WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

АЛЕКСЕЕВ Игорь Евгеньевич ПРИМЕСНЫЕ «ГОРЯЧИЕ» АТОМЫ В ОБЛУЧЕННЫХ МЕТАЛЛАХ С РАЗЛИЧНОЙ ЯДЕРНОЙ ПРЕДЫСТОРИЕЙ (Специальность 02.00.14 – радиохимия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

Санкт-Петербург - 2009

Работа выполнена на кафедре радиохимии химического факультета СанктПетербургского государственного университета (СПбГУ).

Научный консультант: доктор химических наук, профессор Юрий Георгиевич Власов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Валентин Георгиевич Семенов доктор химических наук, профессор Юрий Дмитриевич Перфильев доктор химических наук, профессор Александр Федорович Нечаев

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина»

Защита состоится «____» октября 2009 г. в ____ часов на заседании Совета Д212.232.41 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. А.М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034, СанктПетербург, Университетская наб., 7/9.

Автореферат разослан «____» ___________ 2009 г.

Ученый секретарь Совета Д 212.232.41, профессор М.Д. Бальмаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На сегодняшний день накоплена обширная информация о взаимодействии ионизирующих излучений с различными классами материалов, и, прежде всего - металлами, используемыми в качестве конструкционных элементов в атомной энергетике, при создании ядерных мишеней для получения радионуклидов. В ходе многочисленных исследований было показано, что радиационное воздействие (вызывая глубокие, порой необратимые, структурные изменения) определяет физико-химические свойства облученных твердых тел (электропроводность, теплопроводность, механическую прочность, реакционную способность), оказывает существенное влияние на фазовые превращения, процессы диффузии, протекающие в радиоактивных материалах.

Традиционная интерпретация последствий радиационных воздействий в облученных металлах базируется исключительно на рассмотрении: а) процессов образования собственных дефектов (нарушения смещения различного типа в результате каскадов атом-атомных соударений), миграции и отжига таких дефектов при облучении и под воздействием тех или иных внешних факторов; б) особенностей физико-химического поведения примесных газовых атомов - потерявших энергию в каскадах соударений атомов заряженных частиц (водород, дейтерий, гелий), блокированных решеткой твердого тела. При этом совершенно иной тип дефектов, связанный с примесными атомами ядерного происхождения (примесными «горячими» атомами), несмотря на возможные «масштабы» такого рода нарушений в условиях длительных радиационных воздействий и малых времен жизни трансмутационных радионуклидов, по-прежнему остается вне поля зрения большинства научных коллективов. В силу целого ряда причин1 выполненные к настоящему времени исследования носят фрагментарный характер и не позволяют представить картину примесных радиационных повреждений в зависимости от той или иной ядерной предыстории.

Помимо решения упомянутых выше фундаментальных проблем «радиохимии твердого тела»2, интерес к затронутой в работе тематике в значительной степени продиктован и соображениями практического свойства.

В современных технологиях переработки продуктов деления и промышленного производства коммерческих радионуклидов различного целевого назначения все большее распространение приобретают альтернативные методы выделения, исключающие этап растворения облученных твердотельных мишеней и последующие, нетривиальные в химическом отношении, стадии выделения целевых продуктов из жидкой фазы. Эти методы позволяют свести к минимуму трудоемкость переработки радиоактивного сырья, повысить экологическую безопасность радиохимического производства, обеспечить практически полный возврат в следующий технологический цикл стартового изотопного материала.

И здесь - при разработке «сухих» технологий выделения радионуклидов - понимание закономерностей физико-химического поведения ультрамалых количеств примесей в облученных материалах (и, прежде всего, металлах, которые в силу высоких радиационной устойчивости и теплопроводности в подавляющем большинстве случаев используются в качестве циклотронных или реакторных мишеней) имеет первостепенное значение.

Главными из которых являются: а) своеобразное междисциплинарное - на «границе раздела» ядерной химии и радиационной физики металлов - положение данной проблемы; б) специфичность и ограниченность научного инструментария, пригодного для изотопноэлементной, зарядовой, электронной и структурной идентификации атомов, находящихся в ультрамалых концентрациях.

По определению академика В.И. Спицына область знания, исследующая физико-химические свойства радиоактивных твердых тел.

Таким образом, основные цели настоящей работы заключались: 1) в определении форм стабилизации примесных «горячих» атомов в облученных металлах; 2) в выявлении общих закономерностей влияния ядерной предыстории (тип и энергия бомбардирующих частиц, флюенс, интенсивность пучков бомбардирующих частиц, наведенная удельная активность) на диффузионную подвижность и специфику физико-химического поведения этих атомов в процессах отжига радиационных нарушений, при структурных превращениях; 3) в разработке новых, учитывающих особенности поведения ультрамалых (10-15-10-8 ат.%) количеств примесей в облученных металлах, методов и технологий получения радионуклидов.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту 1. Предложен оригинальный методический подход, позволивший получить информацию о фазовом составе металла до и после облучения, структуре и локальном окружении примесных «горячих» атомов, их диффузионной подвижности в процессах отжига радиационных нарушений, при структурных превращениях (полиморфные переходы, пластическая деформация, термическая реконструкция поверхности) и связать эти данные с ядерной предысторией.

2. Установлены формы стабилизации примесных «горячих» атомов в металлах после облучения, в процессах отжига радиационных нарушений, при полиморфных превращениях; показано, что позиции, занимаемые примесными атомами в облученных металлах, определяются ядерной и термической (температура мишеней при облучении) предысторией, кристаллографическими особенностями этих металлов (тип решетки, размеры решеточных атомов и междоузлий, количество и средний размер кристаллитов).

3. Показано, что скорость миграции примесных «горячих» атомов определяется степенью радиационного повреждения мишеней и возможным положением примесного «горячего» или дочернего атома в кристаллической решетке облученного металла; предложен механизм переноса, объясняющий аномальное поведение примесей, учитывающий: а) избыточное количество дефектов, вносимых при облучении; б) структурные положения с разной «энергетикой», в которых стабилизируются примесные атомы после ядерного превращения; в) изменение количества и размеров зерен кристаллитов при термическом отжиге облученных металлов.

4. Выявлены аномалии физико-химического поведения примесных атомов (ускоренная диффузия в объемных и поверхностных слоях облученных металлов и их эманирование в газовую фазу) при структурных превращениях (полиморфные переходы, термическая реконструкция поверхности, пластическая деформация) облученных металлов; показано, что обнаруженные аномалии зависят от ядерной и механической (степень деформации) предыстории образцов, условий их отжига (температура, газовая атмосфера, остаточное давление).

5. Показано, что радиационное воздействие может привести к изменению фазового состава аллотропных материалов: для металлов (Mn, Fe, Sn), имеющих несколько структурных модификаций в твердом состоянии, обнаружены аномалии - стабилизация высоко- и низкотемпературных фаз при комнатной температуре после облучения заряженными частицами.

6. Разработаны новые диффузионно-термические способы получения радионуклидов (использующие специфику поведения примесных «горячих» атомов в облученных металлах), отличающиеся: а) высокими выходом и радионуклидной чистотой целевых продуктов; б) предельной простотой процедуры их извлечения (обычно не более стадий); в) отсутствием «видимых» потерь дорогостоящих стабильных изотопов в технологических циклах выделения целевых радионуклидов.

Практическая значимость 1. Предложен новый метод определения транспортных характеристик примесных атомов в облученных металлах, основанный на исследовании временной зависимости интенсивности гамма-излучения дочерних атомов в условиях нарушенного равновесия в генетически связанных радиоактивных цепочках; принципиальные возможности и 99m надежность метода показаны при изучении переноса примесных атомов Tc в молибдене, 115mIn в кадмии, 113mIn в олове, 188Re в вольфраме.

2. Продемонстрирована возможность внедрения новых диффузионно-термических методов в практику промышленного производства ряда радионуклидов медицинского назначения. В кооперации с ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» (СанктПетербург), СКБ «Спектрон-Аналит» Института аналитического приборостроения РАН (Санкт-Петербург), ФГУП «НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» (СанктПетербург) и циклотронной лабораторией ядерных реакций физического факультета СПбГУ спроектировано и изготовлено оборудование (установки для приготовления циклотронных мишеней на основе металлических изотопных материалов и выделения целевых радиоактивных продуктов; циклотронный мишенный узел нового типа), позволяющее эффективно использовать эти методы при переработке облученных реакторных и циклотронных мишеней. Проведены разработка и апробация диффузионно67 1термических технологий получения Ga и In; показана целесообразность внедрения этих технологий взамен традиционных, используемых при производстве радиоизотопной продукции (например, в ФГУП «НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина») для нужд здравоохранения.

Апробация работы и публикации. Работа выполнена при поддержке Министерства образования Российской Федерации (научная программа «Университеты России», проекты №№ 015.06.01.36, УР.02.01.015, УР.02.01.298), Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №№ 00-02-17143, 03-02-17391; 06-02-16772, 0803-91304), International Scientific and Technical Centre (Project No. 1795); Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (проект № 2500).

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции «Естественные науки в решении экологических проблем народного хозяйства» (Пермь, 1991); The sixth and seventh symposiums on the medical application of cyclotron (Turku, Finland, 1992, 1995); Международных совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Санкт-Петербург, 1995, 1997, 2000, 2005; Москва, 1998, 1999, 2002; Саров, 2001; Белгород, 2004); 18th World Conference of the International Nuclear Target Development Society (Strasbourg, France, 1996); International Conferences on the Applications of Mossbauer Effect (Brasil, 1997; Germany, 1999);

Vortragstagung der Gaeselschaft der Deutschen Chemiker, Fachgruppe Nuklearchemie (Dresden, Germany, 1998); III Всероссийской научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул» (Звенигород, 1998); 8th Workshop on Targetry and Target Chemistry (St. Louis, U.S.A., 1999); Annual Meeting of American Nuclear Society «The atom in the next millennium» (Boston, U.S.A., 1999); Зимних школах ПИЯФ им. Б.П.

Константинова РАН (2000, 2008); International Conferences «Current Status of Nuclear Medicine and Radiopharmaceuticals» (Obninsk, 2000; Dubna, 2004); International Symposium on the Industrial Applications of the Mossbauer Effect (Virginia Beach, U.S.A., 2000; Budapest, Hungary, 2008); Российских конференциях по радиохимии (Санкт-Петербург, 2000;

Озерск, 2003); International Conferences «Nuclear and Radiation Physics» (Almaty, Republic of Kazakstan, 2001, 2003, 2005, 2007); VIII Международной конференции «Мессбауэровская спектроскопия и ее применения» (Санкт-Петербург, 2002); II Eurasian Conference on Nuclear Science and its Application (Almaty, Republic of Kazakstan, 2002); 8-ой Международной конференции по физике твердого тела (Алматы, Казахстан, 2004); Sixth International Conference on Nuclear and Radiochemistry (Aachen, Germany, 2004): 5th International Conference on Isotopes (Brussells, Belgium, 2005); International Conference on application of radiotracers in chemical, environmental and biological sciences (Kolkata, India, 2006).

Помимо тезисов 62 докладов, содержание диссертации отражено в 46 статьях (опубликованных в международных, советских и российских научных журналах), авторском свидетельстве СССР и трех патентах РФ на новые способы получения радионуклидов без носителей. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит, 7 глав (37 главы завершаются выводами), общих выводов, изложена на 232 страницах машинописного текста, включая 65 рисунков и 63 таблицы. Библиография содержит 225 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Методология проведения экспериментов Приведена общая методология проведения экспериментов, отражающая: а) принципы выбора объектов исследования, б) технику приготовление ядерных мишеней и проведения облучений, в) экспериментальные способы изучения продуктов ядерных реакций и исследования облученных мишеней, г) общий подход к разработке диффузионно-термических технологий выделения радионуклидов.

1.1. Принципы выбора объектов исследования Перечень изученных систем «облученный металл - примесные атомы» представлен в табл. 1. Такой выбор систем позволял: 1) получать одни и те же примесные радиационные дефекты (примесные «горячие» атомы Mn, Co, Ga, In, Re) по различным «ядерным каналам» и исследовать их поведение в зависимости от предыстории:

типа/массы, энергии и интенсивностей пучков бомбардирующих частиц, флюенса (и вследствие этого - от наведенной удельной активности); 2) установить электронное состояние и кристаллографическое положение примесных «горячих» атомов в облученных металлах методом эмиссионной ядерной гамма-резонансной (ЯГР) 57 119m 119m,g спектроскопии с использованием мессбауэровских зондов Co, Sn, Te/119Sb; 3) исследовать специфику поведения радиоактивных микропримесей с учетом особенностей кристаллического строения и структурных превращений, протекающих в облученных металлах.

