CC BY
56
Рахимов Р. Х., Рискиев Т. Т., Ермаков В. П., Латипов Р. Н.
ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ. ЯДЕРНАЯ ТЕХНИКА
1.12. ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ КЕРАМИКИ ДЛЯ СИНТЕЗА КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Рахимов Рустам Хакимович, доктор технических наук, зав. лабораторией №1. Институт Материаловедения Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: [email protected]
Рискиев Тухтапулат Турсунович, доктор физико-математических наук, академик АН РУЗ, заведующий лаборатории №3. Институт Материаловедения НПО «Физика-Солнце» АН РУз
Ермаков Владимир Петрович, старший научный сотрудник, лаборатория №1. Институт Материаловедения. Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: [email protected]
Латипов Рустам Наимжанович, инженер лаборатория №1. Институт Материаловедения. Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: [email protected]
Аннотация: В статье приводятся предварительные результаты по разработке материалов, обладающих высокой способностью к захвату нейтронов.
Ключевые слова: нейтрон, гадолиний, бор, комплексные соединения, импульсное излучение, функциональная керамика.
1.12. POSSIBILITY OF USE OF FUNCTIONAL CERAMICS FOR SYNTHESIS
OF COMPLEX CONNECTIONS
Rakhimov Rustam Khakimovich, doctor of technical Sciences, head of laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbekistan Academy of sciences. E-mail: [email protected]
Riskiev Tohtapulat Tursunovich\ doctor of sciences, academic, head of laboratory №3. Institute of materials science, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan
Yermakov Vladimir Petrovich, senior research associate, laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbeki-stan Academy of sciences. E-mail: [email protected]
Latipov Rustam Naimzhanovich, engineer laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbekistan Academy of sciences. E-mail: [email protected]
Abstract: Preliminary results on development of the materials possessing high ability to capture of neutrons are given in article.
Index terms: neutron, gadolinium, pine forest, complex connections, pulse radiation, functional ceramics.
В работе рассматриваются вопросы возможности увеличения координационного числа комплексообразующих ионов (гадолиний, кальций) под воздействием импульсов высокой плотности и крутым фронтом нарастания импульса, имеющих основную длину волны излучения в дальней ИК-области, генерируемых преобразователями спектра на основе функциональной керамики, синтезированной на Большой Солнечной Печи. Такая технология
позволяет создавать материалы, обладающие высокой способностью к захвату нейтронов.
Известно, что нейтрон не имеет заряда и методы его регистрации базируются в основном на использовании следующих двух процессов, происходящих при взаимодействии нейтронов с веществом: радиационного захвата с выделением одного или нескольких квантов и ре-
Computational nanotechnology
2-2016
ISSN 2313-223X
акции с вылетом вторичных заряженных частиц р, а и др.
Рассматривается вопрос возможности применения технологии с использованием функциональной керамики, обеспечивающей генерацию импульсов инфракрасного излучения с крутым фронтом нарастания. На основе этой технологии возможно синтезировать комплексные соединения с такими элементами, как гадолиний и бор, для эффективной защиты от тепловых нейтронов, как обладающих высокой способностью к захвату нейтронов.
Сечение захвата - это способность ядра захватывать замедленные (тепловые) нейтроны, служащие возбудителями и распространителями цепной ядерной реакции.
Сечение захвата гадолиния равно 49000 барн, а его изотоп гадолиний-157 обладает наивысшей способностью к захвату нейтронов. Его сечение захвата составляет 254000 барн.
п « ^
В атомной технике гадолиний нашел применение для обеспечения защиты от тепловых нейтронов, так как он обладает наивысшей способностью к захвату нейтронов из всех элементов.
п V ч/
В этой связи гадолиний очень интересен для управления ядерным реактором и для конструирования различных защитных от нейтронов устройств.
Другим элементом, обладающим высокой способностью к захвату нейтронов, является бор.
По величине сечения захвата тепловых нейтронов легкий изотоп бора занимает одно из первых мест среди всех элементов и изотопов, а тяжелый - одно из самых последних. Это значит, что материалы на основе обоих изотопов бора весьма интересны для реакто-ростроения, как, впрочем, и для других областей атомной техники. Интерес этот укрепляют отличные физико-механические свойства бора и многих его соединений: прочность, термостойкость, твердость. По твердости, например, кристаллический бор (Л1В12) занимает второе место среди всех элементов, уступая лишь углероду со структурой алмаза.
