Оптическое стекло К108

Содержание

Оптическое стекло К108 — силикатный крон серии 100, радиационно-стойкий оптический аналог марки К8. Номинальные оптические постоянные двух марок совпадают знак в знак: nₑ = 1,5183, νₑ = 63,83, средняя дисперсия nF′−nC′ = 0,00812 (ГОСТ Р 71951-2025, табл. 1). Прибавка 100 к номеру обычной марки обозначает её радиационно-стойкую версию.

Стойкость задаёт протекторная добавка диоксида церия: в К108 её 0,19 мол. % CeO₂ (ИТМО, табл. 6.1). По радиационно-оптической устойчивости нормируют именно марки серии 100 (ГОСТ Р 71951-2025, п. 4.2.4). Изменение оптической плотности после гамма-облучения дозой 1·10⁵ Р задано для К108 нормой ΔD ≤ 0,015 (табл. 3), а у К8 та же доза даёт справочные 0,260 см⁻¹ (ГОСТ 13659-78, табл. 11). Сопоставление ориентировочное: 0,015 задан как предельный норматив приёмки, а 0,260 см⁻¹ измерено и приведено справочно по другому стандарту.

За стойкость платят ультрафиолетом: граница полупропускания λ₀.₅ смещена с 325 нм у К8 до 368 нм у К108 (ИТМО, табл. 6.4), ближний УФ обрезается, стекло имеет исходный желтоватый оттенок. Замена К8 на радиационно-стойкое оптическое стекло К108 в рассчитанной схеме не меняет ход лучей: показатель преломления и дисперсия одинаковы.

С 1 января 2026 года марку нормирует ГОСТ Р 71951-2025, введённый взамен прекратившего применение в России ГОСТ 3514-94.

Где применяют оптическое стекло К108

Радиационно-стойкое оптическое стекло К108 применяют в объективах приборов АЭС, космических аппаратов и лучевой терапии.

Объектив звёздного датчика ОЗК-60/1,4-К собирают с тремя первыми линзами из радиационно-стойких материалов: дозовые воздействия вызывают радиационное окрашивание, и входная часть схемы страдает первой («Электромагнитные волны и электронные системы», 2021, т. 18, № 6, с. 127–137). Оптическое стекло К108 ставят по той же причине. Применение К108 начинается там, где к рассчитанной схеме добавилась дозовая нагрузка.

Отрасли, где радиационно-стойкое оптическое стекло идёт по умолчанию:

• приборы АЭС и производств ядерной переработки;
• космическая аппаратура вне защиты атмосферы;
• аппараты лучевой терапии и рентгенодиагностики;
• оптические квантовые генераторы: требования к К8 и К108 по показателю поглощения на 0,7 и 1,06 мкм заданы отдельным отраслевым документом.

Порог такой оптики задан цифрой: объективы класса Non-Browning работают под суммарной дозой до 10⁸ рад (тот же класс приборов описан в патенте РФ 2079456). Для схем уровня 10⁵ Р норматив серии 100 закрывает вопрос без пересчёта оптики.

Есть и обратный случай. Если ионизирующего излучения в приборе нет, а нужен ближний УФ, марка не подходит: цериевая добавка обрезает коротковолновую часть (см. диапазоны прозрачности оптических окон).

Свойства оптического стекла К108

Оптические постоянные и радиационно-оптическая устойчивость

Метод испытания по п. 6.7 ГОСТ Р 71951-2025: образец 20 мм, доза кобальта-60 (1,0 ± 0,1)·10⁵ Р, измерение ΔD через (2,0 ± 0,5) ч.

Строка К108 в таблице 1 ГОСТ Р 71951-2025 повторяет строку К8 знак в знак. Расхождение начинается в таблице 3.

Для серии 100 стандарт нормирует изменение оптической плотности ΔD после гамма-облучения (п. 4.2.4). У К108 норматив 0,015, и в таблице 3 это лучший результат среди силикатных кронов: К110 держит 0,020, К119 0,025, К102 0,035, К114 0,045, а замыкает таблицу баритовый флинт БФ113 со значением 0,200.

Испытание описано в п. 6.7: источник кобальт-60, доза (1,0 ± 0,1)·10⁵ Р при мощности (1400 ± 300) Р/ч, температура плюс (20 ± 5) °C. Облучают образец толщиной 20 мм, а само изменение оптической плотности стандарт относит к толщине стекла 10 мм. Оптическую плотность измеряют по ГОСТ 3520 спустя (2,0 ± 0,5) ч, до измерения образец хранят в темноте при температуре не выше 25 °C. Рентгеновский вариант испытания (п. 6.8) идёт на образце 10 мм и даёт для К108 ΔD₁ не более 0,025 см⁻¹.

Обычный К8 по радиационно-оптической устойчивости не нормируется — ГОСТ 13659-78 (табл. 11) приводит для него справочные 0,260 см⁻¹ при дозе 1·10⁵ Р и 0,920 см⁻¹ при 5·10⁵ Р. Доза и толщина отсчёта (1 см) в обоих документах совпадают, но средняя мощность дозы разная: 10400 Р/ч в ГОСТ 13659-78 (п. 4.1) против (1400 ± 300) Р/ч в ГОСТ Р 71951-2025 (п. 6.7).

Различается и природа величин: 0,260 см⁻¹ измерено и приведено справочно, 0,015 задан как предельный норматив приёмки. Порядок разницы при одинаковой дозе 1·10⁵ Р составляет примерно 17 раз, но как оценка, а не как сопоставление в одинаковом режиме.

Плотность, ТКЛР, микротвёрдость, модуль Юнга и группы химической устойчивости именно К108 в нормативных таблицах отсутствуют. Эти характеристики стекла К108 нормируются ТУ на конкретную марку и запрашиваются у изготовителя.

Состав: церий вместо мышьяка

Ионы Се³⁺ перехватывают дырки и подавляют образование дырочных центров окраски с полосами поглощения 440 и 620 нм.

Вся разница между К8 и К108 умещается в две строки состава: добавлено 0,19 мол. % CeO₂, убрано 0,12 мол. % As₂O₃. В К208 церия почти вчетверо больше (0,74 мол. %).

Составы приведены по ИТМО, гл. 6, табл. 6.3.

Обе валентные формы церия (Се³⁺ и Се⁴⁺) легко перезаряжаются под ионизирующим излучением и поглощают свет в УФ, а не в видимой области. Се³⁺ дополнительно перехватывает дырки и подавляет образование дырочных центров окраски, полосы поглощения которых в натриево-силикатных стёклах лежат на 440 и 620 нм.

Обратное действие у мышьяка. Как элемент переменной валентности он участвует в радиационно-стимулированных процессах и понижает радиационно-оптическую устойчивость, поэтому из рецептур К108 и К208 As₂O₃ исключён, хотя в К8 он есть.

Чем платят за радиационную стойкость

Граница полупропускания λ₀.₅ смещена с 325 нм у К8 до 368 нм у оптического стекла К108 — плата за радиационную стойкость.

Граница полупропускания λ₀.₅ уходит с 325 нм у К8 до 368 нм у К108, на 43 нм в длинноволновую сторону, и сдвиг такого масштаба характерен для всей серии.

Второе следствие цериевой добавки: исходный желтоватый оттенок, которого у К8 нет. Причина в длинноволновых крыльях УФ-полос церия: сечение поглощения и полуширина полосы у Се⁴⁺ существенно превосходят те же величины у Се³⁺. Радиационное окрашивание не ограничено оптическими кронами: у кварцевого стекла оно известно как соляризация и радиационное потемнение.

Третье следствие лежит в таблице категорий: по показателю ослабления К108 допускается до 5-й категории, тогда как К8 до 4-й (ГОСТ Р 71951-2025, табл. 2). Для конструктора правило одно: замена К8 на оптическое стекло К108 не меняет ход лучей, но меняет пропускание в ближнем УФ и цветопередачу.

Что даёт каждый шаг серии К8 — К108 — К208

Триада К8 — К108 — К208: рост содержания CeO₂ и сдвиг границы полупропускания λ₀.₅ по мере увеличения радиационной стойкости.

Прибавка 100 к номеру даёт радиационно-стойкий аналог с теми же оптическими постоянными, прибавка 200 даёт аналог с ещё большей стойкостью.

К208 несёт 0,74 мол. % CeO₂ против 0,19 мол. % и отодвигает границу полупропускания до 383 нм; значения справочные, нормативных строк по этой марке в ГОСТ Р 71951-2025 нет.

Марки К108 и К8 в табл. 1 стандарта помечены звёздочкой как предпочтительные в использовании.

В каталоге серии 100 чуть более 60 марок, силикатных кронов среди них пять: К100, К102, К108, К114, К119, причём К100 аналога в обычном каталоге не имеет. Серии 200 и Н насчитывают 10 марок, из них 8 устойчивы к γ-излучению (К208, БК200, БК210, ТК216, БФ200, БФ219, Ф200, ТФ200), а ТКН1 и ТКН3 рассчитаны на нейтронное облучение.