1.2. Техника приготовление ядерных мишеней и проведение облучений Исследуемые образцы представляли собой порошки или тонкие фольги металлов различной толщины (до 100 мкм), приготовленные прокаткой, из изотопнообогащенных материалов или металлов естественного изотопного состава высокой химической чистоты. Перед облучением образцы прогревались в восстановительной (или инертной) атмосфере для устранения структурных деформационных напряжений. Время и температура отжига варьировались в зависимости от химического состава мишеней.

Нейтронная активация мишеней осуществлялась в водяных каналах реактора ВВРМ Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ) им. Б.П. Константинова РАН в эвакуированных до 10-3 Торр кварцевых ампулах; плотность потока тепловых нейтронов составляла 5.01013 3.11014 нейтр.см-2с-1.

Облучения образцов заряженными ионами проводились на ускорителях: 1) У-1СПбГУ с начальными энергиями: а) протонов - 6.75 МэВ; б) дейтронов - 13.5 МэВ, в) ионов 4Не - 27 МэВ; 2) МГЦ-20 ФГУП «НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» с начальной энергией протонов 16 МэВ; 3) Физико-технического института (ФТИ) им. А.Ф.

Иоффе РАН с начальными энергиями: а) ионов 12C - 47.2 МэВ; б) ионов 14N - 58.8 МэВ, в) ионов 16О - 72 МэВ. При проведении циклотронных облучений варьировались энергия бомбардирующих частиц, их интенсивность, время активации мишеней.

1.3. Экспериментальные методы изучения продуктов ядерных реакций и исследования облученных мишеней Изучение продуктов ядерных реакций проводилось с использованием прецизионной гамма-спектрометрии. Для исследования радиоизотопного состава облученных мишеней, определения энергетических зависимостей выходов образовавшихся радионуклидов и концентрации примесных радиоактивных атомов использовались полупроводниковые детекторы ДГДК-40Б (Ge(Li)) и GX1018 (на основе HPGe). Обработка результатов измерений проводилась с помощью программного комплекса Genie-2000 (разработчик - Canberra Industries, U.S.A.).

Таблица 1. Исследованные системы «облученный металл - примесные атомы» Тип структуры Металл Температура плавления Примесные атомы Тип полиморфного и реакции их получения превращения, его температура Mn Объемно-центрированная Co: 55Mn(,2n) кубическая (ОЦК) 1517 К , 10Fe ОЦК Mn: 56Fe(d,), 54Fe(n,p) 1811 К Co: 56Fe (d,n) ОЦКГЦК (), 1185 К Ni Гранецентрированная Co: 60Ni(d,n), 58Ni(,p) кубическая (ГЦК) 1728 К Zn Гексагональная Ga: 67Zn(p,n); 66Zn(d,n); 64Zn(,pn) 692.73 К 99m Mo ОЦК Tc: 98Mo(n,)99Mo -- распад 2890 К ОЦКГЦК (), 1000 К 1Cd Гексагональная In: 111Cd (d,2n); 108Cd(,n) 113m 594.26 К In: 110Cd(,n) 113Sn ЭЗ 114m In: 114Cd (d,2n); 111Cd (,p) 115m In: 114Cd(n,) 115Cd -- распад 1Cd (d,p) 115Cd --распад 1Cd(,n) 115Cd -- распад 1Sn: 110Cd(,n) 117m Sn: 114Cd(,n) 119m Sn: 116Cd(,n) 113m Sn Объемноцентрированная In: 112Sn(n,)113Sn ЭЗ 119m,g тетрагональная (ОЦТ) Te/119Sb: 117Sn(,2n) двойной ЭЗ 1505 К Sb/125mTe:124Sn(n,)125Snдвойной КубическаяОЦТ --распад (), 287 К ОЦТромбическая (), 446 К 1W ОЦК Re:186W(p,n); 186W(d,2n) 1 3660 К Re:186W(n,)187W(n,)188W -- распад ОЦКГЦК (), 1000 К Комбинация экспериментальных методов исследования облученных мишеней (см.

схему ниже) позволила получить информацию о фазовом составе металла до и после облучения, локальном окружении примесных «горячих» атомов, их диффузионной подвижности и специфике поведения в процессах отжига радиационных нарушений, при структурных превращениях (полиморфные переходы, пластическая деформация, термическая реконструкция поверхности) и связать эти данные с ядерной предысторией.

Стадия Моделирование примесных радиационных нарушений - облучение мишеней в реакторе и на ускорителях заряженных частиц Стадия Определение радионуклидного состава облученных мишеней:

прецизионная полупроводниковая гамма-спектроскопия Стадия Исследование Изучение специфики Исследование физиколокального окружения физико-химического химического состояния примесных «горячих» поведения примесных металлов до и после атомов: «горячих» атомов: облучения, после эмиссионная 1. радиоизотопные методы различных физикомессбауэровская изучения процессов химических воздействий:

спектроскропия с массопереноса 1. рентгенографические использованием: (методы «самопоглощения» исследования;

гамма-излучения, 2. абсорбционная Co/57Fe, секционирования, мессбауэровская Лэнгмюра; статический спектроскопия с 119m Sn метод); использованием 2. метод смещения векового Fe; 119Sn;

119m,g Te/119Sb/119mSn радиоактивного равновесия: 3. мессбауэровская спектроскопия вторичных Mo99mTc электронов (119Sn);

(0.142 МэВ, 6.01 час.);

14. сравнительные гаммаCd115mIn спектрометрические (0.3362 МэВ, 4.49 час.);

1измерения облученных Sn113mIn мишеней;

(0.392 МэВ, 1.66 час.);

15. атомно-абсорбционная W188Re спектроскопия.

(0.155 МэВ, 16.84 час.).

1.4. Общий подход к разработке диффузионно-термических технологий выделения радионуклидов При создании новых методов и технологий получения радионуклидов прежде всего принимались во внимание практическая значимость и коммерческая ценность целевых продуктов. Основное внимание было уделено разработке и технологической адаптации диффузионно-термических способов выделения: а) медицинских диагностических и терапевтических радионуклидов: 47Sc, 67Cu, 67Ga, 68Ge, 99mTc, 111In, 113mIn, 186Re, 188Re, 199Tl, 213 2Bi, At; б) радионуклидов, используемых в качестве источников возбуждения в рентгенофлуоресцентном анализе: 55Fe, 109Cd; в) мессбауэровских радиоизотопов: 119mSn;

г) радионуклидов, применяемых для изготовления образцовых спектрометрических источников гамма-излучения: 54Mn, 65Zn.

Тепловые, гидродинамические и прочностные расчеты новых, выдерживающих высокие радиационные и тепловые воздействия, циклотронных мишеней для получения Cu, 67Ga, 111In и 211At проводились в отделении радиационного материаловедения ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей». Для решения поставленной задачи применялся программный комплекс, позволяющий решать двумерные температурные, термодеформационные и деформационные задачи с учетом различия в поведении свойств материалов при нагреве и охлаждении.

Разработка конструкторской документации и изготовление: а) экспериментальных установок для приготовления циклотронных мишеней; б) лабораторного макета мишенного узла, в котором реализовано охлаждение мишеней с использованием системы сопел малого диаметра; в) действующих макетов технологических установок для переработки облученных реакторных и циклотронных мишеней были выполнены в СКБ «Спектрон-Аналит» Института аналитического приборостроения РАН (Санкт-Петербург).

Апробация новых технологий получения радионуклидов с использованием изготовленного оборудования была проведена на кафедре радиохимии химического факультета СПбГУ, в циклотронной лаборатории физического факультета СПбГУ, в ФГУП «НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина».

Глава 2. Современные представления о радиационно-стимулированном дефектообразовании в твердых телах. Влияние облучения на фазовые структурные превращения и диффузионные процессы в металлах Обсуждаются современные представления о радиационно-стимулированном дефектообразовании в твердых телах: а) под действием быстрых ионов; б) при облучении нейтронами; в) при бета-распаде; г) под воздействием гамма-излучения, сопровождающего радиоактивный распад продуктов ядерных реакций, наведенных облучением; д) при электронном захвате и конвертированном изомерном переходе.

Рассмотрены различные стадии отжига радиационных дефектов, влияние облучения на фазовые структурные превращения и диффузионные процессы в металлах.

Глава 3. Формы стабилизации примесных «горячих» атомов в металлах после облучения, при отжиге радиационных нарушений, при полиморфных превращениях С использованием эмиссионной ЯГР спектроскопии изучены формы стабилизации 119m 119m,g примесных «горячих» атомов (57Co, Sn, Te/119Sb) после облучения, в процессах отжига радиационных нарушений, при полиморфных превращениях облученных металлов Mn, Fe, Ni, Cd, Sn. Мессбауэровские «зонды» были получены по следующим ядерным 57 55 57 56 реакциям: а) Co в марганце: Mn(,2n); б) Co в железе: Fe(d,n); в) Co в никеле:

Ni(,p); г) 119mSn в кадмии: 116Cd(,n); д) 119m,gTe/119Sb в олове: 117Sn(,2n) ЭЗ ЭЗ (см. табл. 1).

Ввиду низких энергий гамма-резонансных переходов (14.41 и 23.87 кэВ для 57 119m Co/57Fe и Sn/119Sn соответственно) в качестве циклотронных мишеней использовались тонкие (20100 мкм) фольги металлов. С учетом механических, термических, прочностных свойств исследуемых образцов, их толщин была избрана единая техника облучения: активация мишеней осуществлялась на выведенном пучке ускорителя; для отвода тепла во время облучения образцы с использованием плотного механического поджима крепились к охлаждаемой водой массивной металлической подложке, выдерживающей перепад давлений в несколько атмосфер.

Особенность избранной техники активации мишеней (неопределенность в оценке коэффициента теплопередачи «облучаемый образец - подложка») требовала учета термической предыстории облучения при анализе картин пост-эффектов.

3.1. Система Mn: Co. Циклотронными мишенями служили 60 мкм фольги металлического марганца. После снятия исходных эмиссионных мессбауэровских спектров (ЭМС), дающих представление о локальном окружении примесных атомов после облучения, исследуемые образцы смешивались с порошком графита (для фиксации атомов Со в случае их выхода из металлического марганца) и подвергались серии последовательных кратковременных (10 минут) отжигов при 6701200 К. После каждого отжига проводилось измерение ЭМС.

ЭМС фольг после облучения представляют собой суперпозицию двух синглетов, значения изомерных сдвигов которых отвечают атомам 57Со/57Fe, занимающим 13- и 12координированные позиции в решетке марганца. Обе линии существенно уширены, что обусловлено наличием собственных радиационных дефектов вблизи примесных атомов в результате интенсивного облучения высокоэнергетичными (27.0/19.6 МэВ) -частицами.

Отношение площадей синглетов составляет 1:2.

Структуры обеих модификаций марганца схожи: в решетке -Mn имеется равное количество 13- и 12-координированных позиций, которые могут занимать примесные атомы; в -Mn - только 12-ти координированные атомы. Отклонение соотношения площадей линий от единицы указывает на присутствие второй (помимо -Mn) модификации марганца, которая появляется из-за нагрева мишени при облучении выше температуры полиморфного превращения (сосуществование высоко- и низкотемпературных структурных фаз подтверждено результатами рентгенографических исследований).

Отжиг при 943 К (ниже температуры фазового перехода: , 1000 K) сопровождается выравниванием интенсивностей линий и уменьшением их ширины. Эти изменения свидетельствуют о стабилизации атомов 57Со в узлах решетки -марганца (рентгенофазовый анализ, РФА, образца также показывает наличие только -фазы).

После прогрева в области фазового перехода (при 1013 К): а) вновь изменяется соотношение площадей синглетов вследствие протекания фазового превращения из - в -модификацию (по данным РФА в исследованных образцах присутствуют обе фазы Mn);

б) появляется еще один синглет, отвечающий примесным атомам Со, внедренным в графит, что указывает на высокие скорости переноса примесных атомов в температурной области полиморфного превращения.

3.2. Система Fe: Co. Исследовано влияние ядерной предыстории (флюенс, энергия и интенсивность пучков дейтронов) на формы стабилизации примесных атомов Co.

Циклотронные мишени (-Fe) представляли собой «сэндвич», состоящий из 3 фольг (потери энергии заряженных частиц в 1-ой, 2-ой и 3-й фольгах составляли 9.0/8.2, 8.2/7.3, 7.3/5.3 МэВ соответственно; токи пучков дейтронов - 5, 10 и 15 мкА, флюенс - 1·1021 и 1·1022 частицм-2).

Отметим основные особенности, наблюдающиеся в спектрах после облучения при больших флюенсах (1·1022 частицм-2) и токах пучков заряженных частиц (10 и 15 мкА).

