Effect of growth atmosphere composition on heat and mass transfer at continuous feed growth of scintillation crystals from melt

Abstract

Effect of the furnace atmosphere composition on the heat and mass transfer has been studied when growing Csl(Na) crystals of 300 mm dia. under control of the crystal-melt interface (CMI) and the crystal immersion depth into the melt at the fixed cylindrical part height (60 mm). The most intense heat transfer from the crystal has been found in argon atmosphere, when the deposit amount on the upper crystal butt is the smallest that is of critical importance for the increased CMI immersion depth as compared to other atmospheres. An opposite result has been obtained in helium atmosphere both in the heat transfer from the crystal to the furnace walls and in the CMI immersion depth. In the mixed gas atmosphere, the result was found to be, as expected, intermediate between two preceding cases in all the parameters measured.

Розглянуто вплив різного складу атмосфери у печі на тепло-масоперенесення при вирощуванні монокристалів Csl(Na) діаметром 300 мм при контролі форми фронту кристалізації (ФК) та вимірюванні її глибини занурення у розплав при фіксованій висоті циліндричної частини кристала (60 мм). Встановлено, що в атмосфері з аргоном спостерігається найбільше теплоперенесення від кристалу, що вирощують, при найменшій кількості конденсату розплаву, що осів на верхньому торці кристала, і це є визначальним для збільшення глибини занурення ФК у розплав порівняно з іншими варіантами атмосфер. При вирощуванні кристалів в атмосфері з гелієм результат виявився протилежним, як за тепловіддачою від кристала до стінок печі, так і за глибиною занурення ФК. Результат в атмосфері із суміші двох газів, як і слід було очікувати, виявився проміжним між обома попередніми варіантами за всіма виміряними параметрами.

Рассмотрено влияние различного состава атмосферы в печи на тепло-массоперенос при выращивании монокристаллов Csl(Na) диаметром 300 мм при контроле формы фронта кристаллизации (ФК) и измерении его глубины погружения в расплав на фиксированной высоте цилиндрической части кристалла - 60 мм. Установлено, что в атмосфере с аргоном наблюдается наибольший теплоперенос от выращиваемого кристалла при наименьшем количестве осевшего на верхнем торце кристалла конденсата расплава, что является определяющим в увеличении глубины погружения ФК в расплав в сравнении с другими вариантами атмосфер. При выращивании кристаллов в атмосфере с гелием результат оказался противоположным как по теплоотдаче от кристалла к стенкам печи, так и по глубине погружения ФК. Результат в атмосфере из смеси двух газов, как и следовало ожидать, оказался усредненным по двум предыдущим вариантам по всем измеряемым параметрам.