Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia
Radiation defects in nanoceramics zirconia were investigated after electron irradiation with energy 41…89 MeV up to doze 2.28…5.7·10¹⁴ electrons/cm². Radioactive isotopes ⁸⁷,⁸⁸Y, ⁸⁸,⁸⁹,⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁷⁵Hf are registered after irradiation of electrons with energy 41 and 47.2 MeV. The activity of ⁸³Rb w...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111876 |
| 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: | Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia / M.I. Aizatskyi, N.P. Dikiy, A.N. Dovbnya, I.D. Fedorets, V.A. Kushnir, Yu.V. Lyashko, D.V. Medvedev, V.V. Mytrochenko, I.N. Onishchenko, S.A. Perezhogin, N.M. Pelichatyi,I.A. Danilenko, T.E. Konstantinova // Вопросы атомной науки и техники. — 2013. — № 6. — С. 161-164. — Бібліогр.: 8 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111876 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Aizatskyi, M.I. Dikiy, N.P. Dovbnya, A.N. Fedorets, I.D. Kushnir, V.A. Lyashko, Yu.V. Medvedev, D.V. Mytrochenko, V.V. Onishchenko, I.N. Perezhogin, S.A. Pelichatyi, N.M. Danilenko, I.A. Konstantinova, T.E. 2017-01-15T13:19:16Z 2017-01-15T13:19:16Z 2013 Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia / M.I. Aizatskyi, N.P. Dikiy, A.N. Dovbnya, I.D. Fedorets, V.A. Kushnir, Yu.V. Lyashko, D.V. Medvedev, V.V. Mytrochenko, I.N. Onishchenko, S.A. Perezhogin, N.M. Pelichatyi,I.A. Danilenko, T.E. Konstantinova // Вопросы атомной науки и техники. — 2013. — № 6. — С. 161-164. — Бібліогр.: 8 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 61.46.+w, 61.80.Fe https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111876 Radiation defects in nanoceramics zirconia were investigated after electron irradiation with energy 41…89 MeV up to doze 2.28…5.7·10¹⁴ electrons/cm². Radioactive isotopes ⁸⁷,⁸⁸Y, ⁸⁸,⁸⁹,⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁷⁵Hf are registered after irradiation of electrons with energy 41 and 47.2 MeV. The activity of ⁸³Rb was registered after irradiation by electrons with energy 86 and 88.9 MeV. Activity of ⁸³Rb can be formed in reactions (γ, 6n) or (e, 6n). Different process of annealing radiation defects in samples of nanoceramics is detected after irradiated by electrons with energy 41…47.2 or 86…88.9 MeV. The colour centres for samples of nanoceramics after irradiated by electrons with energy 41…47.2 MeV practically completely was annealed at 500°С. For samples of nanoceramics after irradiated by electrons with energy 86…88.9 MeV and after annealing at 500°С significant absorption for lengths of waves of 430 and 470 nm is observed. It is supposed that these distinctions at annealing the colour centres of zirconia are caused by formation in nuclear reactions by high-energy electrons on isotopes of a matrix of krypton atoms. The krypton atoms are the centres segregation point defects. As a result the steady defective complexes were formed. Досліджувалися радіаційні дефекти в нанокераміці двоокису цирконію при опроміненні електронами з енергією 41…89 МеВ до дози 2,28…5,7·10¹⁴ часток/см². При опроміненні електронами з енергією 41 і 47,2 МеВ реєструються радіоактивні ізотопи ⁸⁷,⁸⁸Y, ⁸⁸,⁸⁹,⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁷⁵Hf. При опроміненні електронами з енергією 86 і 88,9 МеВ додатково реєструється активність ⁸³Rb, що може бути утворена в реакціях (γ, 6n) або (e, 6n). Виявлено різний процес відпалу радіаційних дефектів у зразках нанокераміки, опромінених при енергії електронів 41…47,2 і 86…88,9 МеВ. Центри фарбування для зразків нанокераміки, опромінених електронами з енергією 41…47,2 МеВ, практично повністю відпалювались при 500 °С. Для зразків нанокераміки, опромінених електронами з енергією 86…88,9 МеВ, після відпалу при 500 °C спостерігається значне поглинання для довжин хвиль 430 і 470 нм. Передбачається, що ці розходження при відпалі центрів забарвлення двоокису цирконію обумовлені утворенням у ядерних реакціях під дією високоенергетичних електронів на ізотопах матриці атомів криптону, які є центрами сегрегації крапкових дефектів, що приводить до утворення стійких дефектних комплексів. Исследовались радиационные дефекты в нанокерамике диоксида циркония при облучении электронами с энергией 41…89 МэВ до дозы 2,28…5,7·10¹⁴ частиц/см². При облучении электронами с энергией 41 и 47,2 МэВ регистрируются радиоактивные изотопы ⁸⁷,⁸⁸Y, ⁸⁸,⁸⁹,⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁷⁵Hf При облучении электронами с энергией 86 и 88,9 МэВ дополнительно регистрируется активность ⁸³Rb, которая может быть образована в реакциях (γ, 6n) или (e, 6n). Обнаружен различный процесс отжига радиационных дефектов в образцах нанокерамики, облученных при энергии электронов 41…47,2 и 86…88,9 МэВ. Центры окраски для образцов нанокерамики, облученных электронами с энергией 41…47,2 МэВ, практически полностью отожглись при 500 °С. Для образцов нанокерамики, облученных электронами с энергией 86…88,9 МэВ, после отжига при 500 °С наблюдается значительное поглощение для длин волн 430 и 470 нм. Предполагается, что эти различия при отжиге центров окраски двуокиси циркония обусловлены образованием в ядерных реакциях под действием высокоэнергетических электронов на изотопах матрицы атомов криптона, которые являются центрами сегрегации точечных дефектов, что приводит к образованию устойчивых дефектных комплексов. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Применение ускоренных пучков. детекторы и детектирование ядерных излучений Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia Вплив опромінення електронами високих енергій на властивості нанокераміки двоокису цирконію Влияние облучения электронами высоких энергий на свойства нанокерамики двуокиси циркония Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia |
| spellingShingle |
Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia Aizatskyi, M.I. Dikiy, N.P. Dovbnya, A.N. Fedorets, I.D. Kushnir, V.A. Lyashko, Yu.V. Medvedev, D.V. Mytrochenko, V.V. Onishchenko, I.N. Perezhogin, S.A. Pelichatyi, N.M. Danilenko, I.A. Konstantinova, T.E. Применение ускоренных пучков. детекторы и детектирование ядерных излучений |
| title_short |
Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia |
| title_full |
Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia |
| title_fullStr |
Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia |
| title_full_unstemmed |
Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia |
| title_sort |
influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia |
| author |
Aizatskyi, M.I. Dikiy, N.P. Dovbnya, A.N. Fedorets, I.D. Kushnir, V.A. Lyashko, Yu.V. Medvedev, D.V. Mytrochenko, V.V. Onishchenko, I.N. Perezhogin, S.A. Pelichatyi, N.M. Danilenko, I.A. Konstantinova, T.E. |
| author_facet |
Aizatskyi, M.I. Dikiy, N.P. Dovbnya, A.N. Fedorets, I.D. Kushnir, V.A. Lyashko, Yu.V. Medvedev, D.V. Mytrochenko, V.V. Onishchenko, I.N. Perezhogin, S.A. Pelichatyi, N.M. Danilenko, I.A. Konstantinova, T.E. |
| topic |
Применение ускоренных пучков. детекторы и детектирование ядерных излучений |
| topic_facet |
Применение ускоренных пучков. детекторы и детектирование ядерных излучений |
| publishDate |
2013 |
| language |
English |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Вплив опромінення електронами високих енергій на властивості нанокераміки двоокису цирконію Влияние облучения электронами высоких энергий на свойства нанокерамики двуокиси циркония |
| description |
Radiation defects in nanoceramics zirconia were investigated after electron irradiation with energy 41…89 MeV up to doze 2.28…5.7·10¹⁴ electrons/cm². Radioactive isotopes ⁸⁷,⁸⁸Y, ⁸⁸,⁸⁹,⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁷⁵Hf are registered after irradiation of electrons with energy 41 and 47.2 MeV. The activity of ⁸³Rb was registered after irradiation by electrons with energy 86 and 88.9 MeV. Activity of ⁸³Rb can be formed in reactions (γ, 6n) or (e, 6n). Different process of annealing radiation defects in samples of nanoceramics is detected after irradiated by electrons with energy 41…47.2 or 86…88.9 MeV. The colour centres for samples of nanoceramics after irradiated by electrons with energy 41…47.2 MeV practically completely was annealed at 500°С. For samples of nanoceramics after irradiated by electrons with energy 86…88.9 MeV and after annealing at 500°С significant absorption for lengths of waves of 430 and 470 nm is observed. It is supposed that these distinctions at annealing the colour centres of zirconia are caused by formation in nuclear reactions by high-energy electrons on isotopes of a matrix of krypton atoms. The krypton atoms are the centres segregation point defects. As a result the steady defective complexes were formed.
