Исследование радиационно-стимулированных структурно-фазовых превращений в облученном Zr методом мессбауэровской спектроскопии

D.E. Tolen; М.F. Vereshchak; A.K. Shokanov; I.A. Manakova; J.K. Tleubergenov

doi:10.26577/RCPh.2022.v82.i3.07

Авторы

D.E. Tolen Институт ядерной физики, г. Алматы, Казахстан http://orcid.org/0000-0002-3971-3011 (неаутентифицированный)
М.F. Vereshchak Институт ядерной физики, г. Алматы, Казахстан http://orcid.org/0000-0003-3461-9066 (неаутентифицированный)
A.K. Shokanov Казахский национальный педагогический университет имени Абая, Казахстан, г. Алматы http://orcid.org/0000-0003-0479-6707 (неаутентифицированный)
I.A. Manakova Институт ядерной физики, г. Алматы, Казахстан http://orcid.org/0000-0002-5634-3390 (неаутентифицированный)
J.K. Tleubergenov Институт ядерной физики, Казахстан, г. Алматы http://orcid.org/0000-0002-0252-2449 (неаутентифицированный)

DOI:

https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v82.i3.07

Ключевые слова:

конструкционные материалы, цирконий, облучение, эффект Мессбауэра, интерметаллиды

Аннотация

В статье рассматривается исследование влияния высокоэнергичных однозарядных ионов ⁵⁷Fe энергии 1 МэВ, током пучка на мишени ~100 нА, дозой 5х10¹⁶ион/см² на структурно-фазовое состояние циркония.

Методами мессбауэровской спектроскопии в геометрии на пропускание (МС), конверсионной электронной мессбауэровской спектроскопии (КЭМС) и растровой электронной микроскопии (РЭМ) проведены исследования влияния высокоэнергичных однозарядных ионов ⁵⁷Fe на структурно-фазовое состояние циркония. Определены длины проективного пробега ионов ⁵⁷Fe в цирконии, рассчитано число атомов мишени, подвергнутых облучению, а также оценено число смещений, вызванных этими ионами. Проведено моделирование радиационных повреждений материалов циркония путем облучения образцов на ускорителе заряженных частиц зондовыми мессбауэровскими атомами для получения ядерно-физических данных из зоны воздействия этих атомов на структурно-фазовое состояние облученных образцов в условиях, близких к реакторным. Оценено электронное состояние имплантанта в этих материалах. Рассчитана концентрация имплантированных атомов в приповерхностном слое и объеме образцов.

В частности, показано, что длина проективного пробега ионов ⁵⁷Fe в цирконии составила 497 нм, общее число смещенных атомов 3.4х10²⁰, число смещений на атом (сна) 159. Растворимость Fe в Zr составляет 0.03%. Однако при облучении циркония ионами ⁵⁷Fe в результате термических рекомбинаций вакансий и междоузельных атомов внутри каскада смещений, обусловленных термическими пиками, происходит формирование интерметаллидов Zr₃Fe, ZrFe₂ и твердого раствора Zr (Fe).