Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу
За допомогою методу ядерної гамма-резонансної спектроскопії вивчено розподіл різновалентних катіонів заліза по октаедричних позиціях структури еденітів у процесі їх опромінення. Здійснено порівняння залежностей рівнів накопичення радіаційно окисненого заліза від хімічного складу еденітів та гастин...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України
2008
|
| Назва видання: | Мінералогічний журнал |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61230 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу / В.П. Іваницький, Г.М. Бондаренко, П.О. Вознюк // Мінералогічний журнал. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 5-12. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61230 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-612302014-04-28T03:01:38Z Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу Іваницький, В.П. Бондаренко, Г.М. Вознюк, П.О. Мінералогія За допомогою методу ядерної гамма-резонансної спектроскопії вивчено розподіл різновалентних катіонів заліза по октаедричних позиціях структури еденітів у процесі їх опромінення. Здійснено порівняння залежностей рівнів накопичення радіаційно окисненого заліза від хімічного складу еденітів та гастингситів. С помощью метода ядерной гамма-резонансной спектроскопии изучено распределение разновалентных катионов железа по октаэдрическим позициям структуры эденитов в процессе их облучения. Проведено сравнение зависимостей уровней накопления радиационно окисленного железа от химического состава эденитов и гастингситов. The distribution of iron cations on octahedral positions of edenite′s structure in the process of their irradiation are studied by the method of NGR-spectroscopy. Accumulation levels of radiation5oxidized iron have been compared depending on chemical composition of edenites and hastingsites. 2008 Article Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу / В.П. Іваницький, Г.М. Бондаренко, П.О. Вознюк // Мінералогічний журнал. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 5-12. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 0204-3548 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61230 549.643.25 uk Мінералогічний журнал Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Мінералогія Мінералогія |
| spellingShingle |
Мінералогія Мінералогія Іваницький, В.П. Бондаренко, Г.М. Вознюк, П.О. Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу Мінералогічний журнал |
| description |
За допомогою методу ядерної гамма-резонансної спектроскопії вивчено розподіл різновалентних катіонів заліза
по октаедричних позиціях структури еденітів у процесі їх опромінення. Здійснено порівняння залежностей
рівнів накопичення радіаційно окисненого заліза від хімічного складу еденітів та гастингситів. |
| format |
Article |
| author |
Іваницький, В.П. Бондаренко, Г.М. Вознюк, П.О. |
| author_facet |
Іваницький, В.П. Бондаренко, Г.М. Вознюк, П.О. |
| author_sort |
Іваницький, В.П. |
| title |
Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу |
| title_short |
Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу |
| title_full |
Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу |
| title_fullStr |
Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу |
| title_full_unstemmed |
Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу |
| title_sort |
залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу |
| publisher |
Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Мінералогія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61230 |
| citation_txt |
Залежність радіаційних пошкоджень кристалічної структури еденітів від їхнього хімічного складу / В.П. Іваницький, Г.М. Бондаренко, П.О. Вознюк // Мінералогічний журнал. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 5-12. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
| series |
Мінералогічний журнал |
| work_keys_str_mv |
AT ívanicʹkijvp zaležnístʹradíacíjnihpoškodženʹkristalíčnoístrukturiedenítívvídíhnʹogohímíčnogoskladu AT bondarenkogm zaležnístʹradíacíjnihpoškodženʹkristalíčnoístrukturiedenítívvídíhnʹogohímíčnogoskladu AT voznûkpo zaležnístʹradíacíjnihpoškodženʹkristalíčnoístrukturiedenítívvídíhnʹogohímíčnogoskladu |
| first_indexed |
2025-07-05T12:13:55Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:13:55Z |
| _version_ |
1836809071677669376 |
| fulltext |
ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2008. 30, № 4 5
УДК 549.643.25
В.П. Іваницький, Г.М. Бондаренко, П.О. Вознюк
ЗАЛЕЖНІСТЬ РАДІАЦІЙНИХ ПОШКОДЖЕНЬ КРИСТАЛІЧНОЇ
СТРУКТУРИ ЕДЕНІТІВ ВІД ЇХНЬОГО ХІМІЧНОГО СКЛАДУ
За допомогою методу ядерної гамма5резонансної спектроскопії вивчено розподіл різновалентних катіонів заліза
по октаедричних позиціях структури еденітів у процесі їх опромінення. Здійснено порівняння залежностей
рівнів накопичення радіаційно окисненого заліза від хімічного складу еденітів та гастингситів.
