Russiske fysikere syntetiserer materialer til genanvendelse af radioaktivt affald

Eksperter fra National Research Nuclear University MEPhI har opgraderet en metode til at syntetisere komplekse oxider. Dette vil resultere i materialer med de bedste egenskaber til at skabe genanvendelsesmatricer for radioaktivt affald og varmebestandige keramiske belægninger. Ud over, de nye materialer kan fungere som varmebestandige belægninger i flymotorer og turbiner.

I de seneste år, forskere har studeret komplekse oxider i Ln ₂ O ₃ -MO ₂ systemer, hvor Ln betegner sjældne jordarters grundstoffer, hvor M står for et grundstof i titanium-undergruppen. Forskere er interesserede i faseovergangsfænomenet for en konvertering fra "orden" til "kaos". Dette fænomen omhandler placeringen af ​​atomer inde i krystalgitre.

Som regel, forskningsartikler giver data opnået under undersøgelser af strukturen og egenskaberne af krystalliseret Ln ₂ M ₂ O ₇ forbindelser, opnået ved anvendelse af en højtemperatur fastfasesyntesemetode. I dette tilfælde, forskere er interesserede i den amorfe forbindelses overgang til en krystallinsk tilstand.

Ifølge forskningspapirets forfattere, denne metode gør det umuligt at indsamle data om dannelsen af ​​nanokrystalstrukturer og deres udvikling.

MEPhI-forskere brugte en anden syntesemetode baseret på affyring af a priori amorfe forstadier til fremtidige stoffer opnået ved aflejring af metal-saltopløsninger, ved forskellige temperaturer.

"Vi observerede processen med at ændre den atomare og elektroniske struktur af de ovennævnte komplekse oxider under evolutionen, såvel som udviklingen af ​​amorfe stoffer til nanokrystal- og krystalstrukturer, for første gang, " sagde professor Alexei Menushenkov fra Institut for faststoffysik og nanosystemer. "Vi beviste, at røntgenabsorptionsspektroskopi og kombineret dispersionsspektroskopi er følsomme over for elektroniske og atomare strukturændringer i komplekse oxider, afhængigt af typen af ​​sjældne jordarters grundstoffer og tilberedningsmetoder, " han tilføjede.

Brugen af ​​unik forskning og kombinerede metoder blev et vigtigt aspekt af dette arbejde. Forskere brugte røntgenabsorptionsspektroskopimetoden og røntgendiffraktion, der involverede synkrotronstråling, den kombinerede dispersionsspektroskopimetode og infrarød spektroskopi, Røntgen scanning elektronmikroskoper med energi-dispersion analyse funktioner og termisk gravimetrisk analyse.

En kombination af disse komplicerede og dyre metoder gav os data om et stofs skiftende kation- og anionstrukturer. Yderligere metoder blev brugt til at analysere stofprøver.

Forskerne brugte udvidet røntgenabsorption finstruktur (EXAFS) og røntgenabsorption nær kantstruktur (XANES) metoder til at studere ændringer i et materiales atomare og elektroniske struktur på BM08 (LISA) stationen i European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) ) i Grenoble, Frankrig, under HC-3039-projektet til brug af stråleudsendere, med Menushenkovs team, der vandt et udbud og fik tilladelse til at bruge dem.

Ifølge forskerne, projektets resultater er vigtige for grundforskning og i forbindelse med opnåelse af optimale egenskaber af komplekse oxider til forskellige praktiske anvendelser. De nye keramiske materialer kan bruges til at lave varmebeskyttende belægninger, matrixer til genanvendelse af radioaktivt affald og til faststofbrændselselementer. Det er også muligt at bruge dem til fremstilling af neutronabsorberende materialer i atomreaktorer.