1. ЭМС представляют собой суперпозицию двух секстетов, отвечающих неэквивалентным положениям, которые занимают примесные атомы в кристаллической решетке железа:

а) величины изомерных сдвигов, ИС, обоих секстетов совпадают с И.С. -Fe;

б) секстет 1 отвечает атомам 57Co, стабилизированным в узлах решетки -Fe (далее – «узловые» примесные атомы): величины сверхтонкого магнитного расщепления, СТС, для примесных атомов и атомов железа одинаковы;

в) секстет 2 - примесным атомам, выбитым из узлов решетки под действием облучения (далее – «смещенные» примесные атомы);

г) экспериментальные линии Г обоих секстетов уширены (в сравнении со спектром необлученного -Fe); при этом ширины линий секстета 2 («смещенные» примесные атомы) в 1.5 раза больше, чем Г для секстета 1 («узловые» примесные атомы);

2. В образцах, расположенных первыми по ходу пучка заряженных частиц, помимо секстетов магнитной фазы, дополнительно присутствует синглетная линия, отвечающая Fe (см. рис. 1). Стабилизация -Fe при быстрой закалке образца в момент завершения облучения (во время которого температура мишени, скорее всего, была выше 1180 К - точки полиморфного превращения) - результат интенсивного дефектообразования «под пучком» дейтронов.

Изменение этой компоненты в 4480ЭМС (11% - для мишени, расположенной первой по ходу пучка заряженных частиц, 5% - для второй фольги и отсутствие одиночной линии в третьем образце) обусловлены понижением температуры 4430мишеней во время облучения (для 3-й мишени - ниже точки фазового превращения) за счет увеличения гамма-Fe коэффициента теплопередачи от мишени к алюминиевой подложке, охлаждаемой 4380водой.

-10 -5 0 5 V, мм/с Термический отжиг облученных образцов (при 1000 К, 600 с) приводит к Рис. 1. Эмиссионный спектр железной фольги деградации -фазы и возврату железа в после облучения дейтронами с энергией типичное (для комнатной температуры) 9.0/8.2 МэВ (флюенс - 2·1022 частицм-2, ток состояние -Fe.

пучка - 10 мкА) В случае малых токов пучка (5 мкА) и флюенсов (1·1021 частицм-2) в спектрах (во всех диапазонах энергий) наблюдаются лишь два секстета.

При использовании интенсивных пучков дейтронов вследствие более высоких температур во время облучения к концу активации сохраняется меньшая «дефектность» структуры, что и проявляется в мессбауэровских спектрах. Так, в фольге, облученной дейтронами с энергией 7.3/5.3 МэВ, соотношение «узловых» примесных атомов Co к «смещенным» при токе 15 мкА составляет 1:1, а при токе 5 мкА – 1:4.

Кратковременный (600 с) прогрев мишеней при 823 К сопровождается отжигом образовавшихся в результате облучения «дефектных» фаз - в экспериментальных спектрах наблюдается уменьшение вклада компоненты, отвечающей смещенным примесным атомам. Дальнейший отжиг циклотронных мишеней приводит к стабилизации атомов 57Со в узлах решетки -железа.

3.3. Система Ni: 57Co. ЭМС облученных образцов (55 мкм никелевые фольги; потери энергии ионов He - 27.5/19.3 МэВ, ток пучка – 5 мкА; флюенс - 3.71020 частицм-2) представляют собой суперпозицию двух секстетов: а) один из них (его доля в спектре составляет около 93%) отвечает атомам кобальта, стабилизированным в узлах кристаллической решетки никеля (И.С. = - 0.13 мм/с относительно K4Fe(CN)6, величина СТС - 8.67 мм/с); б) другая линия (И.С. = - 0.37 мм/с, СТС - 8.25 мм/с) соответствует «дефектным», выбитым из узлов решетки, примесным атомам.

Сопоставление размеров примесных (Co) и решеточных (Ni) атомов, структурных особенностей металлического никеля, меньшее (чем у основного секстета) значение СТС показывают кристаллографическое положение такого «сорта» примесей - на границах зерен кристаллитов. Поясним это.

Потерявшие энергию в каскадах столкновений примесные атомы Со, образовавшиеся в результате ядерной реакции, могут стабилизироваться и в узлах кристаллической решетки металла, и в октаэдрических междоузлиях, и на границах зерен кристаллитов. Кристаллографическая позиция примесного атома будет определяться «размерным» эффектом: а) атомные радиусы никеля, кобальта и железа практически одинаковы (различаются менее чем на 1%); б) радиус октаэдрической «поры» в плотноупакованной гранецентрированной кубической решетке металлического никеля составляет 0.41Rметалла, т.е. 0.051 нм, при этом ионные радиусы и кобальта, и железа значительно превышают размер такой «поры» (так, ионные радиусы Co3+- 0.064 нм, Co2+- 0.078 нм; Fe3+- 0.067 нм, Fe2+- 0.080 нм); в) таким образом, примесные атомы Co/Fe стабилизируются в узлах и на границах зерен кристаллитов.

Счет, имп.

Последовательные кратковременные (1800 с) изотермические прогревы (при 5001100К) мишеней сопровождаются уменьшением ширин линий основного секстета (термический отжиг собственных радиационных повреждений подтверждается также данными рентгенографических исследований), при этом соотношение интенсивностей компонент спектра нарушается в пользу «дефектных» атомов. Этот экспериментальный факт свидетельствует о том, что в результате термического отжига (также как и во время облучения) происходит «отток» примесей из узлов решетки в энергетически более выгодные позиции - в расположенные на границах зерен кристаллитов дислокации (где энергия связи примесных атомов выше, чем кристалле вследствие понижения потенциальной энергии решетки).

119m 3.4. Система Cd: 119mSn. Исследованы формы стабилизации примесных атомов Sn в «сэндвичевой» (состоящей из 3 фольг толщиной по 35 мкм каждая) кадмиевой мишени.

Потери энергии ионов He в 1-ой, 2-ой и 3-й фольгах составляли 20.4/15.9, 15.1/10.3, 9.1/4.4 МэВ соответственно, флюенс - 5·1021 частицм-2, ток пучка - 4 мкА.

ЭМС двух первых расположенных по ходу пучка -частиц фольг представляют собой суперпозицию двух одиночных уширенных линий, отвечающих: а) примесным атомам 119mSn, расположенным в узлах кристаллической решетки кадмия (величина И.С.

характерна для атомов Sn0); б) атомам 119mSn4+.

Относительное содержание синглета 1 (атомы Sn0) выше в образце, расположенном первым по ходу пучка заряженных частиц, претерпевшим большие тепловые нагрузки при облучении. В ЭМС фольги 3 имеется только синглетная линия, отвечающая примесным атомам 119mSn4+.

При объяснении полученных результатов принимались во внимание «размерный» эффект и термическая история облучения.

Потерявшие энергию (энергия отдачи - около 0.2 МэВ) в каскадах атом-атомных столкновений ионизованные (в результате движения внутри металлической матрицы) атомы олова могут стабилизироваться и в узлах кристаллической решетки металла (атомные радиус кадмия и олова 0.156 и 0.158 нм соответственно), и в октаэдрических междоузлиях (радиус октаэдрической «поры» в плотноупакованной гексагональной структуре металлического кадмия составляет - 0.068 нм, ионный радиус Sn4+ - 0.067 нм).

Валентные электроны попавших в междоузлия примесных атомов «коллективизируются», при этом атомы олова стабилизируются в виде Sn4+.

При облучении мишени испытывают большие тепловые нагрузки (выделение тепла составляет около 50 Вт) и могут быть «нагреты пучком» до высоких температур в случае низких коэффициентов теплопередачи между фольгами. В таких условиях становится возможной миграция примесных атомов Sn внутри мишени уже в процессе облучения.

Поскольку температуры фольг в «сэндвичевой» мишени всегда различны (при этом, естественно, самой холодной является фольга, контактирующая с водоохлаждаемой подложкой) соотношение примесных атомов в положениях замещения и внедрения на конец облучения также должно меняться; при этом доля атомов олова Sn0 должна увеличиваться с ростом температуры мишени (когда вакансионный механизм переноса примесей начинает конкурировать с междоузельным). Именно такая тенденция и прослеживается в измеренных нами спектрах.

3.5. Система Sn: 119m,gTe/119Sb. Исследованы формы стабилизации примесных «горячих» атомов 119m,gTe/119Sb в металлическом олове (Е - 27.1/17.3 МэВ, толщина фольг - 100 мкм) при различных токах пучков -частиц (1.5 и 3.5 мкА) и постоянстве общего флюенса (1.01021 частицм-2).

В случае малых токов (1.5 мкА) спектры фольг после облучения представляют собой суперпозицию двух линий: а) синглет (доля в спектре - 82%) соответствует 119m,g примесным атомам Te/119Sb, стабилизированным в узлах решетки -Sn (значение И.С., 2.47 мм/с относительно BaSnO3, совпадает со сдвигом стандартного источника на 119m основе металлического олова Sn); б) дублет (18%) с высоким квадрупольным расщеплением (2.21 мм/с) отвечает примесным атомам в «дефектной» фазе (скорее всего, фазе -Sn), образовавшейся «под пучком» заряженных частиц.

Прогрев облученных образцов ниже точки фазового превращения олова из - в модификацию, при 423 К, сопровождается: а) ростом интенсивности синглетной линии (идет процесс деградации второй фазы); б) уменьшением величины квадрупольного расщепления «дефектных» атомов вследствие отжига собственных радиационных структурных нарушений вблизи мессбауэровских атомов.

После прогрева мишеней выше температуры фазового перехода (при 493 К) вновь возрастает доля примесных атомов в фазе -Sn, при этом отжиг собственных радиационных дефектов, наведенных облучением, продолжается (уменьшение квадрупольного расщепления).

Прогрев при температуре плавления олова (506 К) приводит к кардинальным трансформациям спектров: в результате фазового перехода утрачиваются прежние связи примесных атомов в решетке металла, в спектре наблюдается лишь одна синглетная линия, но с изомерным сдвигом 2.62 мм/с.

Такая же картина (наличие лишь одной синглетной линии с И.С. = 2.63 мм/с) наблюдается и в спектрах образцов, облученных пучками заряженных частиц более высокой интенсивности (3.5 мкА), которые способны нагревать олово до температуры плавления.

Выводы к главе 1. С использованием эмиссионной мессбауэровской спектроскопии установлены формы 119m 119m,g стабилизации примесных «горячих» атомов (57Co, Sn, Te/119Sb) в металлах (Mn, Fe, Ni, Cd, Sn) после облучения, в процессах отжига радиационных нарушений, при структурных превращениях.

2. Показано, что позиции, занимаемые примесными атомами в облученных металлах (положения замещения, внедрения, на границах зерен кристаллитов), определяются ядерной и термической предысторией, кристаллографическими особенностями облучаемых металлов.

3. Для металлов, имеющих несколько аллотропных модификаций (Mn, Fe, Sn), обнаружены аномалии - стабилизация высоко- и низкотемпературных структурных фаз (- и -Mn, - и -Fe, - и -Sn) при комнатной температуре в результате радиационного воздействия.

4. Продемонстрирована принципиальная возможность использования примесных «горячих» мессбауэровских атомов в качестве структурно-чувствительных физикохимических зондов для аттестации условий облучения циклотронных мишеней.

Глава 4. Выявление общих закономерностей физико-химического поведения примесных «горячих» атомов в процессах отжига радиационных нарушений Изучена специфика физико-химического поведения примесных «горячих» атомов, образовавшихся в результате ядерных превращений под воздействием заряженных частиц (p, d, He), нейтронов или вследствие распада в генетически связанных радиоактивных цепочках, в металлических марганце, железе, никеле, кадмии и цинке. Особое внимание уделено влиянию ядерной предыстории (тип, энергия бомбардирующих частиц, флюенс, интенсивность пучков заряженных частиц, наведенная удельная активность) на процессы миграции радиоактивных микропримесей в облученных металлах.

4.1. Примесные атомы Co в металлическом марганце. Как было сказано выше, появление Со в графите после кратковременного (600 с) отжига при 1013 К могло свидетельствовать о высоких скоростях миграции примесных атомов в области полиморфного превращения . Чтобы проверить эту гипотезу, методом самопоглощения гамма-излучения был изучен перенос 57Со в металлическом марганце в диапазоне температур 6701200К.

Для определения коэффициентов диффузии D целенаправленно был избран абсорбционный метод. Чувствительность определения D этим методом не превышает 10-м2с-1, то есть в случае отсутствия аномалий невозможно достоверно измерить коэффициенты диффузии атомов 57Со вплоть до температуры плавления металлического марганца.

При прогревах мишеней ниже температуры фазового перехода интенсивности фотопиков 0.0144 и 0.122 МэВ 57Со лежат в пределах погрешности эксперимента, а после отжига выше точки полиморфного превращения (при 1173 К) скорости счета фотопиков с «лицевой» стороны увеличились на 6%. Рассчитанный на основе этих данных коэффициент диффузии, (8.0±1.4)·10-12 м2с-1, превышает по меньшей мере на два порядка теоретические оценки: 4.5·10-14 м2с-1.

