Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2007

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Экологические аспекты использования ядерной энергии»

Все доклады секции


ЭПР-АНАЛИЗ МЕТАМИКТНЫХ МИНЕРАЛОВ

Богданов Р.В., Сухаржевский С.М., Винокуров А.А., Пидченко И.Н.

Санкт-Петербургский государственный университет

Уран- и торийсодержащие акцессорные минералы служат природными аналогами матриц для иммобилизации актиноидов и, в частности, для консервации обогащенного урана и оружейного плутония. Исследование оксред-состояния атомов в таких минералах и физико-химических процессов, протекающих в них в течение геологической истории, дает возможность прогнозировать поведение матричных материалов при их длительном хранении или окончательном захоронении в глубоких геологических формациях. Среди исследуемых структур наибольшее распространение получили титанаты, титано-тантало-ниобаты, фосфаты, силикаты, силикофосфаты металлов II, III и IV групп таблицы Менделеева. Большинство из указанных минералов под действием собственной радиоактивности приобретают метамиктную (рентгеноаморфную) структуру и исследуются преимущественно методами электронной микроскопии, различных вариантов рентгеновской спектроскопии и микрозондового анализа.

Используя метод химического сдвига жестких эмиссионных рентгеновских линий L-серии урана, авторы работы [1] ставят под сомнение пригодность пирохлоров как матриц для консервации плутония. В работе [2] было показано, что в бритолите и эшините в процессе метамиктного распада происходит захват электронных дырок на атомах церия, в результате чего трехвалентный церий переходит в четырехвалентное состояние. Этот факт дает основание предполагать существование в метамиктных минералах комплементарных дефектов – центров захвата электронов.

Для проверки этой гипотезы проведено исследование бритолита и виикита (силикофосфата и титано-тантало-ниобата кальция и редких земель) методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Исследования выполнялись при комнатной температуре на радиоспектрометрах РЭ-1308 (Q-Band) и на мобильном модернизированном миниспектрометре (X-Band). В результате проведенных исследований установлено, что в обоих минералах наблюдается сигнал низковалентного состояния атомов марганца Mn2+. Спектроскопические параметры данного центра позволили четко регистрировать присутствие двух фазовых и (соответственно) структурных состояний ионов марганца: 1) Mn-центров в высокой локальной симметрии ниже уровня рентгеновской аморфности (7-10 мкм); 2) Mn- центров в ЭПР-аморфной фазе.

Характерным для обоих изученных образцов явилось обнаружение сигналов, относящихся к электронно-дырочным центрам (ЭДЦ). Наличие этих центров может быть связано с присутствием в пробах микровключений кварца. Предварительный анализ спектроскопических параметров данных ЭДЦ (g-факторов и расщеплений) позволил сделать вывод, что в данном случае речь идет о (E’)1- и (О2)3–-центрах. Эти центры являются результатом радиационных воздействий, исходящих от акцессорных минералов, окружающих кварц. Вариации концентрации этих центров в различных измеренных пробах позволяют использовать метод ЭПР в качестве дозиметра полученной интегральной дозы и, следовательно, в качестве геохронометра возраста минералов.

Литература

1. Bogdanov R.V., Batrakov Yu.F., Puchkova E.V., Sergeev A.S., Burakov B.E.. Study of natural minerals of U-pyrochlore type structure as analogues of plutonium ceramic waste form. // Scientific Basis for Nuclear Waste Management, XXV. Ed. : McGrail B.P., Cragnolino G.A.. Boston USA, 2002, pp.295-301.

2. Bogdanov R.V., Zaytsev Y.M., Sergeev A.S.. The use of cerium valence state for evaluation of accessory minerals durability to radiation damage. // Scientific Basis for Nuclear Waste Management, XXV. Ed. : McGrail B.P., Cragnolino G.A.. USA, 2002, pp. 469-4763.

3. Богданов Р.В., Пидченко И.Н., Борикова Н.И., Сергеев А.С. Изучение редокс-состояния атомов в метамиктных минералах. // 3-я зимняя молодежная школа-конференция «Магнитный резонанс и его приложения» Санкт – Петербург, Россия. 4-8 декабря 2006. Материалы конференции. С. 73-77.