МІНЕРАЛОГІЧНИЙ ЖУРНАЛ
MINERALOGICAL JOURNAL
(UKRAINE)
МІНЕРАЛОГІЯ
Вступ. Одним із перспективних технологічних
напрямів ізоляції радіоактивних відходів
(РАВ) від біосфери є захоронення їх у стабіль5
них геологічних формаціях. Гарантії безпеки
могильника та надійної довготривалої ізоляції
радіонуклідів пов’язані з вибором геологічно5
го середовища захоронення. Ресурс експлуата5
ції сховищ РАВ визначається радіаційною
стійкістю елементів їх конструкцій, гірських
порід і мінералів, що їх складають. Перспек5
тивним для захоронення РАВ кристалічним ма5
сивом в Україні є Коростенський плутон. Ана5
ліз петрохімічних, мінералогічних та геоло5
гічних властивостей масиву, вивчення об’ємів
поширення і морфології тріщинно5жильного
комплексу вмісних порід поставив низку за5
питань щодо радіаційної стійкості окремих мі5
неральних складових кристалічного масиву
[1]. Значне поширення в складі порід плутону
та його тріщинно5жильного комплексу отри5
мали амфіболи [1, 18], а загальний вміст їх в
об’ємі магматичних, метаморфічних і метасо5
матичних порід земної кори складає 7 % [10].
Ці факти привертають до них увагу як до акту5
альних об’єктів дослідження впливу радіації на
їх структуру, фізико5хімічні властивості та ра5
діаційну стійкість [3—9].
Сприйнятливість структурного заліза амфі5
болів до окиснення під впливом опромінення
і стійкість радіаційно5хімічно окисненого за5
ліза в часі за умов середовища, що його оточує,
дозволяє використовувати його як індикатор
впливу радіаційних полів, а кінетичні пара5
метри процесів його окиснення — як критерії
радіаційної стійкості мінералів [3, 4, 6, 7]. Ра5
діаційнопротекторні властивості мінералів за5
лежать від умов опромінення та кристалохі5
мічних особливостей їх структури. Достовірне
визначення ролі останніх у протіканні про5
цесів радіаційно5хімічного окиснення заліза в
амфіболах пов’язане з розширенням видів
досліджуваних амфіболів та накопиченням
статистичних даних про них.
Мета, об’єкти та методи досліджень. Мета
роботи — вивчення впливу рівнів концентра5
ції структуротвірних катіонів різних позицій
на процеси радіаційно5хімічного окиснення
заліза в кальцієвих амфіболах еденітового
складу, порівняно з амфіболами гастингсито5
вого складу (для останніх використані літера5
турні дані [6]).
Вивчені еденіти, що представлені криста5
лохімічними формулами:
1. (Na0,94K0,10)1,04(Ca1,64Na0,36)2,00 (Mg3,72 ×
× Fe2+
0,55 Fe3+
0,49Al0,19Ti0,03Mn0,02)5,00 (Si6,72 ×
×Аl1,28)8,00 (O21,14OH0,86)22,00 (OH1,93F0,07)2,00 ;
2. (Na0,16K0,53)0,69 (Ca1,34Na0,66)2,00 ×
× (Mg3,18 Fe2+
0,97 Fe3+
0,66 Al0,12Ti0,04Mn0,03)5,00×
© В.П. Іваницький, Г.М. Бондаренко,
П.О. Вознюк, 2008
В.П. ІВАНИЦЬКИЙ, Г.М. БОНДАРЕНКО, П.О. ВОЗНЮК
6 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2008. 30, No 4
× (Si6,65Аl1,35)8,00 (O21,54OH0,46)22,00×
× (OH1,81F0,16Cl0,03)2,00;
3. (Na0,29K0,25)0,54 (Ca1,53Na0,47)2,00 ×
× (Mg2,08Fe2+
1,95Fe3+
0,62 Al0,25Ti0,04Mn0,06)5,00 ×
× (Si6,55Аl1,45)8,00 (O21,57OH0,43)22,00 ×
× (OH1,78F0,17Cl0,05)2,00 .
Зразки 1—3 виділено з амфіболіту (св. 738,
гл. 169 м), із сієніту в полі карбонатиту (св. 743,
гл. 270 м) та із польовошпат5кальцієвої жили
в карбонатиті (св. 784, гл. 252 м) відповідно
(Приазов’я). Зразки із колекції відділу ре5
гіональної і генетичної мінералогії ІГМР
ім. М.П. Семененка НАН України.
Дози гамма5опромінення (D) склали 1,2 ·108,
2,8 · 108, 4,7 · 108, 5,7 · 108 і 6,4 · 108 Гр за потуж5
ності дози (Р) 23 Гр/с.
Для визначення валентного стану заліза та
його концентрації в нееквівалентних струк5
турних позиціях використано метод ядерного
гамма5резонансу (ЯГР). Комп’ютерну оброб5
ку спектрів виконано з використанням про5
грами, що реалізує метод найменших квадра5
тів. Моделювання спектрів, їх ідентифікацію
проведено на основі раніше використаних на5
ми підходів [3, 5, 6] та рентгеноструктур5
них даних [13].
Експериментальні результати та їх обговорен�
ня. ЯГР�спектроскопія еденітів. Закономір5
ності зміни ЯГР5спектрів еденітів під впливом
опромінення загальні для всіх зразків і можуть
бути продемонстровані на прикладі спектрів
одного зразка, опроміненого деякими фіксо5
ваними дозами (рис. 1). Під час моделювання
спектрів виходили із результатів обробки про5
філей спектрів за допомогою програми зву5
ження ліній [15] та досвіду вивчення кальціє5
вих амфіболів за допомогою методу ЯГР [3, 5,
6, 20]. Спектр вихідного зразка апроксимова5
но чотирма дублетами квадрупольного розще5
плення з попарно рівними значеннями інтен5
сивності і напівширини ліній поглинання.