Оптическое стекло серии 100 держит радиационные нагрузки примерно на порядок выше обычного, серии 200 и Н на 2–3 порядка. Логика нумерации кронов и флинтов разобрана отдельно: общая система марок оптического стекла.

Категории, классы и заготовки К108

Категорийный ряд К108 по ГОСТ Р 71951-2025 отличается от ряда К8 одной позицией: показатель ослабления 2–5 против 2–4. Остальные строки таблицы 2 совпадают.

По заготовкам:

• по категориям пузырности для стекла, сваренного в платиновом сосуде, К108 отнесён к группе с ФК11, ФК13, ФК14, К8 и ТФ13 (табл. 5);
• шкала масс заготовки: 50, 100, 200, 300, 500, 1000, 3000 и 10000 г;
• верхняя ступень записана как «свыше 10000 г»;
• в таблицу 6 К108 не внесён, наибольшую массу заготовки задают размеры по ГОСТ 13240-78 (п. 4.3).

Показатель ослабления определяют по ГОСТ 3520 с предельной погрешностью не более 0,0001 см⁻¹ для 1 и 2 категорий и не более 0,0002 см⁻¹ для категорий 3–8 (п. 6.6). Однородность партии классов А, Б, В проверяют на компенсационном рефрактометре по ГОСТ 28869, погрешность разности показателей преломления не более 1·10⁻⁵ (п. 6.4).

В заявке на оптическое стекло К108 категории указывают вместе с допусками и классом чистоты, как их оформляют чертежи оптических деталей и классы чистоты.

Что изменилось в нормативная базе с 1 января 2026 года

Приказом Росстандарта от 17.07.2025 № 767-ст утверждён ГОСТ Р 71951-2025 «Оптика и фотоника. Стекло оптическое бесцветное. Общие технические условия» с датой введения 01.01.2026 и пометкой «ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ». Тем же приказом прекращено применение на территории РФ межгосударственного ГОСТ 3514-94 с той же даты.

Стандарт разработало ООО «Лазеры и оптические системы» (ООО «ЛОС»), внесён ТК 296 «Оптика и фотоника». Приказом № 769-ст от той же даты введён ГОСТ Р 72015-2025 «Физико-химические характеристики» (ОКС 17.180.99, 58 страниц).

Развилка для конструктора: марка К108 внесена в ГОСТ Р 71951-2025, но в таблицах ГОСТ Р 72015-2025 марок серии 100 нет. Из кронов там К1, К2, К3, К8, К14, К15, К19, К20.

Расхождение касается всей серии 100, не одной марки.

Запись в чертеже по п. 3.3 включает марку и номер стандарта, причём номер в такой записи набирают через тире:

Стекло К108 ГОСТ Р 71951—2025

Область действия нового документа ограничена разделом 1: он не распространяется на стёкла серий 200, 500 и Н, а также на марки серий 0 и 100, которых в его таблицах нет.

Импортные аналоги и почему BK7G18 — не оптический аналог К108

Буква «G» в обозначениях Шотт с числом после неё кодирует содержание CeO₂ в десятых долях мас. %: 2,5 мас. % CeO₂ у BK7G25 и 1,8 мас. % у BK7G18 (SCHOTT TIE-42). Исходное стекло в обоих случаях одно (крон BK 7).

Значения приведены по ИТМО (с. 161, табл. 6.5); номинал К108 в сводной таблице выше.

Серия 100 разрабатывалась как оптические аналоги исходных марок, немецкая серия «G» такой задачи не решала. Показатель преломления у пары BK 7 / BK7G18 расходится в третьем, иногда во втором знаке после запятой, коэффициент дисперсии в первом (ИТМО, с. 161).

Практическое правило: К8 меняется на К108 без пересчёта схемы, BK 7 на BK7G18 только с пересчётом.

По радиационной устойчивости оценка ИТМО (с. 162) иная: стёкла Шотт должны заметно превосходить отечественную серию 100 и быть близкими к сериям 200 и Н. По номенклатуре перевес у отечественных каталогов: 32 радиационно-стойкие марки у Шотт против более чем 70 в сериях 100, 200 и Н.

Китайский H-K9L (CDGM, nd 1,5168, vd 64,20) повторяет N-BK7 и цериевой стабилизации не имеет, прямым аналогом К108 не служит. Подбор российских замен импортным маркам стекла разобран на примере электровакуумных марок Schott и Corning.

Как заказать заготовку и деталь из К108

Восемь позиций в заявке закрывают весь набор нормируемых параметров.