Для подтверждения полученных результатов дополнительно методом секционирования было изучено распределение Со в мишенях после прогрева выше точки фазового перехода. В пределах погрешности коэффициенты диффузии, полученные обоими экспериментальными методами, совпали.

4.2. Примесные атомы 54Mn и 57Co в металлическом железе. Отжиг стимулированных ядерным превращением «дефектных» фаз и другие структурные превращения (установленные с использованием эмиссионной мессбауэровской спектроскопии) могли в значительной мере определить специфику физико-химического поведения примесных 57 атомов. С этой целью нами были изучены транспортные характеристики Co и Mn в температурном диапазоне фазовых переходов (7331373 К).

Во всем исследованном 1E-интервале температур наблюдается Облученные фольги ускоренный (в сравнении с 1E-диффузией примесей в необлученных образцах) транспорт 1E-14 атомов Со (получен по реакции Необлученные образцы Fe(d,n)), в облученном металле – 1E-см. рис. 2.

Ход экспериментальных 1E-зависимостей коэффициентов Тпревращения = 1185 К диффузии Со от температуры 1E-отжига показывает, что в облученных образцах точка 1E-полиморфного превращения 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,смещается (примерно на 100 К) в 1000/Т, К-более высокотемпературную область из-за наличия структурных Рис. 2. Температурная зависимость коэффициентов радиационных дефектов.

диффузии кобальта в металлическом железе Для выявления роли ядерной предыстории были исследованы процессы переноса 54 примесных атомов Мn, полученных по различным «ядерным каналам»: Fe(d,) и Fe(n,p). Сопоставление полученных экспериментальных значений коэффициентов диффузии (см. табл. 2) показывает, что скорость переноса примесных атомов решающим образом зависит от степени радиационного повреждения мишеней при облучении, при этом ключевое значение имеет масса бомбардирующих частиц.

4.3. Примесные атомы Co в металлическом никеле. Термический отжиг стимулированных ядерным превращением «дефектных» фаз также сопровождается ускоренным переносом примесных атомов 57Со (полученных по реакции 58Ni(,p)) - см.

табл. 3. С увеличением температуры и длительности отжига фольг разница в скоростях миграции 57Со в облученных и необлученных образцах нивелируется.

D [ Co], м /с Таблица. 2. Коэффициенты диффузии примесных атомов 54Mn в металлическом железе D [54Mn], м2с-1 D [54Mn], м2с-Тотжига, D [54Mn]*, ядерная предыстория: ядерная предыстория:

м2/с ±10 К Fe(n,p); флюенс – Fe(d,);флюенс – 1.0101.81024 нейтроновм-дейтроновм-77.610-21 (8.0±0.4)10-17 (7.4±0.8)10-91.210-16 (9.4±0.5)10-16 (4.7±0.5)10-117.610-15 (1.1±0.1)10-14 (8.2±0.9)10-124.710-14 (1.2±0.1)10-13 (5.0±0.7)10-* - для расчета использовались экспериментальные данные, полученные традиционным абсорбционным методом с использованием необлученных образцов Таблица 3. Коэффициенты диффузии примесных атомов кобальта в металлическом никеле Температура нагрева D [Co] *, D [57Co], мишени, ± 5 K м2с-1 м2с-51.710-31 (1.0±0.1)10-69.210-27 (1.7±0.1)10-87.310-22 (1.6±0.1)10-107.810-18 (1.1±0.1)10-132.010-15 (3.2±0.1)10-* - для расчета использовались экспериментальные данные, полученные традиционными (снятие слоев и самопоглощение) методами с использованием необлученных образцов При низких температурах прогрева, когда объемная диффузия заторможена, основной вклад в общий диффузионный поток вносит миграция примесей по границам зерен кристаллитов.

Термический отжиг облученного металла, сопровождающийся «залечиванием» радиационных нарушений (падает концентрация избыточных дефектов, наведенных облучением) и увеличением размеров зерен кристаллитов (сокращается число возможных каналов миграции атомов Co), приводит к уменьшению коэффициентов диффузии по мере прогрева фольг.

4.4. Примесные атомы In и Sn в металлическом кадмии. Эта система представляла особый интерес ввиду разнообразия как самих радионуклидных примесей (примесных «горячих» атомов 111In, 113mIn, 114mIn,115mIn, 113mSn, 117mSn, 119mSn), так и «ядерных каналов» (реакций с участием n, d, 4He) их образования и стала модельной для изучения влияния ядерной предыстории (типа/массы, энергии и интенсивностей пучков бомбардирующих частиц, общего флюенса) на процессы миграции радиоактивных микропримесей.

При комнатной температуре (RT), 373, 473 и 573 К были изучены процессы отжига кадмиевых мишеней, облученных либо дейтронами, либо нейтронами, либо ионами 4He.

Наличие примесных атомов олова на поверхности металлического кадмия после завершения облучения, проведенные нами тестовые эксперименты показали, что граница раздела «облученный металл – газ» является связывающей, т.е. по истечении времени (которое определяется температурой фольг, кристаллографическим положением микропримесей и ядерной предысторией) примесные «горячие» атомы вследствие диффузионных процессов концентрируются на поверхности металла. Было показано, что продиффундировавшие на поверхность фольг радиоактивные атомы (и индия, и олова) могут быть с нее количественно удалены слабым раствором соляной кислоты. Во всех проведенных контрольных экспериментах выходы In и Sn в солянокислый раствор составили более 95%, при этом радионуклидная чистота препаратов была не хуже 99.95%, т.е. «потеря» материала матрицы при обработке раствором HCl практически (0.05%) не наблюдалась.

4.4.1. Особенности физико-химического поведения примесных «горячих» атомов In и Sn Из облученных d или ионами He фольг с различной ядерной предысторией (флюенс, энергия и интенсивность пучков заряженных частиц варьировались) были приготовлены образцы, которые выдерживались при RT в течение 2595 дней.

Периодически они обрабатывались (не более 23 минут) раствором 0.05 н HCl.

Травление облученных фольг показало, что отжиг нарушений в существенной мере проходит уже при комнатной температуре. После обработки металла HCl значительная часть примесных атомов индия и олова переходит в водный раствор. Выход 111In, 114mIn, 1Sn/113mIn, 117mSn монотонно возрастает со временем выдержки образцов (см. рис. 3).

100 111, 114m In (4He) 80 He, 2.3 мкА 111,114m In (d) 117m Sn (4He) He, 1.2 мкА 0 10200 20 40 60 80 1Время отжига, сутки Время отжига, дн.

Рис. 3. Выход примесных атомов 111,114mIn Рис. 4. Выход 111,114mIn на поверхность и 117mSn на поверхность металла в металла в результате отжига (при RT) результате отжига (при RT) радиационных радиационных нарушений, стимулированных нарушений, стимулированных: а) ионами пучками -частиц различной интенсивности:

He: флюенс - 2.51020 частицм-2, ток - 2.4.61016 частицм-2с-1 (ток 2.3 мкА, флюенс мкА; б) дейтронами: флюенс: 8.3102.51020 частицм-2) и 2.41016 частицм-2с-частицм-2, ток - 2.9 мкА (ток 1.2 мкА, флюенс 3.71020 частицм-2) 111,114m На рис. 3 видно: а) выход In линейно увеличивается со временем отжига, временная зависимость для 117mSn - состоит из двух (почти прямолинейных) участков; б) абсолютный выход примесных атомов индия существенно выше, чем атомов олова.

Причина такого поведение примесей обусловлена «размерным» эффектом. Как было показано выше, после облучения примесные атомы олова стабилизируются и в узлах кристаллической решетки металла, и в октаэдрических междоузлиях. В случае индия это невозможно: его атомный радиус составляет 0.166 нм (у Cd - 0.156 нм), ионные радиусы – 0.130 нм для In+ и 0.092 нм для In3+ (радиус октаэдрической «поры» - 0.068 нм). Таким образом, примесные атомы индия должны «собраться» на границах зерен кристаллитов.

При отжиге радиационных нарушений примесные атомы (расположенные в структурных положениях с разной «энергетикой») будут двигаться с разными скоростями:

111,114m с наибольшей скоростью - атомы In, расположенные на границах зерен кристаллитов, с наименьшей - узловые (находящиеся в позициях замещения) атомы 117m 117m Sn. Этим и объясняется резкое уменьшение выхода Sn на 1520 сутки после облучения: междоузельные примесные атомы с низкой энергией активации миграции покинули объем металла, дальнейший «прирост выхода» осуществляется только за счет «медленных» узловых атомов.

Выход, % Выход, % 4.4.2. Влияние ядерной предыстории на скорость переноса примесных «горячих» атомов In Выход примесных атомов (111,114mIn) на поверхность облученных мишеней, а затем в водную фазу монотонно возрастает со временем выдержки образцов при RT и зависит от типа бомбардирующих частиц, общего флюенса, тока (интенсивности) пучков заряженных частиц (см. рис. 36).

При одном и том же времени отжига больший выход примесных атомов 111,114mIn в солянокислый раствор (даже при меньших флюенсах) наблюдался в случае облучения кадмиевых мишеней более тяжелыми -частицами, вызывающими большее структурное разупорядочение решетки металла, чем дейтроны (см. рис. 3).

При одинаковом флюенсе и типе бомбардирующих частиц больший выход 111,114m примесных атомов In на поверхность мишени к концу облучения и в процессах послерадиационного отжига наблюдался при более высоких токах (интенсивностях) пучков заряженных частиц. Наиболее ярко это проявляется при использовании ионов 4Не (см. рис. 4).

Конечное («послепучковое») количество и распределение дефектов (здесь речь идет только о собственных радиационных нарушениях) определяется процессами их радиационного и термического отжига во время облучения. При радиационном отжиге происходит спонтанная аннигиляция вакансий и междоузельных атомов, слияние близкорасположенных дефектов, уменьшение размера и числа образовавшихся дефектов в результате перекрытия и наложения каскадов атом-атомных соударений. В результате термического отжига наряду с отжигом единичных точечных дефектов происходит перераспределение первичных дефектов: атомы внедрения, имеющие малую энергию активации миграции, собираются в кластеры. Взаимодействуя с постоянно возникающими под пучком заряженных частиц подвижными дефектами (общее количество которых определяется интенсивностью пучка бомбардирующих частиц) малоподвижные кластеры будут расти и превращаться в поры (естественно, такого типа диффузионные процессы будут более «заметны» в мишенях, облученных более интенсивными пучками -частиц, т.к. их температура при активации была выше). Именно различной «пористостью» мишеней и можно объяснить приведенные на рис. 4 экспериментальные зависимости.

5,0E-1,E-4,0E-11 1,E-9.1023 н/м3,0E-1,E-4.5.1023 н/м2,0E-11 1,E-0 1 2 3 4 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,Номер отжига 1000/T, K-Рис. 5. Изменение D[115mIn] в Рис. 6. Температурная зависимость D[115mIn] металлическом кадмии, облученном в металлическом кадмии:

различными флюенсами нейтронов, при 1 - металл после облучения дейтронами последовательных изотермических (373 К) (флюенс - 8.31020 частицм-2);

изохронных (1800 с) отжигах облученных 2 - металл после отжига радиационных мишеней дефектов 115m 115m D [ In], см /с D [ In], см /с Сопоставление экспериментальных значений коэффициентов диффузии атомов 115m In с различной ядерной предысторией (см. рис. 5, 6) показывает, что величина D[115mIn] определяется степенью радиационного повреждения мишеней при облучении, при этом ключевое значение имеют тип бомбардирующих частиц, затем - общий флюенс.

Отметим, что такая же тенденция прослеживается и при изучении других свойств (предел текучести, микротвердость, пластичность, ударная вязкость) облученных металлов и сплавов. Так, при одинаковом флюенсе -частиц, протонов и нейтронов наибольшее упрочнение металлических никеля и меди наблюдается в случае облучения -частицами;

одинаковая степень радиационного упрочнения металлов достигается при соотношение флюенсов указанных частиц – 1 : 7 : 28.

4.5. Примесные атомы Ga в металлическом цинке. Скорость миграции Ga также определяется степенью радиационного повреждения мишеней и возможным положением образовавшегося в результате ядерной реакции примесного атома в решетке облученного металла.

При одинаковых флюенсе и среднем токе заряженных частиц наибольший выход примесных атомов 67Ga в солянокислый раствор наблюдается также в случае облучения цинковых мишеней более тяжелыми -частицами, вызывающими большее структурное разупорядочение решетки металла, чем протоны или дейтроны.

С понижением энергии заряженных частиц возрастает поперечное сечение их взаимодействия с атомами материала мишени, при этом количество собственных радиационных дефектов, оказывающих влияние на миграцию примесных атомов, должно увеличиваться. Справедливость этого положения была подтверждена проведенными экспериментами: больший выход примесных атомов на поверхность мишеней наблюдается в образцах, облученных заряженными частицами с более низкой энергией (см. рис. 7).