Дублети 1—3 (рис. 1, а) пов’язані нами з резо5
нансним поглинанням гамма5квантів ядрами
катіонів закисного заліза в нееквівалентних
октаедричних позиціях М1, М2, М3 структу5
ри — Fe2+(М1), Fe2+(М3), Fe2+(М2), а ушире5
ний дублет 4 — з сумарним поглинанням окис5
ного заліза в усіх цих позиціях Fe3+
1 (М1—3).
Опромінення еденіту супроводжується змен5
шенням значень інтенсивності дублетів пог5
линання Fe2+, яке найбільш відчутне для дуб5
летів Fe2+(М1) і Fe2+(М3), а також появою но5
вого найбільш уширеного дублета 5 — (Fe3+
2
(М1—3)), інтенсивність якого зростає зі збіль5
шенням дози опромінення (рис. 1, б—г). Дуб5
лет Fe3+
1 (М1—3) ідентифікований нами як ре5
зультат резонансного поглинання генетично
заселених в структуру в процесах кристалізації
та еволюції мінералу іонів Fe3+, а Fe3+
2 (М1—3) —
окиснених в процесі опромінення іонів. Для
останнього дублета зафіксовані незвично ве5
ликі значення квадрупольного розщеплення
(∆), що відзначалось і для кальцієвих амфібо5
Рис. 1. Спектри ЯГР еденіту (зр. 2) в процесі опромі5
нення. Доза опромінення, n ·108 Гр: а — 0; б — 1,2; в —
4,7; г — 6,4. Дублети: 1 — Fe2+(М1); 2 — Fe2+(М3); 3 —
Fe2+(М2); 4 — Fe3+
1 (М1—3); 5 — Fe3+
2 (М1—3)
ЗАЛЕЖНІСТЬ РАДІАЦІЙНИХ ПОШКОДЖЕНЬ СТРУКТУРИ ЕДЕНІТІВ
лів інших різновидів [3, 5]. Ефект зростання
значень ∆ для дублета Fe3+
2 (М1–3) пов’язаний
з геометричними викривленнями коорди5
наційних поліедрів резонансних іонів за раху5
нок впливу наведених радіаційних дефектів та
порушення енергетичних зв’язків у кристалах
[3]; трактується як типоморфна ознака радіа5
ційно окисненого заліза. Значно відчутніше
під час опромінення еденітів зменшення ін5
тенсивності дублетів Fe2+(М1) і Fe2+(М3),
порівняно з Fe2+(М2), пояснюється переваж5
ним окисненням заліза в позиціях М1 і М3.
Висока сприйнятливість Fe2+ в позиціях М1 і
М3 пов’язана зі специфічним складом їх коор5
динаційних поліедрів, які формуються чотир5
ма аніонами О2– і двома ОН–. Останні беруть
участь у окисненні катіонів Fe2+, забезпечую5
чи локальну компенсацію заряду через радіа5
ційне розщеплення ОН5зв’язків і видалення
протона із аніонного каркаса [3, 13].
Під час визначення концентрації заліза в
різних позиціях ми виходили з припущення
рівності коефіцієнтів резонансного поглинан5
ня для різновалентних іонів в усіх нееквівален5
тних позиціях. У цьому випадку відносні зна5
чення площі компонентів сумарного спектра
відповідають значенням концентрації заліза
(n) в октаедричних позиціях, пов’язаних з ци5
ми компонентами. Виходячи із неточності
вимірювання параметрів дублетів Fe3+
1 (М1–3)
і Fe3+
2 (М1–3), викликаною їх перекриванням,
коректно вміст радіаційно окисненого заліза
визначати як різницю між сумою внесків, виз5
наченою по цих дублетах в опроміненому
зразку і Fe3+
1 (М1–3) — у вихідному. Розподіл
різновалентних катіонів заліза по позиціях
структури наведений в табл. 1. Зміну розподілу
заліза по октаедричних позиціях зі збільшен5
ням дози опромінення показано на рис. 2.
Як видно з наведених даних, для розподілу
катіонів закисного заліза на одну позицію пер5
ших двох вихідних еденітів властива схема
Fe2+(М3) > Fe2+(М1) > Fe2+(М2), а третьо5
го — Fe2+(М1) ≥ Fe2+(М3) ≥ Fe2+(М2). Каті5
онний розподіл зумовлюється внутрішньо5
кристалічними чинниками та умовами крис5
талізації [12]. Реалізація схем розподілу Fe2+ в
Са5 і Са5Na5амфіболах може бути також пояс5
нена їх складом чи впливом накладених про5
цесів [11, 14, 19]. Так, наявність першої схеми
може бути результатом трансформації другої із
них під дією посткристалізаційних процесів,
ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2008. 30, № 4 7
Номер
зразка
Іон
(позиція)
D ·108, Гр
0 1,2 2,8 4,7 5,7 6,4
n, % (ат. од.)