Способностью бора активно захватывать нейтроны пользуются и для защиты от нейтронного излучения. Широкое распространение получили счетчики нейтронов на основе бора.
В результате поглощения нейтрона бором происходит ядерная реакция с большим выделением энергии. Стабильный изотоп бор-10 поглощает нейтроны очень эффективно: сечение поглощения тепловых нейтронов 3837 барн, в то время как сечение поглощения нейтронов большинством элементов - порядка единиц барн.
В результате поглощения нейтрона бором-10 образуется возбужденные ядра бора-11, которые за 10-12 секунды распадается на ядра ли-тия-7 и альфа-частицу, разлетающиеся с большой энергией. В 6% случаев их суммарная энергия 2,8 МэВ, а в 94% - 2,3 МэВ, поскольку 0,48 МэВ выносится гамма-квантом. Эти заряженные частицы быстро тормозятся: ядро лития на длине 5 мкм, альфа частица на 7 мкм.
Как известно, с повышением температуры, комплексные соединения разрушаются, а координационное число с ростом температуры или под действием обычного инфракрасного излучения резко снижается. Исследования проведенные нами с использованием ИК-излучения, генерируемого функциональной керамикой, показали, что если максимальное координационное число было 4, то под таким воздействием количество лигандов увеличивается до 100 и более. Таким образом, высокий фронт нарастания импульса ИК активирует лиганды, создавая короткоживущие радикалы, которые вновь рекомбинируют, теперь уже плотно окружая ион металла. Механизм аномального роста изменения координационного числа иона металла под действием импульса с высоким фронтом нарастания энергии может быть обусловлен также и поляризацией молекул.
Что касается возможности применения этого явления в ядерной энергетике, создание многослойной структуры, состоящей из гадолиния 157, бора 10 и функциональной керамики, позволит преобразовывать энергию, выделяющуюся за счет поглощения нейтронов в ви-
Рахимов Р. Х., Рискиев Т. Т., Ермаков В. П., Латипов Р. Н.
димый или инфракрасный диапазон, что дает возможность использовать ее в различных преобразователях, например, в электрическую энергию.
Благодаря ИК-излучению с высоким фронтом нарастания импульса, можно получить систему из соединений гадолиния, окруженных 100 и более молекулами, содержащих бор 10. Это позволит эффективно поглощать нейтроны, а следующие слои, состоящие из функциональной керамики тщательно подобранного состава и структуры, преобразовать выделяемую энергию в инфракрасное излучение ближней или дальней области.
Главное в этих случаях обеспечивается преобразование ионизирующего (вредного для всего живого) излучения во вторичную безвредную энергию различного вида.
Полученный эффект может найти применение и в других областях. Например, ион лития имеет координационное число 8. Литий широко применяется в полупроводниковых приборах в качестве легирующего агента, в частности, кремний-литиевых детекторах. Решающее значение для высококачественных детекторов, особенно большой площади, имеет равномерность чувствительности по поверхности детектора. Это, в свою очередь, определяется и распределением по объему лития, бора и других легирующих элементов. Учитывая, что воздействие инфракрасного излучения с крутым фронтом нарастания импульса, стимулирует образование координационных соединений, а также обладает высокой проникающей способностью по глубине объекта, можно ожидать, что в случае его использования могут быть получены детекторы с высокими эксплуатационными характеристиками.
Кроме того, этот механизм может найти практическое применение при управляемых химических реакциях, синтезе комплексных соединений, производстве лекарств, для ускорения скорости полимеризации и поликонденсации с одновременным повышением прочности полимеров, энзимологии, медицине и т.д.
В дальнейшем планируется представить статьи по практической реализации вышеуказанных принципов на конкретных системах.
Список литературы:
1. Карапетьянц М. X., Дракин С.И., Строение вещества, 3 изд., М., 1978.
2. Шлольевский Э. В., Атомная физика, 7 изд., т. 12, М., 1984.
3. http://dic.academic.ru/
4.http://www.wordzone.ru/library/articles/58.xhtml
5. w:Image:Neutroncrosssectionboron.jpg
6.http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_ letter_a.html