7.80/6.57 МэВ 111, 114m In из Zn 117m Sn из Cd 13.09/12.26 МэВ Ga из Zn 0 20 40 60 010 20 Время отжига, дн.

Время отжига, дн.

Рис. 7. Выход 67Ga на поверхность Рис. 8. Выход примесных атомов (67Ga, 111,114m облученного металла при отжиге In, 117mSn) на поверхность облученных радиационных нарушений: пучки металлов (Zn, Cd) в результате отжига дейтронов различной энергии (при радиационных нарушений, стимулированных постоянстве: тока - 1 мкА, и общего пучками заряженных частиц флюенса - 4.51020 частицм-2) На рис.8 выше представлены данные, иллюстрирующие влияние «размерного» фактора в трех изученных («родственных») системах: Zn: 67Ga и Cd: 111, 114mIn, Cd:117mSn.

Сопоставление атомных радиусов решеточных и примесных атомов, размеров междоузлий, ионных радиусов примесных атомов показывает, какие структурные позиции в решетке облученного металла они могут занимать (табл. 4).

Выход, % Выход Ga, % Таблица 4. Возможные структурные позиции примесных атомов в решетке облученного металла Система «Металл - примесный атом» Zn: 67Ga Cd: 111, 114mIn Cd: 117mSn Позиция примесного атома в - узел - граница зерен - узел решетке металла - граница зерен - междоузлие Исходные структурные позиции с разной «энергетикой» и определяют специфику миграции примесей. В случае одного типа возможных структурных позиций примесных атомов (111,114mIn в Cd) наблюдается линейная зависимость их выхода от времени отжига фольг, при наличии двух типов структурных позиций (атомы 67Ga в Zn, 117mSn в Cd) такая зависимость нарушается (см. рис. 8).

Выводы к главе 1. Обнаружена ускоренная миграция примесных «горячих» атомов 54Mn, 57Co, 67Ga, 111In, 113m 114m 115m 113m 117m 119m In, In, In, Sn, Sn, Sn при отжиге радиационных нарушений в облученных металлах: Mn, Fe, Ni, Zn и Cd.

2. Показано, что скорость миграции радиоактивных микропримесей определяется степенью радиационного повреждения мишеней (которая зависит от массы и энергии бомбардирующих частиц, интенсивностей пучков этих частиц, общего флюенса) и возможным положением примесного «горячего» атома в кристаллической решетке облученного металла 3. На основании проведенных экспериментов предложен механизм переноса, объясняющий аномальное поведение примесей, учитывающий: а) избыточное (существенно превышающее термически равновесное) количество дефектов, вносимых при облучении; б) структурные (кристаллографические) положения с разной «энергетикой», в которых стабилизируются примесные атомы после ядерного превращения; в) изменение количества и размеров зерен кристаллитов при термическом отжиге облученных металлов.

Глава 5. Влияние структурных превращений на диффузионную подвижность и физико-химическое поведение примесных атомов Выше было показано, что отжиг радиационных нарушений сопровождается аномально ускоренной диффузией примесных атомов. В настоящей главе влиянию разнообразных структурных превращений на поведение этих атомов уделено большее внимание.

113m 5.1. Специфика поведения примесных «горячих» атомов In при структурных превращениях в металлическом олове. Система Sn:113mIn стала модельной, позволившей детально рассмотреть влияние различных структурных превращений (переход твердое тело - жидкость, полиморфные переходы олова из - в - и из - в -модификацию, термическая реконструкция поверхности) на диффузионную подвижность и физикохимическое поведение примесных атомов 113mIn.

Область фазового превращения твердое тело - жидкость. Плавление оловянных фольг сопровождалось резким нарушением радиоактивного равновесия, при этом около 40% 113m In (от равновесного количества, содержавшегося в пластине до отжига) оказывалось в газовой фазе. Сравнение полученных коэффициентов диффузии (Dэксп.(Тпл.) = 310-8 м2с-1) с известными экспериментальными данными (Dтв.тело (500) = 1.810-14 м2с-1, Dжидкость (510К) = 310-9 м2с-1) показывает, что фазовое превращение твердое тело - жидкость сопровождается ускоренным переносом примесных атомов 113mIn к связывающей границе раздела фаз.

Область полиморфного превращения и температур, предшествующих плавлению.

Прогревания фольг разной толщины, проводившиеся в диапазоне температур 410500 К (т.е. в области полиморфного превращения ), приводили к нарушению радиоактивного равновесия; при этом величина эффекта увеличивалась с ростом температуры отжига и уменьшением толщины фольг. С использованием 113m экспериментальных значений коэффициентов диффузии In была построена температурная зависимость D[113mIn] и определены параметры диффузии: полученные значения энергии активации Ea (107.5 кДжмоль-1) и предэкспоненциального множителя D0 (23.2·10-4 м2с-1) совпадают с известными литературными данными.

При температурах отжига выше 453 К отчетливо наблюдался выход (эманирование) 113mIn в газовую фазу; он монотонно увеличивался с ростом температуры и достигал 20% при 500 К.

Область 323373 К. В низкотемпературной области обнаруженные эффекты смещения радиоактивного равновесия при одинаковом времени отжига не зависели от температуры отжига и толщин исследуемых образцов, однако увеличивались с ростом степени деформации и уменьшались при повторных прогревах металлических фольг; при этом во 113m всех случаях скорость переноса примесных атомов In было аномально высокой (см.

табл. 5: расчет D[113mIn] для 323343 К на основании приведенных выше значений D0 и Ea дает интервал значений от 9.4·10-21 до 9.7·10-20 м2с-1).

Таблица 5. Диффузия 113mIn в металлическом олове при 323343 К Толщина Температура Доля индия (в % от равно- Коэффициент фольги*, мкм весного) на поверхности отжига, ± 5К. диффузии, м2с-10.0 343 1.27 3.4·10-22.7 323 1.90 4.0·10-15.0 323 0.93 (1-ый прогрев) 4.0·10-0.68 (2-ой прогрев) 0.41 (3-ий прогрев) 0.34 (4-ый прогрев) * степень деформации фольг при прокатке: 10 и 15 мкм – 30%, 22.7 мкм – 40%.

Область полиморфного превращения . Свежепрокатанные фольги выдерживались в течение суток при температуре 78 К для достижения (с точностью не менее 0.005%) радиоактивного равновесия. Затем они извлекались из жидкого азота и в течение трех минут обрабатывались слабым раствором соляной кислоты. Формальный коэффициент диффузии 113mIn (рассчитанный для Т = 295 К и времени отжига при этой температуре в течение 180 с) составил 2·10-18 м2с-1.

При обсуждения экспериментальных данных ключевым было предположение о том, что обнаруженные аномалии (ускоренная миграция примесных атомов индия в области низких температур и их «эманирование» в области температур, предшествующих плавлению) являются следствием различного рода структурных превращений (полиморфные переходы, термическая реконструкция поверхности, наличие которых было подтверждено рентгенографическими и мессбауэровскими исследованиями фольг см. Главу 6).

С учетом этого проанализируем полученные экспериментальные данные.

Аномальное увеличение скорости миграции атомов индия при 323373 К обусловлено дополнительными дефектами, возникающими при прокатке и термической реконструкции поверхности. Холодная прокатка сопровождается деформацией всего материала, однако наибольшие деформационные разрушения возникают в приповерхностной области. При различных степенях деформации обрабатываемый материал испытывает различное «нагружение», и вследствие этого степень разрушения поверхностных слоев должна быть различной. Это находит подтверждение в наших 113m экспериментах (см. табл. 5). Так, коэффициенты диффузии In в образцах (15 и 22.мкм фольги) с различной степенью деформации (30 и 40% соответственно) при одной и той же температуре (323 К) различаются на порядок: 4.0·10-18 м2с-1 для 15 мкм-фольги и 4.0·10-17 м2с-1 для 22.7 мкм- фольги. Падение выхода примесных атомов на поверхность металла при повторных прогревах одной и той же фольги - происходит за счет уменьшения «каналов» диффузии при росте размеров зерен кристаллитов.

Эманирование индия выше 453 К также может быть объяснено в рамках предложенной концепции. Поверхностный фазовый переход (в сочетании с начинающимся в приповерхностной области объемным полиморфным превращением олова) приводит к ослаблению взаимодействия поверхностных атомов индия с атомами решетки, и они ввиду увеличения энергии тепловых колебаний «десорбируются» в газовую фазу. Усиление тепловых колебаний остовных атомов с ростом температуры должно способствовать более эффективной «десорбции» и, как следствие этого, увеличению доли радиоактивных атомов в газовой фазе, что и наблюдалось в наших экспериментах. Исследование явления эманирования показало, что выход примесных атомов в газовую фазу зависит от ядерной (удельная активность препаратов) и механической (степень деформации при прокатке) предыстории образцов, условий отжига фольг (температура, газовая атмосфера и остаточное давление в ампуле). Так, в одной и той же инертной (или восстановительной) атмосфере больший количественный выход примесных атомов в газовую фазу наблюдался при более высоком остаточном давлении газа в ампулах. Этот экспериментальный факт позволил высказать предположение об участии примесных атомов в процессах «адсорбции - десорбции», протекающих на поверхности металла.

Другой удивительный факт - потеря части дочерних атомов для фольг, охлажденных до 80 К и затем нагретых до комнатной температуры - в очередной раз свидетельствует о воздействии фазовых переходов (в данном случае полиморфного превращения , 286.8 К) на скорость переноса примесей. Экспериментальное значение D[113mIn] для этой температурной области почти на 6 порядков превышает формальное, 113m рассчитанное с использованием полученных нами параметров диффузии In в металлическом олове: Ea=107.5 кДжмоль-1; D0= 23.2·10-4 м2с-1.

99m 15.2. Специфика поведения примесных «горячих» атомов Tc и Re при полиморфных превращениях в металлических молибдене и вольфраме. Чтобы подтвердить справедливость предположения о решающем влиянии структурных превращений на диффузионную подвижность примесных атомов были выполнены аналогичные эксперименты с «равновесными парами» радионуклидов Mo99mTc и 1W188Re.

Металлические молибден и вольфрам, имеющие в массивных образцах во всем интервале температур (вплоть до точки плавления) только о.ц.к. структуру (условно фаза), являются классическими примерами полиморфизма, связанного с размерным эффектом. При малых, мкм и менее, размерах частиц при Т > 1000 К происходит полиморфное превращение: о.ц.к. структура трансформируется в г.ц.к. структуру (условно -фаза).

Перед проведением диффузионных экспериментов облученные в реакторе молибден и вольфрам отжигались при 800850 К в течение 35 часов для устранения радиационных дефектов - пост-эффектов реакции (n,). Далее порошки металлов 99 99m 188 1(содержащие равновесные количества Mo и Tc, W и Re) прогревались при температурах 5001100 К в течение 18003600 с: 1) облученный молибден - в остаточном вакууме 10-310-2 Торр; 2) облученный вольфрам: а) в остаточном вакууме 10-510-4 Торр;

б) в остаточном вакууме 10-310-2 Торр; в) на воздухе (при этом для предотвращения окисления облученный вольфрам смешивался с порошком спектрально чистого графита).

Система Mo:99mTc. Отжиг облученного молибдена в области превращения (при 99m 10001100 К) сопровождался выходом примесных атомов Tc в газовую фазу (скорее 99m всего, в виде Tc2O7). Выход Tc увеличивался с ростом времени прогрева и достигал 6065% в случае отжига облученных мишеней при 1073 К в течение 60 минут. При многократном прогреве одного и того же образца (при условии достигнутого радиоактивного равновесия) наблюдалась воспроизводимость результатов.

Система W:188Re. При многократном прогреве одного и того же образца (с исходной удельной активностью 0.04 Ки/г) в остаточном вакууме 10-310-2 Торр при 1100 К также наблюдалась воспроизводимость результатов: эффект нарушения равновесия составлял 2425%. Формальная оценка D[188Re] в вольфраме на основании этого экспериментального факта составляет величину >10-17 м2с-1, значительно превышающую коэффициент D=10-35 м2с-1, полученный из имеющихся в литературе данных по диффузии рения в металлическом вольфраме.

Выход дочерних атомов в газовую фазу зависел от двух факторов: а) ядерной предыстории - в случае отжига образцов в остаточном вакууме 10-310-2 Торр при уменьшении удельной активности препаратов в 2 раза наблюдалось падение выхода 188Re с типичных 2425 до 1415%; б) состава газовой среды - увеличивался с повышением содержания кислорода. Так, при отжиге облученных мишеней (с удельной активностью 0.02 Ки/г) при 10-510-4 Торр выход 188Re составлял не более 3%, при 10-310-2 Торр - не превышал 15%, а в случае прогрева образцов на воздухе он увеличивался до (типичных для большинства проведенных опытов) 65%.