Досліджувалися радіаційні дефекти в нанокераміці двоокису цирконію при опроміненні електронами з енергією 41…89 МеВ до дози 2,28…5,7·10¹⁴ часток/см². При опроміненні електронами з енергією 41 і 47,2 МеВ реєструються радіоактивні ізотопи ⁸⁷,⁸⁸Y, ⁸⁸,⁸⁹,⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁷⁵Hf. При опроміненні електронами з енергією 86 і 88,9 МеВ додатково реєструється активність ⁸³Rb, що може бути утворена в реакціях (γ, 6n) або (e, 6n). Виявлено різний процес відпалу радіаційних дефектів у зразках нанокераміки, опромінених при енергії електронів 41…47,2 і 86…88,9 МеВ. Центри фарбування для зразків нанокераміки, опромінених електронами з енергією 41…47,2 МеВ, практично повністю відпалювались при 500 °С. Для зразків нанокераміки, опромінених електронами з енергією 86…88,9 МеВ, після відпалу при 500 °C спостерігається значне поглинання для довжин хвиль 430 і 470 нм. Передбачається, що ці розходження при відпалі центрів забарвлення двоокису цирконію обумовлені утворенням у ядерних реакціях під дією високоенергетичних електронів на ізотопах матриці атомів криптону, які є центрами сегрегації крапкових дефектів, що приводить до утворення стійких дефектних комплексів.
Исследовались радиационные дефекты в нанокерамике диоксида циркония при облучении электронами с энергией 41…89 МэВ до дозы 2,28…5,7·10¹⁴ частиц/см². При облучении электронами с энергией 41 и 47,2 МэВ регистрируются радиоактивные изотопы ⁸⁷,⁸⁸Y, ⁸⁸,⁸⁹,⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁷⁵Hf При облучении электронами с энергией 86 и 88,9 МэВ дополнительно регистрируется активность ⁸³Rb, которая может быть образована в реакциях (γ, 6n) или (e, 6n). Обнаружен различный процесс отжига радиационных дефектов в образцах нанокерамики, облученных при энергии электронов 41…47,2 и 86…88,9 МэВ. Центры окраски для образцов нанокерамики, облученных электронами с энергией 41…47,2 МэВ, практически полностью отожглись при 500 °С. Для образцов нанокерамики, облученных электронами с энергией 86…88,9 МэВ, после отжига при 500 °С наблюдается значительное поглощение для длин волн 430 и 470 нм. Предполагается, что эти различия при отжиге центров окраски двуокиси циркония обусловлены образованием в ядерных реакциях под действием высокоэнергетических электронов на изотопах матрицы атомов криптона, которые являются центрами сегрегации точечных дефектов, что приводит к образованию устойчивых дефектных комплексов.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111876 |
| citation_txt |
Influence of high-energy electrons irradiation on nanoceramics properties of zirconia / M.I. Aizatskyi, N.P. Dikiy, A.N. Dovbnya, I.D. Fedorets, V.A. Kushnir, Yu.V. Lyashko, D.V. Medvedev, V.V. Mytrochenko, I.N. Onishchenko, S.A. Perezhogin, N.M. Pelichatyi,I.A. Danilenko, T.E. Konstantinova // Вопросы атомной науки и техники. — 2013. — № 6. — С. 161-164. — Бібліогр.: 8 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT aizatskyimi influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT dikiynp influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT dovbnyaan influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT fedoretsid influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT kushnirva influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT lyashkoyuv influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT medvedevdv influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT mytrochenkovv influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT onishchenkoin influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT perezhoginsa influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT pelichatyinm influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT danilenkoia influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT konstantinovate influenceofhighenergyelectronsirradiationonnanoceramicspropertiesofzirconia AT aizatskyimi vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT dikiynp vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT dovbnyaan vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT fedoretsid vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT kushnirva vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT lyashkoyuv vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT medvedevdv vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT mytrochenkovv vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT onishchenkoin vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT perezhoginsa vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT pelichatyinm vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT danilenkoia vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT konstantinovate vplivopromínennâelektronamivisokihenergíinavlastivostínanokeramíkidvookisucirkoníû AT aizatskyimi vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT dikiynp vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT dovbnyaan vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT fedoretsid vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT kushnirva vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT lyashkoyuv vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT medvedevdv vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT mytrochenkovv vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT onishchenkoin vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT perezhoginsa vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT pelichatyinm vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT danilenkoia vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ AT konstantinovate vliânieoblučeniâélektronamivysokihénergiinasvoistvananokeramikidvuokisicirkoniâ |
| first_indexed |
2025-11-25T18:17:29Z |
| last_indexed |
2025-11-25T18:17:29Z |
| _version_ |
1850521271242063872 |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2013. №6(88) 161
INFLUENCE OF HIGH-ENERGY ELECTRONS IRRADIATION
ON NANOCERAMICS PROPERTIES OF ZIRCONIA
M.I. Aizatskyi1, N.P. Dikiy1, A.N. Dovbnya1, I.D. Fedorets2, V.A. Kushnir1,
Yu.V. Lyashko1, D.V. Medvedev1, V.V. Mytrochenko1, I.N. Onishchenko1,
S.A. Perezhogin1, N.M. Pelichatyi2, I.A. Danilenko3, T.E. Konstantinova3
1National Science Center “Kharkov Institute of Physics and Technology”, Kharkov, Ukraine;
2V.N. Karazin Kharkov National University, Kharkov, Ukraine;
3O.O. Galkin Donetsk Institute for Physics and Engineering, Donetsk, Ukraine
E-mail: ndikiy@kipt.kharkov.ua
Radiation defects in nanoceramics zirconia were investigated after electron irradiation with energy 41…89 MeV
up to doze 2.28…5.7⋅1014 electrons/cm2. Radioactive isotopes 87,88Y, 88,89,95Zr, 95Nb, 175Hf are registered after irra-
diation of electrons with energy 41 and 47.2 MeV. The activity of 83Rb was registered after irradiation by electrons
with energy 86 and 88.9 MeV. Activity of 83Rb can be formed in reactions (γ, 6n) or (e, 6n). Different process of
annealing radiation defects in samples of nanoceramics is detected after irradiated by electrons with energy
41…47.2 or 86…88.9 MeV. The colour centres for samples of nanoceramics after irradiated by electrons with ener-
gy 41…47.2 MeV practically completely was annealed at 500°С. For samples of nanoceramics after irradiated by
electrons with energy 86…88.9 MeV and after annealing at 500°С significant absorption for lengths of waves of
430 and 470 nm is observed. It is supposed that these distinctions at annealing the colour centres of zirconia are
caused by formation in nuclear reactions by high-energy electrons on isotopes of a matrix of krypton atoms. The
krypton atoms are the centres segregation point defects. As a result the steady defective complexes were formed.
PACS: 61.46.+w, 61.80.Fe
INTRODUCTION
Dielectric resonator for wakefield accelerators
should have high values of dielectric constant (ε >20)
and small dielectric losses (tgδ <10-4) and to keep these
parameters during acceleration of particles. Therefore
influence of radiation damages on dielectric parameters
flying relativistic electron bunches represents significant
interest [1, 2].
One of possible materials for dielectric waveguides
can be zirconia. It has good mechanical and ionic prop-
erties. It is used as a grinding medium and engineering
ceramics. Therefore, the material properties, inducing
optical properties, are of a high interest. The favourable
properties of ZrO2-based materials become especially
pronounced if these materials were fabricated of pow-
ders of nanoscopic size. It is well known that the phase
stabilization of zirconia can be achieved by an addition
of a certain amount of the trivalent yttrium oxide
(Y2O3, yttria) to form a solid solution in the ZrO2 lat-
tice.
At operation of the dielectric accelerator there will
be an activation of resonators due to losses of an accel-
erating beam. Research of activity of dielectric resona-
tors which were irradiated by relativistic electrons is of
interest.
The purpose of the present work is research of for-
mation of radioactive elements and radiation defects in
nanoceramic ZrO2(Y2O3) at an irradiation by relativ-
istic electrons.