1
2
3
Fe2+(М1)
Fe2+(М3)
Fe2+(М2)
Fe3+
1 (М1–3)
Fe3+
2 (М1–3)
Fe3+/Fe2+
Fe2+(М1)
Fe2+(М3)
Fe2+(М2)
Fe3+
1 (М1–3)
Fe3+
2 (М1–3)
Fe3+/Fe2+
Fe2+(М1)
Fe2+(М3)
Fe2+(М2)
Fe3+
1 (М1–3)
Fe3+
2 (М1–3)
Fe3+/Fe2+
20,4 (0,21)
19,2 (0,20)
12,5 (0,13)
47,9 (0,50)
0
0,917
26,3 (0,43)
18,7 (0,31)
9,5 (0,15)
45,5 (0,74)
0
0,835
43,5 (1,12)
20,0 (0,51)
9,3 (0,24)
27,2 (0,70)
0
0,374
16,6 (0,17)
8,1 (0,09)
6,5 (0,07)
49,2 (0,51)
19,6 (0,20)
2,205
20,8 (0,34)
12,3 (0,20)
7,1 (0,12)
47,1 (0,76)
12,7 (0,21)
1,488
33,3 (0,85)
17,0 (0,44)
10,0 (0,26)
20,7 (0,53)
19,0 (0,49)
0,658
10,0 (0,11)
8,8 (0,09)
9,2 (0,10)
49,4 (0,51)
22,6 (0,23)
2,570
18,0 (0,29)
8,1 (0,13)
8,0 (0,13)
44,2 (0,72)
21,7 (0,36)
1,933
28,4 (0,73)
17,0 (0,44)
10,0 (0,26)
22,6 (0,58)
22,0 (0,56)
0,805
11,0 (0,11)
6,4 (0,07)
7,7 (0,08)
51,3 (0,53)
23,6(0,25)
2,984
12,4 (0,20)
8,9 (0,15)
8,3 (0,14)
43,2 (0,70)
27,2 (0,44)
2,378
26,8 (0,69)
16,0 (0,41)
10,0 (0,26)
20,2 (0,52)
27,0 (0,69)
0,894
9,3 (0,10)
8,1 (0,08)
7,7 (0,08)
50,3 (0,52)
24,6 (0,26)
2,984
11,6 (0,19)
8,9 (0,15)
8,8 (0,14)
43,3 (0,71)
27,4 (0,44)
2,413
27,0 (0,69)
15,0 (0,38)
10,0 (0,26)
19,0 (0,49)
29,0 (0,75)
0,923
10,6 (0,11)
7,7 (0,08)
7,6 (0,08)
54,4 (0,57)
19,6 (0,20)
2,8762
10,1 (0,16)
10,4 (0,17)
8,8 (0,14)
43,9 (0,72)
26,8 (0,44)
2,413
26,3 (0,68)
16,0 (0,41)
10,0 (0,26)
16,0 (0,41)
31,7 (0,81)
0,912
П р и м і т к а. Похибка визначення сумарних концентрацій Fe3+ і Fe2+ — ±5 %.
Таблиця 1. Результати визначення концентрації катіонів Fe2+ і Fe3+ в октаедричних позиціях структури еденітів
В.П. ІВАНИЦЬКИЙ, Г.М. БОНДАРЕНКО, П.О. ВОЗНЮК
8 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2008. 30, No 4
Рис. 2. Залежність розподілу катіонів Fe2+ і Fe3+ в октаедричних позиціях еденітів: а — в — зр. 1—3 відповідно.
Дублети: 1 — Fe2+(М1); 2 — Fe2+(М3); 3 — Fe2+(М2); 4 — Fe3+(М1—3)
що супроводжуються окисненням заліза та
проявом переважної сприйнятливості до
окиснення Fe2+ в позиціях М1, порівняно з
М3 [14]. Переважна сприйнятливість Fe2+(М1)
до термічного і радіаційного впливу експери5
ментально показана [3, 14]. Про наявність
Fe3+ не тільки в М25, але і в М15 та М35по5
зиціях вихідних еденітів свідчать збільшені,
порівняно з дублетами Fe2+, значення напів5
ширини ліній дублетів Fe1
3+(М1—3). Значення
концентрації радіаційно окисненого заліза в
кожному із зразків 1—3 після їх опромінен5
ня максимальною дозою становили 26,3 %
(0,27 ат. од.), 25,2 % (0,41 ат. од.) і 20,5 %
(0,52 ат. од.) відповідно.
