Введение к работе
Актуальность исследования
Широкое использование гелня в качестве эффективного теплоносителя энергетически установок, прогнозирование накопления и выхода гелия из конструкционных материалов ядерных реакторов, разработка методов получения и. долгосрочного хранения его изотопов делают необходимым детальное изучение взаимодействия атомов гелия с веществами, находящимися в различных агрегатных состояниях. Особый интерес представляет изучение взаимодействия атомов гелия с ионными кристаллами, ввиду зарегистрированного ранее сильного (химического) взаимодействия гелия с ионами.
Одним нз источников сведений о взаимодействии атомов гелия с частицами различной природы являются исследования явлений переноса гелия в кристаллах, позволяющие получать уникальные сведения о межчастичных взаимодействиях на малых расстояниях. При этом процессы переноса, будучи структурночувствительными, могут служить эффективными источниками информации о дефектности кристаллов.
Проведенные ранее работы в области высокотемпературной гелиевой дефектоскопии ионных кристаллов и выяснения природы сильносвязанных состояний ІЄЛИЯ в них выполнены на ограниченном числе кристаллов с низкой дефектностью, в которых образование одиночных вакансий связано с распадом простейших парных прнмесно-вакансионньк комплексов или с термическим разупорядочением решетки. Поэтому представляет интерес исследование процессов растворения и переноса гелия в высоко-дефектных ноняьгх кристаллах, где высокая концентрация вакансий обусловлена диссоциацией сложных примесно-вакансионньгх кластеров или разупорядочением одной нз подрешеток кристалла, когда количество термических вакансий н междоузельных ионов становится столь значительным, что приводит к ее "плавлению".
Самостоятельный интерес представляет получение дополнительных экспериментальных данных о химическом взаимодействии гелия с ионными кристаллами.
Объекты исследований, использованные в настоящей работе (фторнды кальция, стронция, свинца, бромид калия), широко используются в оптической технике н являются структурными аналогами некоторых разновидностей топлива ядерных реакторов. Этим обусловлена актуальность проведенных нсследованй как с точки зрения изучения иежчастнчных взаимодействий, так и отработки методики высокотемпературной гелиевой дефектоскопии кристаллов данного класса
Работа выполнена при поддержке РФФИ. Грант № 95-02-03649.
4 ,
Цель работы
Разработка метода гелиевой дефектоскопии высокодефектных кристаллов, получение данных о взаимодействии гелия с одао и двухзарядными нонами, экспериментальное подтверждение химического взаимодействия гелия с ионными кристаллами. Научная новизна
Впервые получены данные о поведении коэффициентов переноса гелия в области суперионного фазового перехода, показано, что коэффициент растворимости гелия і области суперионного перехода имеет аномалию, проходя через минимум, а коэффицн ент диффузии меняет значение энергии активации.
Экспериментально зарегистрированы термические осцилляции растворимости ге лия в катнонодефекшых кристаллах бромида калия. Показано, что осцилляции связаиь с распадом примесио-ваканснонных кластеров.
Зарегисірировано наличие многоступенчатых изотерм растворимости гелия в вы сокодефектиых кристаллах бромида калия, обусловленных образованием новых энерге тических состояний для растворения гелия при увеличении его концентрации в раство ре.
Получены аномально низкие значения энергии растворения гелия в кристалла) фторидов щелочноземельных металлов и катионодефектных кристаллах бромида калия указывающие на химический характер взаимодействия гелия с ионами кристаллическс? решетки. Практическая значимость работы
Разработана высокочувствительная методика исследования диффузии и растворимости гелия в кристаллах.
Получены значения энергия растворения гелия в анионо и катионодефектньо кристаллах, указывающие на химический характер взаимодействия атомов гелия с но нами кристаллической решетки, энергии взаимодействия гелия с двухзарядными катко нами кальция, стронция, свинца, анионами фтора.
Получены значення коэффициентов диффузии и растворимости гелня в дефект ных кристаллах фторидов кальция, стронция, свинца и бромида калия, установлень механизмы диффузии и растворимости гелия при супериоином переходе в кристалла) фторида свинца. Автор защищает
Экспериментальную методику исследования растворимости гелия в высокодефек тных ионных кристаллах.
Механизм поведения растворимости гелня а области фазового перехода кристаллов в супериовное состояние.
Механизм разупорядочения кристаллов бромида калия и связанный с ним осциллирующий характер поведения растворимости гелия.
Экспериментальные данные по аномально высоким значениям энергии связи
атомов гелня с нонами кристаллов, свидетельствующие о химическом характере взаи
модействия хелия с ионами.
Апробация работы .. ,
Основные материалы диссертации доложены на:
-1-ой научно-технической конференции физико-технического факультета. (Екатеринбург, 1994 г.)
-Всероссийской конференции "Химия твердого тела и новые материалы". [Екатеринбург,! 996 г.)
-Международной конференции "Безопасность, подготовка кадров и экологические проблемы ядерной энергетики". (Екатеринбург, 1997 г.)
Но материалам диссертации опубликовано 14 работ, список которых приводится і конце автореферата Структура и объ8м диссертации
Диссертация состоит пз введення, четырех глав, заключения и списка использованных ліпературньк источников. Объем работы - 142 страницы включая 34 рисунка [1 таблиц и список литературы, содержащий 78 источников.