Сплавообразование рутения с кюрием и технецием Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 539.125

СПЛАВООБРАЗОВАНИЕ РУТЕНИЯ С КЮРИЕМ И ТЕХНЕЦИЕМ

© 2012 Е.М. Пичужкина1,2, К.В. Ротманов2, В.М. Радченко 2, С.В. Томилин2

1 Ульяновский государственный университет 2 ОАО «ГНЦ НИИ атомных реакторов», г. Димитровград

Поступила в редакцию 20.11.2012

Представлены результаты рентгенографического исследования сплавов платиноида рутения с кюрием-244 и технецием.

Ключевые слова: кюрий, металлический технеций, рутений, рентгеновский дифрактометрический анализ, сплав, кристаллическая структура, параметры кристаллической решетки (ПКР).

1. ВВЕДЕНИЕ

Исследование системы Ru-Cm является продолжением изучения сплавообразования кюрия с элементами группы платиновых металлов. Ранее были получены интерметаллиды Cm с Pt, Ir, Rh [1].

Исследование сплавообразования рутения с технецием проводится в рамках работ по изучению трансмутации технеция. Этот процесс с приемлемой скоростью может быть реализован в высокопоточном реакторе СМ-3 (Димитровград, Россия). Для последующего выделения рутения из облученных образцов необходимы сведения о фазовых соотношениях в системе технеций-рутений в условиях облучения. В настоящей работе с использованием метода рентгеновской диф-рактометрии изучены образцы металлического технеция, а также образцы технеция, облученные в реакторе до накопления 19, 45, 70% рутения.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Образец сплава Ru с 244Cm был получен методом торий-термического восстановления оксида кюрия с одновременной конденсацией паров металлического кюрия на плоскую подложку из рутения. Содержание кюрия в образце определяли по количеству испускаемых нейтронов спонтанного деления 244Cm методом сравнения с эталоном. Было установлено, что образец содержит примерно 365 мкг кюрия.

Сплавы Ru с Tc были получены в результате

Пичужкина Елена Михайловна, аспирант УлГУ, научный сотрудник ОАО «ГНЦ НИИАР». E-mail: [email protected]. Ротманов Константин Владиславович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник. E-mail: [email protected]

Радченко Вячеслав Михайлович, доктор химических наук, начальник лаборатории.

Томилин Сергей Васильевич, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник. E-mail: [email protected]

облучения металлического технеция в реакторе СМ. По данным спектрофотометрического и эмиссионного спектрального анализа содержание рутения в исследуемых образцах составляло 19, 45 и 70 %.

Образцы исследовали рентгеновским диф-рактометрическим методом при комнатной температуре. Использовали отфильтрованное (№-фильтр) немонохроматизированное медное Ка-излучение. Угловое положение рефлексов корректировали по рефлексам кубической решетки алмаза, наносимого тонким слоем на поверхность образцов при каждой съемке. Рентгенографическую идентификацию фаз выполняли с использованием картотеки А8ТМ [2] и компьютерного банка данных по кристаллическим структурам неорганических материалов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 3.1. Сплавы рутения с кюрием

Исходная рентгенограмма образца (РГ1) была получена через 6 часов после его изготовления. После 68 сут хранения на воздухе образец был отожжен в высоком вакууме (0,1 мПа) при 1000-11000С. Затем было снято еще несколько рентгенограмм - сразу после отжига образца (РГ2), а также в ходе выдержки его на воздухе при комнатной температуре (с целью наблюдения динамики изменения дифракционной картины).

На исходной рентгенограмме образца РГ1 были выявлены рефлексы, принадлежащие следующим кристаллическим решеткам:

- ГПУ решетке металлического Яы;

- гексагональной решетке типа 1п2М§, идентифицированной, по аналогии с Яы2Сй [2], как интерметаллид Яы2Ст;

- моноклинной решетке В-Ст203.

Расчетные параметры кристаллической решетки интерметаллида Яы2Ст приведены в табл.1.

Таблица 1. Расчетные ПКР интерметаллидов кюрия, обнаруженных на рентгенограммах образца системы Яы- Ст

Фаза Сингония (пространственная группа) п Параметры решетки

а, нм с, нм V, нм3

РГ1

Яц2Сш Гексагональная (Р63/ттс) 9 0,5279(1) 0,8812(3) 0,2127(1)

РГ2

ЯцзСш Кубическая (Рт3т) 4 0,4151(2) - 0,0715(1)

Примечания: п - число рефлексов в расчетном наборе. V - объем элементарной ячейки. В скобках после значений параметров решетки приведены ошибки определения последнего знака.

На рентгенограмме образца РГ2 были выявлены рефлексы, отнесенные к следующим кристаллическим решеткам:

- ГПУ решетке металлического Ки;

- кубической решетке типа Сы3Аы, идентифицированной, по аналогии с ЯН£т [1], как интер-металлид Яы3Ст;

- моноклинной решетке В-Ст20}.

Расчетные параметры кристаллической решетки интерметаллида Яы£т приведены в табл. 1.

Установлено, что параметры кристаллической решетки рутения после конденсации кюрия не изменились, что свидетельствует об отсутствии растворимости кюрия в рутении.