Для підвищення достовірності висновків
щодо закономірностей протікання процесів ра5
діаційно5хімічного окиснення заліза в амфібо5
лах ми провели порівняльний аналіз резуль5
татів даної роботи для еденітів з аналогічними
результатами, опублікованими для гастингси5
тів [6]. Гастингситові та еденітові різновиди
кальцієвих амфіболів за однакових варіацій хі5
мічного складу октаедричних позицій відріз5
няються вмістом кремнію в тетраедричних по5
зиціях. Для перших вміст SiIV складає 5,5÷
÷6,5 ат. од., для других — понад 6,5 [16]. Зга5
дані аналогії в складі октаедричних підґраток,
до яких прив’язані процеси окиснення заліза,
дозволяють розглядати процедуру співстав5
лення залежностей параметрів радіаційної
стійкості від катіонного складу для цих різно5
видів амфіболів як коректну в науковому і по5
шуковому плані.
Зміна концентрації Fe3+ в процесі опромі5
нення еденітів і гастингситів, виходячи із екс5
периментальних даних (рис. 3), задовільно
описується експоненціальним рівнянням
n(Fe3+) = a + b · exp (–D/c), (1)
значення сталих якого для кожного зі зразків
наведені в табл. 2. Видно, що значення коефі5
цієнта a в межах похибок визначення відпо5
відають сумарній концентрації Fe3+ в зразках,
опромінених максимальною дозою, а коефіці5
єнта b — концентрації радіаційно окисненого
заліза в них же. Значення останніх збільшу5
ються в рядах еденітів і гастингситів зі зрос5
танням вмісту сумарного заліза в зразках. По5
ля зміни концентрацій Fe3+ в процесі опромі5
нення амфіболів обох видів перекриваються.
Це може бути пояснено близькістю варіацій
хімічного складу їх катіон5кисневих стрічок
октаедрів, до яких прив’язані радіаційні зміни.
Максимальне зростання швидкості радіацій5
ного окиснення заліза, яка визначається тан5
генсом кута нахилу кривих до осі D, спос5
терігається за дози до 2,8 ·108 Гр. За більших
доз опромінення криві зміни n (Fe3+) повільно
виходять на "насичення", що пояснюється
вирівнюванням значень швидкості наведення
радіаційних дефектів (окиснення Fe2+) і їх ре5
комбінації (відновлення Fe3+).
Залежність накопичення радіаційно�хімічно
окисненого заліза від катіонного складу. Наяв5
ність тенденції до зменшення накопичення
радіаційно5хімічно окисненого заліза зі збіль5
шенням значень співвідношень Mg/(Mg +
+ Fe2+) і Fe3+/ Fe2+, а також його збільшення
зі зростанням вмісту Fe2+ та сумарного заліза в
октаедричних М1—35позиціях структур вихід5
них гастингситів експериментально показано
в [6]. Доказ справедливості цих тенденцій для
еденітів, а також вияв впливу катіонів тетраед5
ричних, М45 і А5позицій на процеси накопи5
чення радіаційно окисненого заліза може бути
отриманий зі співставлення згаданих залеж5
ностей для амфіболів обох видів. Вплив струк5
туротвірних катіонів октаедричних М1—35 і
А5позицій на рівень накопичення радіаційно
окисненого заліза продемонстровано на рис. 4.
Набір експериментальних даних для залежнос5
тей концентрацій радіаційно окисненого за5
ліза — n(Fe3+
р.о.) від співвідношень Fe3+/Fe2+ і
Mg/(Mg + Fe2+) (рис. 4, а, г) може бути описа5
ний кривими, які демонструють спільність
тенденції зменшення накопичення радіаційно
окисненого заліза зі збільшенням ступеня
характеристики, зокрема, зменшує сприйнят5
ливість Fe2+ до окиснення під впливом оп5
ромінення. Підвищення радіаційної стійкості
амфіболів зі збільшенням вмісту в них Na мо5
же бути пов’язано з частковою його участю в
формуванні в складі материнської структури
піроксенових (егіринових) ланцюжків, які
орієнтовані впродовж амфіболових стрічок
[2]. Наш досвід вивчення впливу гамма5вип5
ромінювання на структуру егірину (неопуб5
ліковані дані) показує їх високу радіаційну
стійкість, яка проявляється в інертності іо5
нів Fe2+ в їх структурі до окиснення за умо5
ви аналогічних радіаційних навантажень.
Можливим внеском саме егіринової складо5
вої ми частково пояснили аномально високі
радіопротекторні властивості магнезіоарфвед5
соніту, який містив надлишкову кількість луж5
них катіонів [7]. Навпаки, збільшення вмісту
калію в А5позиціях структури еденітів і гас5
ЗАЛЕЖНІСТЬ РАДІАЦІЙНИХ ПОШКОДЖЕНЬ СТРУКТУРИ ЕДЕНІТІВ
ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2008. 30, № 4 9
окиснення заліза в структурі неопромінених
зразків і вмісту в них магнію. Наявність цієї
тенденції можна пояснити, з одного боку, іс5
нуванням деякої межі максимального окис5
нення заліза внаслідок опромінення, індиві5
дуальної для кожного амфіболу (рис. 3) і за5
лежної, в свою чергу, від вмісту загального
заліза. З другого боку, зростання концентрації
окиснених іонів Fe3+ та реакційно5нейтраль5
них іонів Mg2+ збільшує ймовірність віднов5
лення радіаційно окисненого заліза.
