. Такого рода границы послужили основанием для выделения таксонов карты-схемы подземных водоносных систем структурного яруса современного водообмена Ферганского бассейна. Это карта дал возможности отражает распределение водоносных систем в 4 поясах по высотным позициям и геолого-структурным особенностям.
6. По совокупности к тому же радиально спадающие через пояса реки придают им секторальную форму, а опоясывающие впадину магистральные каналы, в свою очередь, переформатируют в трапеции. К такому роду трапеций приурочены группы массивов грунтовых вод, которые в орошаемой зоне расчленяются на меньшие массивы вплоть до поливных карт. Такое переформатирование склонового стока способствует «разубоживанию» скоплений нефтепродуктов на поверхности земли и добеганию их растворенных или взвешенных форм до ближайших водоприемников, из которых далее в составе коллекторно-дренажных или ливневых вод попадают в большую реку. Коллекторно-дренажная сеть также дренирует загрязненные нефтепродуктами грунтовые воды. Так что по совокупности переформатированный склоновый и коллекторно-дренажный сток убыстряют растекание и рассеивание нефтепродуктов и их поступление в реки. Приведенные выше особенности современного водообмена характерны для объектов регионального уровня организации, каковым является и большой Ферганской бассейн.
7. Водообмен стратифицирован в разрезе грунтовых и пластовых вод. Наиболее мобилен деятельный слой грунтовых вод в условиях орошения и дренажа. Здесь период водообмена исчисляется пикоциклами (сутками и достигает длительности гидрологических сезонов). По мере заглубления до поверхности залегания пластовых (субнапорных) вод период водообмена увеличивается, а скорость продвижения нефтепродуктов не превышает 200-300 м/год. Период водообмена пластовых вод представляется значительно большим и исчисляется в геологическим масштабе времени (наноциклами, геосекундами и т. д.).
8. Соответствующим порядком и по времени группируются водоносные системы локального уровня организации между собой и достигают регионального уровня. Здесь время «распластывается» на глубину, а быстротечные явления сосредоточиваются в приповерхностных слоях почв и грунтовых вод. По этой причине нефтепродуктовое загрязнение окружающей среды и ее мобильного компонента - подземных вод приобрело широкоплощадной характер, достигло регионального уровня.
9. Региональная картина нефтепродуктового загрязнения окружающей среды характеризуется разнообразием распределения по территориям и акваториям. В случае Ферганского бассейна нефтепродуктовым загрязнением поражены северо-восточные, восточные и южные секторы пояса неотектонидов, а также центральная часть. Уровень загрязнения нефтепродуктами деятельного слоя грунтовых вод изменяется в широком диапазоне - от высокого (выше ПДК и часто многократному) к пороговому (в пределах ПДК) и предпороговому (ниже ПДК для питьевой воды). Высокие уровни прослежены на площадях до 15 км2 (ФНПЗ), пороговые - до 10-30 га (бензозаправочные станции), а предпороговые - занимают территории, опоясывающие источники загрязнения.
10. Имеет место вынос нефтепродуктов из Ферганского региона в среднее течение р. Сырдарьи. Так что Ферганский регион - источник нефтепродуктого загрязнения в бассейне р. Сырдарьи, уровень загрязнения вод в котором оценена значимость выноса нефтепродуктов из Ферганского региона в среднее течение р. Сырдарьи в умеренных по рыбохозяйственному лимитирующему признаку вредности концентрациях;
11. Перечисленные методологические положения переформатируют идеологию рекомендаций по адаптации технологий локализации и санации нефтепродуктового загрязнения к природной среде Узбекистана.
12. Данные положения модифицируют и систему ведения мониторинга нефтепродуктового загрязнения подземных вод, когда она не только отслеживает, анализирует и обобщает характеристики объекта, но вырабатывает (и оперативно внедряет) решения по управлению состоянием источника загрязнения и охраняемого объекта.
13. Таковы основные положения научной картины нефтепродуктового загрязнения подземных водоносных систем Ферганского бассейна и взаимодействующих с ними компонентов окружающей среды.