RESULTS AND DISCUSSION
ZrO2 − 3 mol% Y2O3 nanopowders (3Y-TZP) were
synthesized by a co-precipitation technique using
ZrOCl2*nH2O salts. Calcinations temperature of dried
zirconium hydroxides was chosen at 700оС with dwell-
ing time 2 hours. This calcinations temperature provides
the formation of unagglomeratd nanopowders and sin-
tering obtained nanopowders to density near theoretical
at 1400…1500°C. The density was 6.0…6.02 g/cm3 for
ceramic materials, obtained by sintering of zirconia na-
nopowders obtained from ZrOCl2*nH2O.
Radiation defects in nanoceramics zirconia were in-
vestigated after electron irradiation with energy
41…89 MeV up to a dose 2.28…5.7⋅1014 electrons/cm2
(Figs. 1, 2).
500 1000 1500 2000
101
102
103
104
88Y`
88Y``
95Zr
95Nb
88Y
88Y
co
un
ts
number channel
88Zr
Fig. 1. The spectrum of nanoceramics after irradiation
at 47.2 MeV by dose 2.28 1014 electrons/cm2
Activity of the isotopes generated by electron irradia-
tion of samples of nanoceramics was measured by
Ge(Li)-detector. Radioactive isotopes 87,88Y, 88,89,95Zr,
95Nb, 175Hf are registered after irradiation of electrons
with energy 41 and 47.2 MeV (see Fig. 1). At an irradia-
tion by electrons and bremsstrahlung of nanoceramics in
Zr of natural isotopic content (90Zr…51.46%;
91Zr…11.23%; 92Zr…17.11%; 94Zr…17.40%;
96Zr…2.8%) the highest activity is realized from isotope
89Zr, received in reaction 90Zr(γ,n)89Zr (Fig. 3) [3].
The half-life period of 89Zr equals to 79.3 hours and
in long-term aspect it does not represent danger. Also
activity and from an isotope 95Zr from reaction
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2013. №6(88) 162
96Zr(γ, n)95Zr with a half-life period of 64.05 days can
be realized.
500 1000 1500
101
102
103
104
85Sr
88Zr 95Nb
95Zr
88Y
88Y``
88Y`
88Y
co
un
ts
number channel
83Rb
Fig. 2. The spectrum of nanoceramics after irradiation
at 86 MeV by dose 5.7 1014 electrons/cm2
However on an isotope 94Z can activity from 93Zr with
Т1/2=9.5⋅105 years is realized. During work of the ceramic
resonator its irradiation by bremsstrahlung and neutrons,
arising in accompanying reactions, can be realized. For
example, 93Zr can arise in reaction of radiation capture on
92Zr. Therefore for significant activity of 93Zr it is neces-
sary to carry out its burial in geological structures. From
the point of view of radiating safety at operation of wake-
field accelerators the greatest danger represents 88Y
which is formed in reactions 89Y(γ, n)88Y or 89Y(e, n)88Y.
The half-life period 88Y amounts 106.65 days. Disinte-
gration 88Y is accompanied by radiation of two intensive
lines with energy 898 and 1836 keV.
The activity of 83Rb was registered after irradiation
by electrons with energy 86 and 88.9 MeV (see Fig. 2).
Activity of 83Rb can be formed in reactions (γ, 6n) or (e,
6n). The threshold of the given reactions equals to
59.4 MeV. The activity of 88Zr is determined by reaction
90Zr(γ, 2n)88Zr (Fig. 4). Therefore the 88Zr activity of
nanoceramic is noticeably more for irradiation by elec-
trons with energy 86 MeV.
12 14 16 18 20 22 24
0
50
100
150
200
250
cr
os
s
se
ct
io
n,
m
b
energy, MeV
90Zr(γ,n)89Zr
Fig. 3. Cross section 90Zr(γ, n)89Zr
Dependence of activity nanoceramics from time
with yttria and without yttria is resulted on Fig. 5.
Kerma-constants Γδ of radionuclides and power of
air kerma Γδ⋅A(Bk) on distance of 1 m at the moment of
an irradiation were shown in table. Isotopes with small
time half-decay do not represent danger at operation of
the dielectric accelerator. It is possible to see, that the
greatest danger at operation of dielectric accelerators is
represented by isotopes 88Zr, 95Zr, 95Nb and 88Y which
have big times of half-decay.