Этот экспериментальный факт указывает на то, что помимо эманирования при полиморфном превращении существует и другой процесс, способствующий уходу 1радиоактивных микропримесей (в виде Re2O7) в газовую фазу – их «высвобождение» при протекании циклических газотранспортных реакций следующего типа: окисление металлического вольфрама кислородом воздуха сублимация WO3, сопровождающаяся 1высвобождением примесных атомов Re в газовую фазу конденсация оксида вольфрама на графитовом порошке с последующим его восстановлением до металлического состояния повторное окисление металлического вольфрама … (такая схема разделения была положена нами в основу «сухой» генераторной технология получения 188Re).

113m Обнаруженный феномен - «уход» в газовую фазу примесных атомов (и In, и 99m Tc, и 188Re) при полиморфных превращениях в металлах - имеет формальное сходство с классическим случаем эманирования инертных газов из кристаллических солей и выходом летучих продуктов деления из UO2. Следует подчеркнуть, что такие процессы наблюдаются только в тех системах, где имеет место полиморфизм. Так, в системе 113m Sn:113mIn уход атомов In в газовую фазу начинается в температурной области полиморфного превращения (с 453 К), а в системе Cd:111In «улетучивание» примесей отсутствует даже в области температур (590 К), предшествующих плавлению.

5.3. Особенности поведения примесных «горячих» атомов при пластической деформации облученных металлов. Изучен перенос примесных «горячих» атомов 113mIn, 115m 113 1In, Sn/113mIn и Sb при пластической деформации облученных металлических кадмия и олова.

113m Система «Олово: In». В экспериментах использовались образцы с разной удельной 1активностью по Sn (0.2 и 1.2 Ки/г). Во всех случаях прокатка (степень деформации – 40%) оловянных фольг сопровождалась смещением радиоактивного равновесия. По экспериментальным значениям эффекта нарушения равновесия определялись пробеги дочерних атомов, которые затем использовались для расчета их скоростей переноса Dпереноса. Полученные результаты приведены в табл. 6.

Таблица 6. Концентрационная зависимость скорости переноса 113mIn Концентрация 113mIn, ат. Эффект нарушения радиоактивного Dпереноса [113mIn], (удельная активность равновесия, м2с-1Sn, Ки/г) % 31011 (0.2) 0.72±0.04 (3.3±0.2)10-21012 (1.2) 4.04±0.21 (1.4±0.2)10- Сравнение величин Dпереноса, приведенных в табл. 6, с известными данными о коэффициентах диффузии индия в металлическом олове (см. раздел выше) показывает, что скорость переноса примесей при прокатке такая же, как и в области температур, предшествующих плавлению: коэффициент диффузии 113mIn при 500 К - 1.310-14 м2с-1.

1 Система «Олово: Sb». Степень деформации образцов составляла 30%. Полученное значение Dпереноса=(1.1±0.2)10-18 м2с-1, сопоставимое с коэффициентом диффузии D[125Sb] в металлическом олове при 500 К (4.310-18 м2с-1) и почти на 6 порядков превышающее формальный, рассчитанный с использованием экспериментальных данных, коэффициент диффузии для комнатной температуры (1.210-24 м2с-1), свидетельствует об аномально высокой скорости миграции примесных атомов.

Система «Кадмий: 115mIn, 113Sn/113mIn». Степень деформации фольг составляла 30 и 40%.

Полученные значения Dпереноса, (4.1±0.5)10-15(1.1±0.2)10-13 м2с-1 (для степеней деформации 30 и 40% соответственно), снова указывают на аномально высокую скорость миграции примесных атомов. Отметим, что пластическая деформация не приводила к 1смещению радиоактивного равновесия в генетической цепочке Sn113mIn, что свидетельствует о «близости» скоростей миграции примесных атомов In и Sn при прокатке.

В основе обнаруженных аномалий лежит механизм дислокационного переноса примесей. Пластическая деформация происходит путем рождения и движения дислокаций. Примесные атомы, размер и валентность которых отличны от атомов матрицы (как это имеет место в наших случаях), занимают энергетически более выгодные позиции вблизи дислокаций (блокируются дислокациями). «Атмосферы» из примесных атомов, образующиеся вокруг дислокаций, перемещаясь по кристаллу вместе с дислокациями, оказываются на границе раздела фаз.

113m Концентрационная зависимость скорости переноса In в металлическом олове (см. табл. 6) показывает, что число возникающих неравновесных дефектов (способных оказывать влияние на миграцию примесей) значительно превышает количество самих примесных атомов, принимающих участие в процессах переноса.

Выводы к главе 99m 1. Выявлены аномалии физико-химического поведения примесных атомов Tc, 113mIn, 115m In, 113Sn/113mIn, 125Sb и 188Re (ускоренная диффузия в объемных и поверхностных слоях облученных металлов и их эманирование в газовую фазу) при структурных превращениях (полиморфные переходы, термическая реконструкция поверхности, пластическая деформация) облученных металлов (Mo, Sn, W).

2. Показано, что обнаруженные аномалии зависят от ядерной (удельная активность препаратов) и механической (степень деформации) предыстории образцов, условий их отжига (температура, газовая атмосфера, остаточное давление).

3. Предложен дислокационный механизм переноса примесей при пластической деформации.

Глава 6. Исследование последствий радиационных воздействий, отжига радиационных нарушений, структурной перестройки облученных металлов методами РФА и ЯГР спектроскопии 6.1. Рентгенографические исследования. Рентгенографические исследования металлических фольг выявили общие тенденции изменения структуры металлов при прокатке, облучении, отжиге радиационных нарушений.

Были изучены: а) цинковые, кадмиевые, серебряные и оловянные фольги после прокатки; б) железные, никелевые, цинковые, кадмиевые, серебряные и оловянные фольги, приготовленные прокаткой, а затем подвергнутые термическому отжигу для снятия деформационных напряжений; в) железные и никелевые фольги после облучения дейтронами (ток пучка - 5 мкА, флюенс - 8.31020 частицм-2) и -частицами (ток пучка - мкА, флюенс - 3.71020 частицм-2); г) кадмиевые фольги после облучения дейтронами (токи пучков - 1.4 и 2.9 мкА, флюенс - 8.31020 частицм-2); д) серебряные фольги после облучения дейтронами (ток пучка - 1.4 мкА, флюенс - 1.11019 и 5.31020 частицм-2).

Пластическая деформация сопровождается разрушением зерен поликристалла, что с одной стороны, приводит к появлению сильной текстуры (поскольку кристаллы легче деформируются вдоль некоторых кристаллографических направлений - вдоль так называемых плоскостей наилегчайшего скольжения), а с другой - уширению линий рентгеновских пиков вследствие появления большого числа точечных дефектов и дислокаций.

Кратковременный термический отжиг убирает микроискажения структуры, но оставляет текстуру. В зависимости от температуры отжига происходит не только залечивание дефектов деформации (что, прежде всего, отражается на ширинах линий дифрактограммы), но и перекристаллизация зерен кристаллитов в образце, которая сопровождается их ростом. Наведенные при прокатке напряжения задают некоторую направленность этой кристаллизации, о чем опять же свидетельствует изменение интенсивностей линий в процессе отжига.

Облучение заряженными частицами, которые «прошивают» металлические мишени насквозь, также провоцирует преимущественную кристаллизацию в некоторых направлениях. Так как кристаллиты после прокатки имеют преимущественную ориентировку, то бомбардирующие частицы создают дефекты тоже вдоль определенных кристаллографических направлений. Соответственно и последующее залечивание дефектов будет проходить не хаотично. При облучении образец частично аморфизуется, а потом хаотично кристаллизуется - при этом должен получиться более «совершенный» (чем после деформации) поликристалл. Именно это и наблюдается на дифрактограммах образцов после облучения. Однако текстура при этом сохраняется. Отметим, что «текстурный» фактор уменьшается с увеличением общего флюенса заряженных частиц.

В случае больших токов пучков заряженных частиц отжиг разупорядоченных зон начинается прямо «под пучком» за счет разогрева мишеней, при этом он сопровождается увеличением размеров кристаллитов: так, после облучения кадмиевой мишени 4 часа (энергия дейтронов - 8.9/4.2 МэВ, ток пучка - 2.9 мкА, флюенс - 8.31020 частицм-2) средний размер кристаллитов составляет 1380 ; при том, что после прокатки (степень деформации - 40%) он был равен 600 , а после 3-х часового отжига при 473 К - лишь 9.

6.2. Мессбауэровские исследования. Установленные при проведении рентгенографических исследований общие тенденции изменения структуры металлов под влиянием облучения, в процессах послерадиационного термического отжига, при пластической деформации нашли подтверждение и в мессбауэровских экспериментах.

Влияние ядерной предыстории на фазовый состав облученного металлического железа. С использованием различных вариаций мессбауэровской спектроскопии был изучен фазовый состав металлического железа после облучения нейтронами и заряженными частицами (протоны и тяжелые ионы). Условия облучения, способ исследования мишеней и фазовый состав образцов после облучения представлены в табл. 7.

Протоны и нейтроны. В экспериментальных спектрах облученных фольг наблюдается только магнитная сверхтонкая структура, характерная для -Fe. Установлено, что при таких параметрах облучения основные характеристики ЯГР спектров (кроме величины эффекта, которая падает после облучения) - изомерный сдвиг, ширина линии, величины магнитного поля на ядрах железа - остаются неизменными, типичными для необлученных образцов.

Тяжелые ионы (12С, 14N, 16О). Отметим основные особенности спектров после облучения.

1. Они представляет собой суперпозицию двух компонент, отвечающих фазам - и -Fe;

соотношение фаз на поверхности (до 300 нм) и в объеме (до 10 мкм) образцов различно.

2. Облучение приводит к структурному разупорядочению решетки -Fe и появлению (вследствие разогрева мишеней до высоких температур пучками заряженных частиц с последующей быстрой рекристаллизацией «расплавленного» объема) на поверхности фольг -фазы (уширенная в 2.5 раза в сравнении с линиями магнитного секстета одиночная компонента).

Таблица 7. Влияние ядерной предыстории на фазовый состав облученного металлического железа Условия облучения Фазовый Тип Ток пучка, Флюенс, Метод состав частиц Энергия частиц плотность частицм-2 исследования* после потока облучения p 6/2 МэВ 5 мкА 1·1022 АМС -Fe до 0.5 эВ (65%) 8.6·10n 0.5 эВ1.0 кэВ (10%) АМС нейтр.см-2с-1 1.81024 -Fe 1 кэВ100 МэВ (25%) C4+ 47.2/0 МэВ 0.07 мкА МСВЭ - и -Fe 8.210N5+ 58.8/0 МэВ 0.03 мкА МСВЭ - и -Fe 1.610О6+ 72/0 МэВ 0.01 мкА МСВЭ - и -Fe 1.410* АМС – абсорбционная мессбауэровская спектроскопия; МСВЭ – мессбауэровская спектроскопия вторичных электронов 3. Большие структурные нарушения наблюдаются при увеличении общего флюенса (влияние относительного изменения массы бомбардирующей частицы в данном случае менее значимо). Так, величина эффекта резонансного поглощения в спектрах мишеней, 12 облученных ионами C, составляет 128%, у образцов, облученных N - 173%, а при облучении ионами 16О - 220%.

4. Послерадиационный термический отжиг облученных мишеней сопровождается деградацией «дефектных» фаз и ростом эффекта резонансного поглощения.

Влияние пластической деформации и термического отжига на фазовый состав металлического олова. Для подтверждения предположения о термической реконструкции поверхности были проведены мессбауэровские (МСВЭ - «толщина» приповерхностной области до 1.5 мкм при регистрации вторичных электронов с энергетическим распределением от 2.8 до 23.2 кэВ) исследования фольг (процедуры приготовления образцов были полностью идентичны описанным выше, в Главе 5).

Спектры фольг после деформации, не подвергавшиеся термическому воздействию, представляют собой суперпозицию двух синглетов, отвечающих двум фазам олова. Одна резонансная линия соответствует -Sn (объем металла), другая (И.С. = 2.94 мм/с) - поверхностной фазе. Кратковременный прогрев образца при 333 К не приводит к появлению новых фаз, но сопровождается деградацией поверхности (уменьшение доли второй компоненты в спектре). Отжиг при более высокой температуре (480 К) сопровождается реконструкцией всей приповерхностной области.

Выводы к главе 1. С использованием РФА и ЯГР спектроскопии установлены общие тенденции изменения структуры металлов (Fe, Ni, Zn, Сd, Ag, Sn): а) при пластической деформации (раздробление и переориентация кристаллитов, сопровождающиеся появлением сильной текстуры и искажением кристаллической решетки); б) под влиянием облучения (разупорядочение, переориентация, рост и локальная перекристаллизация зерен); в) в процессах термического отжига (рост и перекристаллизация зерен кристаллитов).

2. В очередной раз (теперь - на примере сосуществования - и -модификаций железа при 12 14 комнатной температуре после бомбардировки мишеней тяжелыми ионами C, N, O) показано, что радиационное воздействие может привести к изменению фазового состава аллотропных металлов.