3.2. Сплавы рутения с технецием

Результаты рентгенографического фазового анализа исследованных образцов обобщены в табл. 2.

Наиболее сильные и многочисленные рефлексы во всех облученных образцах дает ГПУ-фаза твердого раствора рутения в технеции (рис. 1),

изоструктурная с ГПУ-фазой металлического Тс (табл. 2, Тс-Ки). Особенностью дифракционной картины этой фазы во всех образцах, начиная с необлученного Тс и заканчивая образцом Тс-70%Ки, является плохое разрешение Ка-дублетов на больших углах отражения, что свидетельствует, по-видимому, о заметной дефектности кристаллической структуры этой фазы. Другая особенность этой фазы заключается в текстурированно-сти, т.е. в перераспределении интенсивности с усилением отражений типа 00/. Последнее обстоятельство является, видимо, следствием способа приготовления металлических дисков с использованием прокатки.

Значения параметров кристаллической решетки твердого раствора Тс-Ки зависят от содержания рутения (табл. 2) и находятся между значениями параметров чистых компонентов.

На дифрактограммах всех без исключения образцов обнаружены 2-3 слабых рефлекса на передних углах (рис. 1), местоположение и относительная интенсивность которых практически

Таблица 2. Результаты рентгенографического анализа сплавов Ки-Тс

Образец Фазовый Число ПКР, нм

наблюдаемых а с

состав рефлексов фазы

Тс Тс 10 0,2740(1) 0,4397 (1)

НФ 3

Тс-Яи 8 0,2730(1) 0,4356(1)

Тс-19%Яи НФ 2

ГПУ 5 0,2778(14) 0,4508(16)

Тс-Яи 10 0,2724(1) 0,4330(1)

Тс-45%Яи НФ 3

ГПУ 6 0,2784(5) 0,4514(5)

Тс-Яи 10 0,2716(2) 0,4299(1)

Тс-70%Яи НФ 3

ГПУ 4 0,2785(1) 0,4509(1)

Примечание (здесь и далее): НФ - неизвестная фаза

Рис. 1. Дифрактограмма образца Тс-45 %Ии: 1 - пики неизвестной фазы; 2 - пики неизвестной фазы ГПУ-типа; 3 - пики твердого раствора Тс-Ии; 4 - пики алмаза

одинаковы для всех образцов. По-видимому, они принадлежат фазе, которая изначально присутствовала во всех образцах (табл.2, НФ).

Кроме того на рентгенограммах всех облученных образцов обнаружены слабые рефлексы фазы, которая была интерпретирована как вторая ГПУ-фаза с параметрами решетки а = 0,278 - 0,279 нм и с = 0,450 - 0,452 нм (табл.2, ГПУ; рис. 1). Существование этой фазы не укладывается в рамки представлений о твердом растворе Тс-Ии, и для выяснения ее природы необходимы дополнительные исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате проведенных исследований сплава рутения с кюрием были рентгенографически идентифицированы новые соединения: интерметаллид Ии2Ст с гексагональной решеткой типа Zn2Mg (ПКР а = 0,5279(1) нм, с = 0,8812(3) нм) и интерметаллид ИиЗСт с кубической решеткой типа СиЗАи (ПКР

а = 0,4151(2) нм).

Рентгенофазовый анализ облученных в реакторе образцов металлического технеция показал, что при накоплении рутения образуются гомогенные твердые растворы рутений-технеций с ГПУ структурой; параметры их кристаллической решетки а и с закономерно уменьшаются с увеличением концентрации рутения.

Работа частично финансируется в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы»

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Радченко В.М., Селезнев А.Г., Рябинин М.А. и др. «Синтез и изучение бинарных соединений актиноидов и лантаноидов. XVIII. Исследование сплавов 244Cm с платиной, иридием и родием, полученных конденсацией паров металлического кюрия» // Радиохимия. 1994. Т. 36. Вып.4. С. 299-303.

2. X-Ray Diffraction Data Cards. Joint Committee on Powder Diffraction Standards. Amer. Soc. for Testing Materials (ASTM). Philadelphia. 1999.

FORMATION OF RUTHENIUM ALLOYS WITH CURIUM AND TECHNETIUM

© 2012 E.M. Pichuzhkina1-2, K.V. Rotmanov2, V.M. Radchenko 2, S.V. Tomilin2

1 Ulyanovsk State University 2 Joint Stock Company "State Scientific Center Research Institute of Atomic Reactors", Dimitrovgrad

Presented are results of x-ray examination of ruthenium compounds with curium and technetium. Key words: curium, metallic technetium, ruthenium, X-ray diffractometry analysis, alloy, crystal structure, lattice parameters.

Elena Pichuzhkina, Graduate Student, Research Fellow. E-mail: [email protected]

Konstantin Rotmanov, Candidate of Chemical Sciences, Senior Research Fellow. E-mail: [email protected] Vyacheslav Radchenko, Doctor of Chemical Sciences, Head at the Laboratory of Sources Technology. Sergey Tomilin, Candidate of Chemical Sciences, Leading Research Fellow. E-mail: [email protected]