Rentgenová difrakční charakterizace materiálů po neutronovém ozáření

O. Nechypor, C. Aparicio, V. Rosnecký

Centrum výzkumu Řež, Hlavní 130, 250 68 Husinec Řež

oksana.nechypor@cvrez.cz

Intenzivní záření a vysoká teplota mají velký vliv na normální funkci a životnost materiálů používaných v jaderných zařízeních. K pochopení vlivu záření na vlastnosti materiálů a k identifikaci jejich poškození lze použít metodu analýzy rentgenové difrakce (XRD). Pro XRD analýzu radioaktivních materiálů se měření provádějí v transmisním režimu s využitím automatického podavače vzorků a uzavřených jednorázových plastových držáků. Tento způsob měření je cenově dostupný a poměrně rychlý. Pro měření v transmisním režimu potřebujeme malé množství analyzovaného materiálu a tím se výrazně snižuje dávka ozáření personálů při manipulaci s radioaktivními materiály [1].

Příprava vzorků pro XRD měření se provádí metodou nakapávání lihové suspenze práškového materiálu do uzavřených jednorázových plastových držáků [1], které zabraňují nežádoucí kontaminaci v důsledku úniku prášku [2, 3]. Veškeré manipulace s radioaktivními materiály a následně jejích mletí provádí se uvnitř hermeticky uzavřeného stíněného rukavicového boxu pod podtlakem [4].

Dana práce je zaměřená na výzkumu vlivu neutronového ozáření na přírodní materiály. Na obrázku jsou difraktogramy granitu před a po oražení při nízké dávce (neutronová fluence 8.22×10¹⁸ n/cm²). Vliv radiace na materiály není stejný. Nejvíc viditelna změna je ve fázi křemíku. Posun piku křemíku směrem do nižších uhlu naznačuje o zvětšení rozměru základní buňky.

Obrázek 1. Difraktogramy granitu před a po oražení při nízké dávce s neutronovou fluenci 8.22×10¹⁸ n/cm².

Tato práce ukazuje že po vlivu radiace na horniny dochází ke změnám mřížkových parametrů základní buňky a taky zpozorována degradace krystalické struktury do amorfní hlavně ve fázi křemenu. Takové změny by mohly způsobit změnu mechanických vlastnosti materiálu zejména jeho křehkosti a tvrdosti.

1. Sprouster, D. J., Weidner, R., Ghose, S. K., Dooryhee, E., Novakowski, T. J., Stan, T., Wells, P., Almirall, N., Odette, G. R. & Ecker, L. E. (2018). Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 880, 40

2. Schiferl, D. & Roof, R. B. (1978). Adv. X-Ray Anal. 22, 31.

3. Metcalf, S. G. & Winters, W. I. (1975). Appl. Spectrosc. 29, 519.

4. Sprouster, D. J., Weidner, R., Ghose, S. K., Dooryhee, E., Novakowski, T. J., Stan, T., Wells, P., Almirall, N., Odette, G. R. & Ecker, L. E. (2018). Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 880, 40.

Tato práce byla provedena se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci Programu TREND v rámci projektu č. FW01010115.