Глава 7. Разработка и апробация диффузионно-термических методов выделения радионуклидов из твердотельных реакторных и циклотронных мишеней 7.1. Диффузионно-термические методы выделения радионуклидов из твердотельных реакторных и циклотронных мишеней. На основе результатов представленных выше исследований были предложены оригинальные методы выделения радионуклидов из твердотельных реакторных и циклотронных мишеней.

1. Стимулированная диффузия на связывающую границу раздела фаз металл - газ или металл - жидкость: а) облученные фольги подвергаются отжигу в области температур, предшествующих плавлению, в течение времени, достаточного для выхода примесных атомов на поверхность металла: оптимальные температура и время прогрева выбираются на основании сведений о коэффициентах диффузии примесей; вышедшие из объема фольги примесные атомы удаляются с помощью какого-либо химического агента или (в случае их высокой летучести) собираются на охлаждаемом конденсоре; б) для увеличения скорости миграции радиоактивных микропримесей на связывающую границу раздела фаз используется амальгамирование облученных металлов: после достижения физико-химического равновесия между компонентами смеси жидкая амальгама обрабатывается раствором соответствующего химического агента для извлечения вышедших на ее поверхность радиоактивных микропримесей.

2. Выход в газовую фазу (эманирование) при полиморфных превращениях: облученный металл подвергается отжигу в области температур полиморфного превращения;

вышедшие из объема фольги примесные атомы собираются на охлаждаемом конденсоре.

3. Концентрирование при фазовых переходах «твердое тело - газ»: суть способа заключается в вакуумной дистилляционной сепарации облученных мишеней, проводимой при температуре и давлении, обеспечивающих полную отгонку стартового материала и полностью исключающих летучесть примесного радионуклида; в основе способа - различие скоростей испарения и парциальных давлений пара разделяемых элементов над твердой фазой; температура отжига мишеней выбирается на основании сведений о давлении паров разделяемых элементов, время выделения целевого продукта (т.е.

скорость отгонки стартового материала) - определяется по формуле Лэнгмюра.

Основные отличительные особенности диффузионно-термических методов продемонстрированы при выделении радионуклидов различного целевого назначения:

Sc, 54Mn, 55Fe, 65Zn, 67Cu, 67Ga, 68Ge, 99mTc, 109Cd, 111In, 113mIn, 119mSn, 186Re, 188Re, 197m,gHg, 1Tl, 213Bi, 211At.

7.2. Возможности промышленного внедрения диффузионно-термических методов выделения радионуклидов. В случае реакторной наработки целевых радионуклидов возможность технологической адаптации диффузионно-термических методов очевидна: в качестве стартовых материалов используются «чистые» металлы, блокированные в кварцевых или металлических капсулах.

Внедрение альтернативных методов переработки циклотронных мишеней сопряжено с решением комплекса технологических проблем, обусловленных специфическими особенностями проведения облучения на ускорителях заряженных частиц.

Возможность физико-химического взаимодействия (диффузия, образование сплавов) активируемого материала с подложкой мишени, как при облучении, так и при последующей термической обработке в условиях повышенных температур (сотни °С) исключает использование традиционных металлов с высокой теплопроводность, но сравнительно малой температурой плавления, таких как серебро, медь, алюминий.

Чтобы исключить принципиальную возможность диффузионного взаимодействия компонентов циклотронной мишени, мы были вынуждены отказаться от этих материалов и заменить их тугоплавкими металлами. Перспективность такого подхода была показана при разработке диффузионно-термических технологий получения радионуклидов медицинского назначения: 67Cu, 67Ga, 111In, 211At.

Из рассмотренных «кандидатных» тугоплавких металлов (V, Zr, Nb, Mo, Ta, W, Re, Os, Ir) только Ta и V в полной мере отвечает основным требованиям к материалу подложки: 1) должным уровнем технологических свойств; 2) химической инертностью по отношению к материалу мишени (Zn, Cd или Bi), целевому продукту (67Cu, 67Ga, 111In, 2At), используемым для его извлечения минеральным кислотам; 3) высокими температурами плавления (2173 К для V и 3288 К для Ta); 4) хорошей теплопроводностью в области наиболее вероятных рабочих температур (340360 К): 30.7 Втм-1К-1 для V; 54.Втм-1К-1 для Ta.

Экспериментальная проверка различных методов изготовления циклотронных мишеней показала, что ввиду слабой «адгезии» активируемых слоев при электролитическом осаждении целесообразно использовать метод сплавления металлов:

67 для «фиксации» обогащенного Zn (получение Cu, Ga) предпочтительнее танталовые подложки, для нанесения Cd (наработка 111In) и Bi (получение 211At) - ванадиевые.

Циклотронная мишень для получения 67Cu или 67Ga представляет собой танталовый диск диаметром 24 мм, толщиной 2 мм. На оси диска изготавливается цилиндрическое углубление диаметром 9 мм с толщиной дна 0.54 мм, куда и наносится изотопный цинк.

111 2Мишенями для получения In и At служат изготовленные штампованием из дисков диаметром 24 мм и толщиной 0.2 мм ванадиевые тарелочки, в которых сделано углубление для наплавления изотопного кадмия или висмута.

Для приготовления циклотронных мишеней и выделения целевых радионуклидов изготовлена оригинальная установка - металлическая (сталь марки 12Х18Н10Т) вакуумная камера, обеспечивающая в рабочем объеме разрежение до 10-7 Торр. Камера снабжена посадочными местами для подсоединения: а) турбомолекулярного вакуумного насоса; б) штока с держателем мишени; в) нагревателя мишени с рубашкой водяного охлаждения; г) охлаждаемого водой конденсора для «сбора» целевого продукта; д) узла подачи воды; е) вентиля для напуска инертного газа; ж) разъемов питания нагревателя и термопар для контроля температуры технологического процесса.

Для облучения мишеней на выведенных пучках ускорителей заряженных частиц изготовлен мишенный узел (выдерживающий высокие тепловые нагрузки), к основным элементам которого относятся: а) система водяного охлаждения облучаемого материала;

б) гелиевая камера с тонким алюминиевым окном; в) механизм позиционирования и сброса мишени.

Анализ различных вариантов охлаждения мишеней показал, что использование одиночной струи воды (как это принято в современных конструкциях мишенных узлов) принципиально менее эффективно по сравнению с системой сопел малого диаметра, обеспечивающей максимальную теплопередачу. Была предложена система из 7 сопел (с диаметром сопла 0.9 мм), расположенных в вершинах (на диаметре 8.6 мм) и на оси правильного шестиугольника; расстояния между осями сопел - 4.3 мм. При такой системе охлаждения, при тепловыделении в слое кадмия в 300 Вт средняя температура на поверхности мишени не превышает 370.5 К (97.5 °С).

Гелиевая камера с тонким металлическим окном предназначена для защиты объема циклотрона от легколетучих продуктов ядерных реакций или компонентов изотопных мишеней. В конструкции камеры реализовано струйное охлаждение входной фольги.

Камера представляет собой короткий цилиндр (наружные размеры: диаметр 50 мм, высота 14.8 мм), осью которого является ось пучка заряженных частиц. К поверхности мишени гелий подводится по плоскому соплу (2.348.5 мм). Угол его наклона по отношению к плоскости мишени 27°, после выхода из сопла угол падения струи повышается до 31°.

После прохода по поверхности мишени гелий отводится по симметрично расположенному каналу. Дополнительные возможности гелиевой камеры - коммерческая наработка радионуклидов с использованием тонких мишеней, которые ввиду малой механической прочности непосредственно не могут охлаждаться водой (в первую очередь, это касается получения 199Tl, когда толщина облучаемых золотых фольг составляет 3540 мкм).

Испытания лабораторного макета мишенного устройства на пучке протонов (ток - 15 мкА, энергия - 16 МэВ) при использовании в качестве мишени алюминиевого диска толщиной 2 мм и Al-фольги толщиной 70 мкм, стоящей на входе пучка заряженных частиц в газовую камеру, подтвердили правильность методологического подхода и избранного конструкторского решения. Циклотронный мишенный узел легко адаптируется к любому типу ускорителя; основное отличие данной конструкции от существующих (как отечественных, так и зарубежных) аналогов - возможность контроля температуры мишеней при облучении.

С использованием изготовленного оборудования проведена апробация новых 67 1технологических регламентов получения Ga и In. Температура отжига облученных мишеней (при 10-2 Торр) составляла: а) в случае отгонки цинка - (650750) К; б) при испарении кадмия - (550650) К. Время отжига мишеней - 20 минут. Выход целевых продуктов составил более 98% при радионуклидной чистоте, близкой как 100%.

Выводы к главе 1. Проведен детальный анализ традиционных схем переработки радиоактивного сырья, позволивший выявить их принципиальные ограничения: а) многостадийность технологического цикла; б) радиолитическое разложение компонентов, используемых для выделения радионуклидов; в) потери стартового изотопного сырья и ухудшение его качества при последующей регенерации мишеней; г) высокая трудоемкость технологических процессов.

2. Разработаны новые диффузионно-термические способы получения радионуклидов из облученных реакторных или циклотронных мишеней, использующие специфику поведения примесных «горячих» атомов в облученных металлах: а) стимулированная диффузия на связывающую границу раздела фаз металл - газ или металл - жидкость; б) выход в газовую фазу (эманирование) при полиморфных превращениях; в) концентрирование при фазовых переходах «твердое тело - газ».

3. Проведен сравнительный анализ диффузионно-термических и традиционных методов извлечения ряда практически значимых радионуклидов (47Sc, 54Mn, 55Fe, 65Zn, 68Ge, 99mTc, 113m In, 119mSn, 186Re, 188Re, 213Bi) из твердотельных реакторных и циклотронных мишеней;

продемонстрированы основные отличительные особенности новых методов выделения: а) высокие выход и радионуклидная чистота целевых продуктов; б) предельная простота процедуры их выделения (обычно не более 2 стадий); в) отсутствие «видимых» потерь стартовых стабильных изотопов в технологических циклах выделения целевых радионуклидов.

4. Показана возможность промышленного внедрения диффузионно-термических методов выделения радионуклидов: а) спроектированы и изготовлены экспериментальные установки для приготовления циклотронных мишеней и выделения целевых радиоактивных продуктов; б) проведены тепловые, гидродинамические и прочностные расчеты, на основании которых изготовлен лабораторный макет мишенного узла нового типа, в котором охлаждение облучаемых мишеней осуществляется с помощью системы сопел малого диаметра, что позволяет «развивать» мощность пучка заряженных частиц до 450 Вт (при тепловыделении на поверхности мишени до 600 Втсм-2); в) проведены разработка и апробация диффузионно-термических технологий получения радионуклидов медицинского назначения 67Cu, 67Ga, 111In, 211At.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Установлены общие закономерности влияния ядерной предыстории на формы стабилизации примесных «горячих» атомов, специфику их физико-химического поведения в облученных металлах. Предложенный методический подход позволил получить информацию о фазовом составе металлов (Mn, Fe, Ni, Zn, Mo, Cd, Sn, W) до и после облучения, структуре и локальном окружении, диффузионной подвижности 54 примесных «горячих» атомов (примесных радиационных дефектов - Mn, Co, 67Ga, 99m Tc, 111In, 113mIn, 114mIn, 115mIn, 113Sn, 117mSn, 119mSn, 119m,gTe/119Sb, 125Sb/125mTe, 186Re, 188Re, образовавшихся под воздействием заряженных частиц, нейтронов или вследствие радиоактивного распада в генетически связанных радиоактивных цепочках) в процессах отжига радиационных нарушений, при структурных превращениях (полиморфные переходы, пластическая деформация, термическая реконструкция поверхности) и связать эти данные с ядерной предысторией.

2. С использованием эмиссионной мессбауэровской спектроскопии установлены формы 119m 119m,g стабилизации примесных «горячих» атомов (57Co, Sn, Te/119Sb) в металлах (Mn, Fe, Ni, Cd, Sn) после облучения, в процессах отжига радиационных нарушений, при структурных превращениях; показано, что позиции, занимаемые примесными атомами в облученных металлах (положения замещения, внедрения, на границах зерен кристаллитов), определяются ядерной (энергия и интенсивность пучков бомбардирующих частиц, накопленный флюенс) и термической (температура мишеней в процессе облучения) предысторией, кристаллографическими особенностями облучаемых металлов (тип решетки, размеры решеточных атомов и междоузлий, количество и средний размер кристаллитов).

3. Предложен новый метод определения транспортных характеристик примесных атомов в облученных металлах, основанный на исследовании временной зависимости интенсивности гамма-излучения дочерних атомов в условиях нарушенного равновесия в 1генетически связанных радиоактивных цепочках (99Mo99mTc; Cd115mIn;

113 188 2Sn113mIn; W188Re; Pb212Bi и пр.). Принципиальные возможности и 99m надежность метода показаны при изучении переноса примесных атомов Tc в 115m 113m 1молибдене, In в кадмии, In в олове, Re в вольфраме. Вследствие достижимой высокой точности (10-210-1%) измерений относительных изменений интенсивности гамма-линии предлагаемый метод позволяет исследовать диффузию в широком температурном интервале.