Аналогічна поведінка властива і для залеж5
ності n(Fe3+
р.о.) ∼ f [n(Na)] (рис. 4, є). Тенден5
ція до спаду функції спостерігається, якщо в
якості аргументу визначати концентрації Na
як в А5 і М45позиціях окремо, так і разом. Із
цього випливає: збільшення вмісту натрію в
складі амфіболів посилює їх радіопротекторні
Таблиця 2. Деякі характеристики стану заліза та значення постійних функції (1) залежності концентрації Fe3+
від дози опромінення в еденітах (зр. 1—3) та гастингситах (зр. 4—7)
Номер
зразка
∑ (Fe) Fe3+
исх Fe3+
обл
Значення постійних функції n(Fe3+) = a + b · exp (–D/c)
a b
c ·108, Гр
ат. од.
1
2
3
4
5
6
7
1,04
1,63
2,57
1,43
1,73
2,43
3,97
0,50
0,74
0,70
0,66
0,65
0,84
0,54
0,77
1,16
1,22
1,08
1,08
1,32
1,07
0,772
1,163
1,231
1,074
1,084
1,323
1,069
–0,271
–0,421
–0,528
–0,414
–0,433
–0,483
–0,529
0,880
1,613
1,397
0,811
1,321
1,041
1,243
Рис. 3. Залежність сумарних значень концентрації
катіонів Fe3+ в октаедричних позиціях еденітів (1—3) і
гастингситів (4—7) від дози опромінення. Тут і далі
використані дані по гастингситах із [6]. Точки — екс5
периментальні значення, суцільні лінії — криві, роз5
раховані за рівнянням (1)
В.П. ІВАНИЦЬКИЙ, Г.М. БОНДАРЕНКО, П.О. ВОЗНЮК
10 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2008. 30, No 4
тингситів супроводжується активацією проце5
сів радіаційно5хімічного окиснення Fe2+ і
зростанням накопичення Fe3+
р.о. (рис. 4, д). Ак5
тивуючу роль K на накопичення Fe3+
р.о. можна
пов’язати з його участю в радіаційних пере5
твореннях Fe5 і ОН5вмісних алюмосилікатів.
Зміна зарядового стану заліза відповідно до
однієї з гіпотетичних точок зору на механізм
радіаційного окиснення заліза в Fe5 і ОН5
вмісних шаруватих і стрічкових силікатах суп5
роводжується розщепленням структурних
ОН5зв’язків і має вигляд [14]:
Fe2+ + ОН
– → Fe3+ + О
–
+ Н
–
. (2)
Ймовірно, водень у вигляді іонів Н
–
дифун5
дує із аніонного оточення катіона5реагента в
А5 і М45позиції, де в поєднанні з іонами K+ і
Na+ утворюють комплекси гідридних молекул
калію і натрію:
(K, Na)+ + Н
– → [(K, Na)Н]k . (3)
В стрічкових силікатах, де міграція продук5
тів розкладу по стрічках обмежена, комплекси
[(K, Na)Н]k під час їх термічної дисоціації гра5
ють роль відновлювачів заліза та структурних
ОН5груп:
Fe3+ + О
–
+ [(K, Na)Н]k → Fe2+ +
+ (K, Na)+ + ОН
–
. (4)
Термічне відновлення радіаційно окиснено5
го заліза і зруйнованих гідроксильних груп —
типоморфна ознака амфіболів, що зазнали
впливу радіаційних полів [14]. Аналогічна
гіпотеза відновлення тетраедричних катіонів
Fe3+ гідридними молекулами лужних іонів бу5
ла запропонована для пояснення явища тер5
мознебарвлення геліодорів [17].
Виходячи зі значень концентрації радіа5
ційно окисненого заліза в трьох еденітах та чо5
тирьох гастингситах (0,27, 0,42, 0,52, 0,42, 0,43,
0,48 і 0,53 ат. од. відповідно) та концентрації
калію в них (0,10, 0,53, 0,25, 0,12, 0,19, 0,21 і
0,28 ат. од.), кількості іонів K+ недостатньо для
забезпечення окисно5відновних реакцій. Ві5
рогідно, цей брак K+ компенсується залучен5
ням до зазначених реакцій іонів Na+. Пере5
важна кількість натрію в А5 та М45позиціях
структури досліджуваних мінералів, порівня5
но з калієм (1,30, 0,82, 0,76, 1,08, 0,56, 0,59 і
0,55 ат. од. відповідно) та його радіопротек5
торні властивості нівелюють його роль як
учасника окисно5відновних процесів.
Тенденція до збільшення накопичення окис5
ного заліза під впливом опромінення прояв5
ляється також зі збільшенням вмісту закисно5
го і сумарного заліза в октаедричних позиціях
вихідних амфіболів обох видів (рис. 4, б, в). З
подібності обох залежностей випливає, що го5
ловна роль в накопиченні Fe3+
р.о. належить за5
кисному залізу — елементу реагенту.