22 23 24 25 26
0
5
10
15
20
cr
os
s
se
ct
io
n,
m
b
energy, MeV
90Zr(γ,2n)88Zr
Fig. 4. Cross section 90Zr(γ, 2n)88Zr
Kerma-constants Γδ of radionuclide’s and power of the air kerma Γδ⋅A(Bk) on distance of 1 m at the moment
of an irradiation (normalization on m=1 g)
Nu-
cleus
T1/2,
(days)
γ-rays, Eγ,
keV (ni %)
Γδ,
aGy⋅m2/s⋅Bk
Γδ⋅A(Bk)
(D=2.3E+14
e-/cm2,
E=47.2 MeV)
Γδ⋅A(Bk)
(D=4.9E+14
e-/cm2,
E=41 MeV)
Γδ⋅A(Bk)
(D=5.7E+14
e-/cm2,
E=86 MeV)
Γδ⋅A(Bk)
(D=5.4E+14
e-/cm2,
E=88.9 MeV)
1 2 3 4 5 6 7 8
88Zr 83.4 392.9 (100) 12.99 2.16⋅105 3.65⋅105 5.25⋅105 7.40⋅105
89Zr 3.27 909.0 (99.87) 30.05 1.53⋅108 − − −
95Zr 64.02 724.4 (44.15)
756.7 (54.46)
27.12 3.66⋅105 6.72⋅105 6.28⋅105 9.18⋅105
95Nb 34.98 765.8 (99.81) 27.97 2.29⋅105 1.21⋅106 9.44⋅105 1.39⋅106
87Y 3.33 388.5 (82.10)
484.8 (89.74)
24.9 3.10⋅106 − − −
88Y 106.65 898.0 (93.68),
1836 (99.24)
88.05 2.56⋅106 4.72⋅106 5.66⋅106 7.56⋅106
175Hf 70. 343.4 (84.0) 9.54 1.53⋅104 − 3.05⋅104 −
93Rb − − − − − 14.9 22.92
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2013. №6(88) 163
0 100 200 300 400 500 600
102
103
104
105
106
86 MeV
86 MeV
47.2 MeV
47.2 MeV
t, days
ZrO2 (8% weight Y2O3), 47.2 MeV
ZrO2 , 47.2 MeV
ZrO2 (8% weight Y2O3), 86 MeV
ZrO2 , 86 MeV
ac
tiv
ity
, Γ
δΑ
(Β
κ/
µC
)
Fig. 5. Activity nanoceramics from time with yttria
and without yttria
The maximal energy of recoil atoms Erec of oxygen
or zirconium in nanoceramics at irradiation by relativ-
istic electrons equals:
,
)2(2
2
2
2
11
cM
cmEE
E o
rec
+
= (1)
where mo, E1 – weight and energy electrons, M2 –
weight of atoms of oxygen or zirconium. For energy
electrons 47.2 MeV the maximal energy of recoil atoms
of oxygen will amount 302 keV. For atoms of recoil
zirconium the maximal energy of recoil atoms will
amount 53 keV. For energy electrons 86 MeV the max-
imal energy of recoil atoms of oxygen will amount 998
keV. For atoms of recoil zirconium the maximal energy
of recoil atoms will amount 175 keV. The number of the
displaced atoms at braking recoil atoms with such ener-
gy can amount 6000, 1000 (47.2 MeV) and ≈2⋅104,
3500 (86 MeV), respectively. Recoil atoms with such
energy can cause thermal spike. It in turn can result in
transformation of initial structure of zirconia. Cross sec-
tion of such processes is insignificantly. Average energy
of primary displacement atoms is equaled:
E={(Ed⋅Emax)/(Emax-Ed)}ln(Emax/Ed),
(2)
where Ed – threshold displacement energy, Emax – max-
imum of energy of recoil atoms. Suppose that for zirco-
nium and oxygen Ed=50 eV, the average energy of pri-
mary displacement atoms will equal for oxygen 453 and
495 eV for energy electrons 47.2 and 86 MeV, respec-
tively, and for Zr 348 and 408 eV for energy electrons
47.2 and 86 MeV, respectively.
UV-VIS spectroscopy was used for measurement of
spectra of absorption of the irradiated samples of zirconia
nanoceramics before and after annealing during 2 hours
at 500°С. Measurements of absorption spectra carried out
concerning unirradiated sample of nanoceramics. Up to
annealing samples of zirconia nanoceramics the wide
peak of absorption in area of 500…700 nm is observed.