1. Марка и стандарт в форме «Стекло К108 ГОСТ Р 71951—2025» (п. 3.3).
2. Категории по nₑ, νₑ и средней дисперсии: для К108 доступны 1–4, 1–3 и 1–3.
3. Категория по показателю ослабления, с учётом того, что у К108 диапазон 2–5, а не 2–4.
4. Категория оптической однородности с привязкой к габариту: 1–3 для заготовок до 150 мм, I–IV свыше 150 мм.
5. Двулучепреломление, бессвильность и класс однородности партии по показателю преломления.
6. Габарит и масса заготовки по шкале табл. 5; наибольшую массу для К108 задают размеры по ГОСТ 13240-78.
7. Требование паспорта партии на отгружаемое стекло.
8. Физико-химические характеристики (плотность, ТКЛР, твёрдость) запрашивают у изготовителя по ТУ: в таблицах ГОСТ Р 72015-2025 марок серии 100 нет, а в ГОСТ 13659-78 серия 100 отсутствует в таблице 11 по радиационно-оптической устойчивости.

Кварц-Пром работает с 2004 года и поставляет кроны К1, К2, К102, К3, К8, К108, К100, К110, К14, К114, К15, К19, К119, К20, включая марки серии 100. Отгружаем и заготовки, и готовые детали по чертежу заказчика, качество каждой партии контролируем, работаем напрямую без посредников.

Когда брать К108, а когда К8 или К208

Выбор внутри триады решают две цифры: ожидаемая доза и коротковолновая граница диапазона.

Отличия К108 и К8 сводятся к спектру и дозе, поэтому вопрос один: какой запас закладывается на весь срок службы, а не на приёмочное испытание? Переход на К208 добавляет работы: ГОСТ Р 71951-2025 на серию 200 не распространяется (разд. 1), условия поставки задаёт ТУ изготовителя.

Частые вопросы

Чем К108 отличается от К8?

Оптические постоянные двух марок совпадают знак в знак, поэтому замена в рассчитанной схеме не требует пересчёта. Расходятся граница полупропускания λ₀.₅ (сдвиг 43 нм в длинноволновую сторону) и категория по показателю ослабления: до 5-й против 4-й. По дозе 1·10⁵ Р у К108 нормирован приёмочный предел ΔD ≤ 0,015, тогда как 0,260 см⁻¹ у К8 приведено в ГОСТ 13659-78 как измеренная справочная величина.

Что означает серия 100 в марке оптического стекла?

Прибавка 100 к номеру обычной марки обозначает её радиационно-стойкий аналог, прибавка 200 даёт аналог с ещё большей стойкостью. Стёкла серии 100 держат радиационные нагрузки примерно на порядок выше обычных.

Какой ГОСТ на К108 действует в 2026 году?

ГОСТ Р 71951-2025, введённый с 01.01.2026 приказом Росстандарта от 17.07.2025 № 767-ст. Тем же приказом прекращено применение ГОСТ 3514-94 на территории РФ.

Какой у К108 показатель преломления?

По е-линии показатель преломления оптического стекла К108 равен 1,5183 при νₑ = 63,83 и средней дисперсии nF′−nC′ = 0,00812. Значения нормированы таблицей 1 ГОСТ Р 71951-2025 и повторяют строку К8.

Есть ли у К108 импортный аналог?

По назначению близки цериевые кроны Шотт BK7G18 (1,52170 и 63,44) и BK7G25 (1,52248 и 62,99). Оптическими аналогами они не выступают: с исходным кроном BK 7 они расходятся в третьем знаке показателя преломления и в первом знаке коэффициента дисперсии, замена требует пересчёта схемы.

Почему радиационно-стойкое стекло желтит?

Ионы церия дают полосы поглощения в ультрафиолете, длинноволновые крылья которых заходят в видимую область. При 0,19 мол. % CeO₂ в К108 граница λ₀.₅ уходит в длинноволновую сторону на 43 нм относительно К8, а при 0,74 мол. % в К208 доходит до 383 нм.

Можно ли поставить К108 вместо К8 в готовую схему?

По оптическим постоянным замена проходит без пересчёта хода лучей: строки К108 и К8 в таблице 1 ГОСТ Р 71951-2025 совпадают. Проверяют пропускание в ближнем ультрафиолете (сдвиг λ₀.₅ на 43 нм), цветопередачу и категорию по показателю ослабления.

Марку под конкретную дозовую нагрузку подбирают по нормативу ΔD. Кварц-Пром поставляет оптические изделия заготовками и готовыми деталями по чертежу, включая кроны серии 100. По чертежу или условиям эксплуатации уточним категории и характеристики по ТУ.