Аналіз залежностей накопичення Fe3+
р.о. від
вмісту катіонів кремнію в тетраедрах, кальцію
Рис. 4. Залежність вмісту радіаційно окисненого заліза в структурах еденітів (1) і гастингситів (2) від ступеня
окиснення заліза (а), вмісту закисного (б) і сумарного заліза (в), співвідношення Mg/(Mg + Fe2+) (г), вмісту
катіонів K (д) і Na (є)
ЗАЛЕЖНІСТЬ РАДІАЦІЙНИХ ПОШКОДЖЕНЬ СТРУКТУРИ ЕДЕНІТІВ
ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2008. 30, № 4 11
1. Белевцев Р.Я., Спивак С.Д. Трещинно5жильный комплекс в гранитах Коростенского плутона и его значение для
захоронения радиоактивных отходов // Зб. наук. праць Ін5ту геохімії навколиш. середовища. — 2001. —
Вип. 3/4. — С. 50–66.
2. Гончаров Ю.Н., Дриц В.А., Александров В.А. О новом структурном типе цепочечных силикатов, полученном в
системе NaF—MgF2—MgO—SiO2 // ХI Всесоюз. совещ. по экспериментальной и технической минералогии и
петрографии: Тез. докл. — Иркутск, 1973. — С. 217–218.
3. Иваницкий В.П., Вознюк П.О., Литовченко А.С., Бондаренко Г.Н. Исследование процессов радиационного окис5
ления железа в амфиболах и кинетики их протекания (по данным метода ЯГР) // Минерал. журн. — 2001. —
23, № 1. — С. 42–54.
4. Иваницкий В.П., Калиниченко А.М., Легкова Г.В. и др. Зависимость радиационной и термической устойчивости
некоторых Fe5 и OH5содержащих слоистых и ленточных алюмосиликатов от распределения октаэдрических
катионов в их структурах // Зб. наук. праць Ін5ту геохімії навколиш. середовища. — 2004. — Вип. 10. —
С. 43–52.
5. Иваницкий В.П., Калиниченко А.М., Матяш И.В. и др. Изучение процессов термического и радиационного
окисления и дегидроксилации роговой обманки спектроскопическими методами // Геохимия. — 1977. —
№ 7. — С. 1073–1084.
6. Іваницький В.П., Литовченко А.С., Бондаренко Г.М. та ін. Кінетика радіаційно5хімічного окиснення заліза у
структурах гастингситів // Мінерал. журн. — 2007. — 29, № 1. — С. 58–66.
7. Иваницкий В.П., Литовченко А.С., Бондаренко Г.Н., Польшин Э.В. Магнезиоарфведсонит — радиационно устой5
чивая разновидность натриевого амфибола // Там же. — № 3. — С. 39—46.
в М45поліедрі, аніонів ОН– в октаедричних
М15 та М35позиціях досліджених амфіболів не
виявив якихось закономірностей в їх повод5
женні. Цей факт, а також спостережений роз5
кид точок на координатних площинах вказу5
ють на складний характер взаємного впливу
множини структуротвірних елементів на про5
цеси накопичення радіаційно5хімічно окис5
неного заліза. Значний вплив на відхилення
експериментальних точок від описуваних за5
лежностей може справляти упорядкованість у
розподілі октаедричних пара5 і діамагнітних
катіонів, що проявляється в формуванні об5
ластей переважного їх розташування у струк5
турі — кластеризації [4, 7].
Висновки. Вивчено розподіл різновалентних
катіонів заліза по нееквівалентних октаед5
ричних позиціях структур еденітів у процесі
їх опромінення. Зміну концентрацій Fe3+ в
еденітах і гастингситах залежно від дози їх оп5
ромінення описано експоненціальним рів5
нянням типу (1). Значенням постійних ко5
ефіцієнтів a і b в рівнянні відповідають суми
концентрацій Fe3+ в зразках, опромінених
максимальною дозою, і концентрації радіа5
ційно окисненого заліза в них. Проведено
порівняння рівнів накопичення радіаційно
окисненого заліза в структурі еденітів і гастин5
гситів залежно від їх хімічного складу.
Виявлена тенденція зменшення накопи5
чення радіаційно5хімічно окисненого заліза зі
збільшенням ступеня окиснення заліза і маг5
незіальності складу вихідних зразків еденітів
та гастингситів. Наявність тенденції пов’язана
зі збільшенням ймовірності відновлення ра5
діаційно окисненого заліза за умови зростання
в оточенні реакційно активних іонів Fe2+ кон5
центрації окиснених (Fe3+) і реакційно нейт5
ральних (Mg) іонів.
Аналогічна тенденція відзначена за умов
збільшення концентрації Na як в А5 і М45по5
зиціях нарізно, так і сумарно взятих. Підви5
щення радіаційної стійкості амфіболів зі
збільшенням в них вмісту Na припустимо по5
яснити частковою його участю в формуванні
піроксенових (егіринових) ланцюжків, які
орієнтовані вздовж амфіболових стрічок і на5
ділені високими радіопротекторними власти5
востями. Збільшення вмісту K в А5позиції,
навпаки, активізує накопичення Fe3+
р.о. в струк5
турах еденітів і гастингситів за їх опромінення.