Also are registered absorption lines of radiation at 402.2
and 635 nm which correspond to the F and F'-centres of
monocline lattices of zirconia (Figs. 6, 7) [4].
Different process of annealing radiation defects in
samples of zirconia nanoceramics is detected after irra-
diated by electrons with energy 41…47.2 or
86…88.9 MeV.
400 500 600 700 800 900 1000 1100
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
D
λ, nm
initial, irradiated
annealing, irradiated
500oC, 2 hours
47.2 MeV, D=2.3 1014 e-/cm2
Fig. 6. UV-VIS spectra of zirconia samples of nanoc-
eramics irradiated by relativistic electrons with energy
47.2 MeV before and after annealing
400 500 600 700 800 900 1000
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
initial, irradiated
annealing, irradiated
500oC, 2 hours
D
λ, nm
86 MeV, 5.7 1014 e-/cm2
Fig. 7. UV-VIS spectra of zirconia samples of nanoc-
eramics irradiated by relativistic electrons with energy
86 MeV before and after annealing
The color centres for samples of zirconia nanoc-
eramics after irradiated by electrons with energy
41…47.2 MeV practically completely was annealed at
500°С (see Fig. 6). For samples of zirconia nanoceram-
ics after irradiated by electrons with energy
86…88.9 MeV and after annealing at 500°С significant
absorption for lengths of waves of 430 and 470 nm is
observed (see Fig. 7). It is supposed that these distinc-
tions at annealing the colour centres of zirconia are
caused by formation in nuclear reactions by high-energy
electrons on isotopes of a matrix of krypton atoms. The
krypton atoms are the centers segregation point defects.
As a result the steady defective complexes were formed
[5 - 8].
CONCLUSIONS
1. Formation of radioactive isotopes is investigated
at irradiation relativistic electrons with energy up to
100 MeV. The present data are necessary at planning a
choice of a material of a dielectric wave guide of wake-
field accelerators. The greatest danger at operation of
dielectric accelerators is represented by isotopes 88Zr,
95Zr, 95Nb and 88Y which have big times of half-decay.
2. Formation of radiation defects in nanoceramics is
investigated. The various types of radiation defects are
found out at irradiation relativistic electrons with energy
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2013. №6(88) 164
47 and 86 MeV. It is revealed, that krypton atoms are
centers of segregation of point defects.
3. Formation of the F and F'-centres of monocline
phases is detected at an irradiation by relativistic elec-
trons.
This work was supported by the US Department of
Energy/NNSA through the Global Initiatives for Prolif-
eration Prevention (GIPP) program in partnership with
the Science and Technology Center in Ukraine (Project
ANL-T2-247-UA and STCU agreement P522).
ACKNOWLEDGEMENTS
Authors are grateful to Elena Medvedeva for a criti-
cal reading of the manuscript and his valuable com-
ments.
REFERENCES
1. I.N. Onishchenko. Concept of multi-bunch dielectric
wakefield accelerator // Problems of Atomic Science
and Technology. Series “Nuclear Physics Investiga-
tions”. 2012, № 3, p. 145-149.
2. G.V. Sotnikov, T.C. Marshall, J.L. Hirshfield. Use
of ramped bunches for an enhancing of transformer
ratio in coaxial dielectric structures // Problems of
Atomic Science and Technology. Series “Nuclear
Physics Investigations”. 2012, № 3, p. 164-168.
3. Handbook on photonuclear data for applications.
Cross-section and spectr. Vienna: IAEA-TECDOC-
1178, 2000, 276 p.
4. M.M. Mikhailov, M.I. Dvoretsky, N.Y. Kuznetsov.
Colouring polycrystalline, irradiated ultra-violet
light and electrons // Izv. AS USSR: Inorg. Mater.
1984, v. 20, p. 449-453.
5. J.M. Costantini, F. Beuneu, D. Gourier, et al. Colour
centre production in yttria-stabilized zirconia by
swift charged particle irradiations // J. Phys.: Con-
dens. Matter. 2004, v. 16, p. 3957-3971.
6. M.M. Mikhailov, V.V. Neshchimenko N.G. Sripka,
et al. Optical properties and radiating stability of
powders of zirconium dioxide, modified rare-earth
elements // Persp. Mater. 2010, v. 14, № 3, p. 14-21.