4. На основании исследования процессов переноса образовавшихся в результате ядерных 54 67 113m 114m превращений примесных «горячих» атомов Mn, 57Co, Ga, 111In, In, In,115mIn, 113m Sn, 117mSn, 119mSn при отжиге облученных металлов (Mn, Fe, Ni, Zn и Cd) показано, что скорость миграции радиоактивных микропримесей определяется степенью радиационного повреждения мишеней (которая зависит от массы и энергии бомбардирующих частиц, интенсивностей пучков этих частиц, общего флюенса) и возможным положением примесного «горячего» или дочернего атома в кристаллической решетке облученного металла; предложен механизм переноса, объясняющий поведение примесей, учитывающий: а) избыточное (существенно превышающее термически равновесное) количество дефектов, вносимых при облучении; б) структурные (кристаллографические) положения с разной «энергетикой», в которых стабилизируются примесные атомы после ядерного превращения; в) изменение количества и размеров зерен кристаллитов при термическом отжиге облученных металлов.

99m 5. Выявлены аномалии физико-химического поведения примесных атомов Tc, 113mIn, 115m In, 113Sn/113mIn, 125Sb и 188Re (ускоренная диффузия в объемных и поверхностных слоях облученных металлов и их эманирование в газовую фазу) при структурных превращениях (полиморфные переходы, термическая реконструкция поверхности, пластическая деформация) облученных металлов (Mo, Sn, W). Показано, что обнаруженные аномалии зависят от ядерной (удельная активность препаратов) и механической (степень деформации) предыстории образцов, условий их отжига (температура, газовая атмосфера, остаточное давление).

6. С использованием РФА, различных вариаций ЯГР спектроскопии установлена взаимосвязь между ядерной предысторией, кристаллографическим положением примесных «горячих» атомов, их физико-химическими характеристиками и структурными изменениями, протекающими в металлах при облучении, отжиге радиационных нарушений, структурной перестройке. Показано, что радиационное воздействие может привести к изменению фазового состава аллотропных материалов: так, для металлов (Mn, Fe, Sn), имеющих несколько структурных модификаций в твердом состоянии, обнаружены аномалии - стабилизация высоко- и низкотемпературных фаз при комнатной температуре в результате радиационного воздействия (в частности, сосуществование - и -модификаций марганца после облучения ионами He, сосуществование - и 12 14 модификаций железа после облучения дейтронами и тяжелыми ионами C, N, O, сосуществование - и -модификаций олова после облучения ионами 4He).

7. Разработаны новые диффузионно-термические способы получения радиоактивных изотопов, использующие специфику поведения примесных «горячих» атомов в облученных металлах; при извлечении ряда практически значимых радионуклидов (47Sc, Mn, 55Fe, 65Zn, 68Ge, 99mTc, 113mIn, 119mSn, 186Re, 188Re, 213Bi) из твердотельных реакторных и циклотронных мишеней продемонстрированы основные отличительные особенности предлагаемых методов выделения: а) высокие выход и радионуклидная чистота целевых продуктов; б) предельная простота процедуры их извлечения (обычно не более 2 стадий);

в) отсутствие «видимых» потерь дорогостоящих стабильных изотопов в технологических циклах получения целевых радионуклидов.

8. Для внедрения новых принципов получения радионуклидов в практику промышленного производства: а) спроектированы и изготовлены экспериментальные установки для приготовления циклотронных мишеней и выделения целевых радиоактивных продуктов;

б) проведены тепловые, гидродинамические и прочностные расчеты, на основании которых изготовлен циклотронный мишенный узел нового типа, позволяющий «развивать» мощность пучка заряженных частиц до 450 Вт (при тепловыделении на поверхности мишени - до 600 Втсм-2); в) проведены разработка и апробация диффузионно-термических технологий получения ряда радионуклидов медицинского назначения (67Cu, 67Ga, 111In, 211At).

Основные публикации по теме диссертации 1. И.Е. Алексеев, С.И. Бондаревский, В.В. Еремин Изучение физико-химического поведения примесных атомов в металле методом нарушения радиоактивного равновесия // Радиохимия, 1990, Т. 32, № 1, с.5861.

2. И.Е. Алексеев, С.И. Бондаревский, В.В. Еремин Явление квазиэманирования // Радиохимия, 1991, Т. 33, № 6, с. 138139.

3. И.Е. Алексеев, С.И. Бондаревский, В.В. Еремин Изменение интенсивности гаммаизлучения «горячих» атомов - индикатор некоторых физико-химических процессов // Радиохимия, 1993, Т. 35, № 2, с. 115122.

4. I.E. Alekseev, A.E. Antropov, S.I. Bondarevsky, V.V. Eryomin, Ya.I. Makarychev, E.R. Notkin Mossbauer spectroscopy investigations and behavior of impurity atoms in irradiated metallic targets // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A, 1997, Vol. 397, p. 177182.

5. И.Е. Алексеев, С.И. Бондаревский, В.В. Еремин Специфика физико-химического поведения примесных «горячих» атомов при фазовых превращениях в металлах. I.

Поведение примесных атомов индия в металлическом олове // Радиохимия, 1998, Т. 40, № 5, с. 427432.

6. И.Е. Алексеев, С.И. Бондаревский, В.В. Еремин Специфика физико-химического поведения примесных «горячих» атомов при фазовых превращениях в металлах. II.

Поведение примесных атомов кобальта в металлическом марганце // Радиохимия, 1998, Т. 40, № 5, с. 433437.

7. И.Е. Алексеев, С.И. Бондаревский, В.В. Еремин Специфика физико-химического поведения примесных «горячих» атомов при фазовых превращениях в металлах. III.

Поведение примесных атомов теллура и сурьмы в металлическом олове // Радиохимия, 1998, Т. 40, № 5, с. 438439.

8. И.Е. Алексеев, С.И. Бондаревский, В.В. Еремин Специфика физико-химического поведения примесных «горячих» атомов при фазовых превращениях в металлах. IV.

Поведение примесных атомов рения в металлическом вольфраме // Радиохимия, 1998, Т. 40, № 5, с. 440443.

113m 9. И.Е. Алексеев, С.И. Бондаревский Радионуклидный генератор In // Радиохимия, 1998, Т. 40, № 4, с. 350.

10. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Альтернативная возможность получения радионуклида Ge без носителя // Радиохимия, 1998, Т. 40, № 4, с. 351.

113m 11. И.Е. Алексеев, С.Р. Тхаркахова Ускоренный перенос примесных атомов In при пластической деформации облученного олова // Радиохимия, 1998, Т. 40, № 5, с.

425426.

12. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Исследование циклотронных мишеней методом мессбауэровской спектроскопии // Радиохимия, 1999, Т. 41, № 6, с. 550552.

13. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Исследование локального окружения примесных центров 57Co, образовавшихся в результате ядерных реакций в металлическом железе // Радиохимия, 1999, Т. 41, № 6, с. 553555.

14. I.E. Alekseev, R. Sh. Tedeev New Methods of Radionuclide Production // Radioactivity and Radiochemistry, 1999, Vol. 10, No. 1, p. 2225.

115. И.Е. Алексеев Аномально высокая скорость миграции примесных атомов Sb при пластической деформации облученного олова // Радиохимия, 1999, Т. 41, № 6, с.

556557.

16. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Особенности физико-химического поведения трансмутационных радионуклидов в металлическом железе // Радиохимия, 2000, Т. 42.

№ 2, с. 158161.

17. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Особенности поведения ультрамалых количеств In и Sn при пластической деформации облученного металлического кадмия // Радиохимия, 2000, Т. 42, № 4, с. 367368.

119m 18. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Формы стабилизации примесных атомов Sn, образовавшихся в результате ядерной реакции 116Cd (,n) в металлическом кадмии // Радиохимия, 2000, Т. 42, № 4, с. 369370.

19. I.E. Alekseev, A.E. Antropov General trends of diffusion, physical and chemical behavior of transmutation radionuclides during thermal annealing of irradiated metals // Radioactivity and Radiochemistry, 2000, Vol. 11, No. 2, p. 3843.

20. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов, В.В. Дармограй, Д.Е. Масленников Исследование структуры и процессов миграции радиационных дефектов, образовавшихся в металлах в результате трансмутации ядер под воздействием заряженных частиц. Примесные атомы индия и олова в металлическом кадмии // Вопросы материаловедения, 2000, т.

23, № 3, с. 5368.

21. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов, Д.Е. Масленников Термический метод выделения скандия-47 из облученного металлического титана // Радиохимия, 2001, Т. 43, № 5, с.

460.

22. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов, В.В. Дармограй, Д.Е. Масленников Особенности физико-химического поведения примесных атомов, образовавшихся в результате трансмутации ядер, в процессах послерадиационного отжига облученного металлического кадмия // Радиохимия, 2001, Т. 43, № 6, с. 515520.

23. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов, В.В. Дармограй, Д.Е. Масленников Исследование локального окружения и процессов миграции примесных атомов кобальта-57, образовавшихся в результате трансмутации ядер, в металлическом никеле // Радиохимия, 2001, Т. 43, № 6, с. 521523.

24. I.E. Alekseev, A.E. Antropov, R.Sh. Tedeev, N.N. Abu Issa Possibilities for industrial use of a method of vacuum distillation separation for production of cyclotron radionuclides // Radioactivity and Radiochemistry, 2001, Vol. 12, No. 3, p. 4247.

99m 25. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Ускоренный перенос примесных атомов Tc при полиморфном превращении в облученном металлическом молибдене // Радиохимия, 2002, Т. 44, № 4, с. 334336.

26. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Термический метод очистки от Mn реакторных и циклотронных железных мишеней // Радиохимия, 2002, Т. 44, № 4, с. 337338.

113m 27. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов Получение препаратов Sn без носителей // Радиохимия, 2002, Т. 44, № 4, с. 339340.

28. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов, В.В. Дармограй К вопросу о конструкции мишенного узла для наработки 199Tl на выведенном пучке ускорителя У-120 // Радиохимия, 2002, Т. 44, № 4, с. 341343.

29. И.Е. Алексеев Диффузионно-термические методы выделения радионуклидов из твердотельных реакторных и циклотронных мишеней: возможные перспективы // Радиохимия, 2003, Т. 45, № 5, с. 385411.

30. И.Е. Алексеев, М.Ф. Кудояров, С.Б. Макаров Исследование железных мишеней, 12 облученных ионами углерода C4+ и азота N5+ // Радиохимия, 2004, Т. 46, № 2, с.

159161.

31. И.Е. Алексеев, В.В. Лазарев Влияние ядерной предыстории на скорость переноса 1примесных «горячих» атомов In, 114mIn в облученном металлическом кадмии // Радиохимия, 2004, Т. 46, № 2, с. 162165.

115m 32. И.Е. Алексеев Исследование переноса примесных атомов In, образовавшихся в результате радиационного захвата нейтронов, в металлическом кадмии // Радиохимия, 2004, Т. 46, № 2, с. 166167.

115m 33. И.Е. Алексеев Влияние флюенса нейтронов на скорость переноса атомов In, образовавшихся в результате трансмутации ядер, в облученном металлическом кадмии // Радиохимия, 2004, Т. 46, № 4, с. 368369.

34. И.Е. Алексеев, А.Е. Антропов, В.В. Лазарев Влияние ядерной предыстории на формы 119m,g стабилизации примесных «горячих» атомов Te в облученном ионами He металлическом олове // Радиохимия, 2005, Т. 47, № 2, с. 177.

35. И.Е. Алексеев, В.В. Дармограй, Н.С. Марченков Разработка диффузинно-термических 67 1технологий получения Cu и I для радионуклидной терапии и позитронной эмиссионной томографии // Радиохимия, 2005, Т. 47, № 5, с. 460466.

36. И.Е. Алексеев, В.В. Лазарев Циклотронная наработка и радиохимическое выделение медицинского терапевтического радионуклида 186Re // Радиохимия, 2006, Т. 48, № 5, с.

446449.

37. И.Е. Алексеев, В.В. Лазарев Влияние ядерной предыстории на скорость переноса примесных «горячих» атомов Ga в облученном заряженными частицами металлическом цинке // Радиохимия, 2006, Т. 48, № 5, с. 450453.

38. И.Е. Алексеев Примесные «горячие» атомы в облученных металлах с различной ядерной предысторией // Радиохимия, 2008, Т. 50, № 6, с. 481517.

39. И.Е. Алексеев, В.В. Лазарев Влияние фазовых структурных превращений на скорость переноса примесных атомов в 109Cd в металлическом серебре // Радиохимия, 2009, Т.

51, № 2, с. 145147.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.