Останній ефект, виходячи із гіпотетичного
механізму окиснення заліза, пов’язаний з рол5
лю кожного із лужних катіонів у процесах
окиснення.
Зафіксовано зростання вмісту Fe3+
р.о. зі збіль5
шенням вмісту закисного і сумарного заліза у
вихідних амфіболах обох видів. Розкид точок
на всіх розглянутих діаграмах вказує на взає5
мозв’язок впливів структуротвірних елементів
і розподілу їх по структурах на процеси нако5
пичення радіаційно5хімічно окисненого заліза.
Результати корисні для прогнозування ра5
діаційних змін структури амфіболів у часі і для
дозиметрії радіаційного впливу на вмісні по5
роди, а також для відновлення історії форму5
вання рудних полів, розширення пошукових
критеріїв.
В.П. ІВАНИЦЬКИЙ, Г.М. БОНДАРЕНКО, П.О. ВОЗНЮК
12 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2008. 30, No 4
8. Кривоконева Г.К., Сидоренко Г.А. Влияние радиационного облучения на некоторые породообразующие и руд5
ные минералы // Тез. докл. Всесоюз. совещ. "Радиоактивные элементы в горных породах". — Новосибирск,
1972. — Ч. 2. — С. 153–154.
9. Кривоконева Г.К., Скляднева В.М., Битулева Н.Д. Структурные изменения керамических материалов под
действием нейтронной бомбардировки в условиях высоких температур // Исследование строения и фазово5
го состава минеральных объектов комплексом физических методов для решения технологических задач. —
М.: ВИМС, 1981. — С. 68–84.
10. Лазаренко Е.К. Значение минералогических исследований в решении общегеологических проблем // Мине5
рал. сб. Львов. геол. о5ва. — 1972. — № 2. — С. 123–140.
11. Лапидес И.Л., Валетов Т.А. Упорядоченность катионов в амфиболах. — М.: Наука, 1986. — 124 с.
12. Литвин А.Л. Кристаллохимия и структурный типоморфизм амфиболов. — Киев: Наук. думка, 1977. — 236 с.
13. Литвин А.Л., Иваницкий В.П., Остапенко С.С. Влияние радиационного и термического воздействия на струк5
туру железосодержащего Са5амфибола // Минерал. журн. — 1994. — 16, № 1. — С. 75–84.
14. Матяш И.В., Калиниченко А.М., Литовченко А.С. и др. Радиоспектроскопия слюд и амфиболов. — Киев: Наук.
думка, 1980. — 188 с.
15. Новиков Г.В. Метод анализа низкоразрешенных спектров. — М., 1987. — Деп. в ВИНИТИ, № 41125Б87.
16. Номенклатура амфиболов: докл. подкомитета по амфиболам комиссии по новым минералам и названиям ми5
нералов международной минералогической ассоциации (КНМНМ ММА) // Зап. Всесоюз. минерал. об5ва. —
1997. — № 6. — С. 82–102.
17. Таран М.Н., Платонов А.Н., Калиниченко А.М., Поваренных А.С. Исследование природы окраски гелиодоров из
Забайкалья // Докл. АН УССР. Сер. Б.— 1978. — № 5. — С. 415–419.
18. Щербаков И.Б. Петрология Украинского щита / Под ред. Д.С. Гурского. — Львов: ЗУКЦ, 2005. — 366 с.
19. Яковлев Б.Г., Литвин А Л. О распределении катионов Fe2+ и Mg между структурными позициями кальциевых
амфиболов из метаморфических пород // IX Всесоюз. совещ. по рентгенографии минерального сырья: Тез.
докл. — Казань, 1983. — С. 214–216.
20. Bancroft G.M., Brown J.R.A. Mо
..
ssbauer study of coexisting hornblendes and biotites: quantitative Fe3+/Fe2+ rations //
Amer. Miner. — 1975. — 60, No 3–4. — P. 265–272.
Ін5т геохімії, мінералогії та рудоутворення Надійшла 05.05.2008
ім. М.П. Семененка НАН України, Київ
Ін5т геохімії навколиш. середовища НАН і МНС України, Київ
Нац. ун5т харч. технологій, Київ
РЕЗЮМЕ. С помощью метода ядерной гамма5резонансной спектроскопии изучено распределение разновалент5
ных катионов железа по октаэдрическим позициям структуры эденитов в процессе их облучения. Проведено
сравнение зависимостей уровней накопления радиационно окисленного железа от химического состава эдени5
тов и гастингситов.
SUMMARY. The distribution of iron cations on octahedral positions of edenite′s structure in the process of their irradia5
tion are studied by the method of NGR5spectroscopy. Accumulation levels of radiation5oxidized iron have been compared
depending on chemical composition of edenites and hastingsites.
|