7. W.J. Weber, R.C. Ewing, C.R.A. Catlow, et al. Ra-
diation effects in crystalline ceramics for the immo-
bilization of high-level nuclear waste and plutonium
// J. Mater. Res. 1998, v. 13, p. 1434-1484.
8. R.A. Andrievski. Behaivoir of radiation defects in
nanomaterials // Rev. Adv. Mater. Sci. 2011, v. 29,
p. 54-67.
Article received 29.09.2013
ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАМИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СВОЙСТВА
НАНОКЕРАМИКИ ДВУОКИСИ ЦИРКОНИЯ
Н.И. Айзацкий, Н.П. Дикий, A.Н. Довбня, И.Д. Федорец, В.А. Кушнир, Ю.В. Ляшко, Д.В. Медведев,
В.В. Митроченко, И.Н. Онищенко, С.А. Пережогин, Н.М. Пелихатый, И.А. Даниленко,
Т.Е. Константинова
Исследовались радиационные дефекты в нанокерамике диоксида циркония при облучении электронами
с энергией 41…89 МэВ до дозы 2,28…5,7⋅1014 частиц/см2. При облучении электронами с энергией 41 и
47,2 МэВ регистрируются радиоактивные изотопы 87,88Y, 88,89,95Zr, 95Nb, 175Hf. При облучении электронами с
энергией 86 и 88,9 МэВ дополнительно регистрируется активность 83Rb, которая может быть образована в
реакциях (γ, 6n) или (e, 6n). Обнаружен различный процесс отжига радиационных дефектов в образцах
нанокерамики, облученных при энергии электронов 41…47,2 и 86…88,9 МэВ. Центры окраски для образцов
нанокерамики, облученных электронами с энергией 41…47,2 МэВ, практически полностью отожглись при
500 °С. Для образцов нанокерамики, облученных электронами с энергией 86…88,9 МэВ, после отжига при
500 °С наблюдается значительное поглощение для длин волн 430 и 470 нм. Предполагается, что эти разли-
чия при отжиге центров окраски двуокиси циркония обусловлены образованием в ядерных реакциях под
действием высокоэнергетических электронов на изотопах матрицы атомов криптона, которые являются цен-
трами сегрегации точечных дефектов, что приводит к образованию устойчивых дефектных комплексов.
ВПЛИВ ОПРОМІНЕННЯ ЕЛЕКТРОНАМИ ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ НА ВЛАСТИВОСТІ
НАНОКЕРАМІКИ ДВООКИСУ ЦИРКОНІЮ
М.І. Айзацький, М.П. Дикий, A.М. Довбня, І.Д. Федорець, В.А. Кушнір, Ю.В. Ляшко, Д.В. Медведєв,
В.В. Митроченко, І.М. Онищенко, С.А. Пережогін, М.М. Пеліхатий, І.А. Даниленко, Т.Є. Константинова
Досліджувалися радіаційні дефекти в нанокераміці двоокису цирконію при опроміненні електронами з
енергією 41…89 МеВ до дози 2,28…5,7⋅1014 часток/см2. При опроміненні електронами з енергією 41 і
47,2 МеВ реєструються радіоактивні ізотопи 87,88Y, 88,89,95Zr, 95Nb, 175Hf. При опроміненні електронами з ене-
ргією 86 і 88,9 МеВ додатково реєструється активність 83Rb, що може бути утворена в реакціях (γ, 6n) або (e,
6n). Виявлено різний процес відпалу радіаційних дефектів у зразках нанокераміки, опромінених при енергії
електронів 41…47,2 і 86…88,9 МеВ. Центри фарбування для зразків нанокераміки, опромінених електрона-
ми з енергією 41…47,2 МеВ, практично повністю відпалювались при 500 °С. Для зразків нанокераміки,
опромінених електронами з енергією 86…88,9 МеВ, після відпалу при 500 °C спостерігається значне погли-
нання для довжин хвиль 430 і 470 нм. Передбачається, що ці розходження при відпалі центрів забарвлення
двоокису цирконію обумовлені утворенням у ядерних реакціях під дією високоенергетичних електронів на
ізотопах матриці атомів криптону, які є центрами сегрегації крапкових дефектів, що приводить до утворення
стійких дефектних комплексів.
INTRODUCTION
CONCLUSIONS
references
|