Influence of ionizing radiation on the elemental content and structure of natural minerals

The granites of the Ukrainian crystalline shield and the Donetsk-Dnieper hollow of the Pre-Cambrian basement, discovered at a depth of 840…900 to 3420 m were irradiated on a KUT-1 linear electron accelerator with the following parameters: electron energy Е ≈ 7 MeV, average beam current I = 500 μA, temperature of the irradiated samples Т ∼ 40°С, absorbed dose Dₐᵦₛ = 10⁷ Gy. Gamma-activation analysis was used to determine the content of elements in the samples. The samples were irradiated by bremsstrahlung from the linear accelerator electron NSC KIPT with energy 23 MeV and current 500 μA. The structure and phase composition of samples were investigation by infrared spectroscopy in the frequency 400…4000 cm⁻¹. Crystal optical studies were carried out on polarizing microscope using immersion liquides. It is shown that high-energy electron irradiation of granites causes radiation-stimulated transformations in the structure and phase homogeneity of mineral. The most pronounced changes in biotites after high-energy electron irradiation of granites are manifested in a change in the color of biotite, apparently due to oxide phases Fe₂O₃ and Fe₃O₄. Considering the state of granites under radiation conditions it can be used for the immobilization and disposal of radioactive waste.Граніти Українського кристалічного щита та Донецько-Дніпровської впадини докембрійського фундаменту, виявлені на глибині від 840…900 до 3420 м, були опромінені на лінійному прискорювачі електронів КУТ-1 з такими параметрами: енергія електронів Е ≈ 7 МеВ, струмом 500 мкА. Температура опромінюваних зразків Т ∼ 40°С, поглинена доза Dпог = 10⁷ Гр. Для визначення вмісту елементів у пробах використовували гамма-активаційний аналіз. Зразки опромінювали гальмівним випромінюванням лінійного прискорювача електронів ННЦ ХФТІ з енергією 23 МеВ та струмом 500 мкА. Структуру та фазовий склад зразків досліджували методом інфрачервоної спектроскопії на частоті 400…4000 см⁻¹. Кристалооптичні дослідження проводилися на поляризаційному мікроскопі з використанням імерсійних рідин. Показано, що опромінення граніту високоенергетичними електронами викликає радіаційно-стимульовані перетворення у структурі та фазової однорідності мінералів. Найбільш виражені зміни біотиту після опромінення граніту високоенергетичними електронами проявляються у зміні забарвлення біотиту, мабуть, за рахунок оксидних фаз Fe₂O₃ та Fe₃O₄ Враховуючи стан гранітів у радіаційних умовах, його можна використовувати для іммобілізації та захоронення радіоактивних відходів

The effect of the external medium on the structuralphase transformations of quartzite upon high-energy electron irradiation

The structural transformations of the natural quartzite under the electron irradiation in doses range of 10⁷…10⁸ Gy in various medium were studied using IR-spectroscopy, X-ray diffraction, and crystal-optical analyzes. It was established that under the irradiation, both in air and in a water stream, intense crystallization of the amorphous component occurs, which is siliceous cement. The initial crystal structure of quartzite is also improved as a result of radiation annealing of defects and impurities present in the initial quartz. It was found that the water medium significantly accelerates these processes, however, in the studied doses range for both types of irradiation, degradation of the quartzite crystal structure is not observed.Методами ІЧ-спектроскопії, рентгеноструктурного і кристалооптичного аналізів вивчені перетворення структури природних кварцитів при опроміненні електронами в інтервалі доз 10⁷…10⁸ Гр у різних середовищах. Встановлено, що в результаті опромінення як на повітрі, так і в потоці води відбуваються інтенсивна кристалізація аморфної складової, яка представляє собою кремнеземистий цемент, а також вдосконалення вихідної кристалічної структури кварциту в результаті радіаційного відпалу дефектів і домішок, присутніх у вихідному кварці. Виявлено, що водне середовище істотно прискорює ці процеси, однак у досліджуваному діапазоні доз при обох видах опромінення не спостерігається будь-якої деградації кристалічної структури кварциту.Методами ИК-спектроскопии, рентгеноструктурного и кристаллооптического анализов изучены преобразования структуры природных кварцитов при облучении электронами в интервале доз 10⁷…10⁸ Гр в различных средах. Установлено, что в результате облучения как на воздухе, так и в потоке воды происходят интенсивная кристаллизация аморфной составляющей, которая представляет собой кремнеземистый цемент, а также совершенствование исходной кристаллической структуры кварцита в результате радиационного отжига дефектов и примесей, присутствующих в исходном кварце. Обнаружено, что водная среда существенно ускоряет эти процессы, однако в исследуемом диапазоне доз при обоих видах облучения не наблюдается какой-либо деградации кристаллической структуры кварцита

Use IR-spectroscopy in treatment oncological patients with bone metastasises by ¹⁵³Sm-oxabifor

Using infrared spectroscopy, we studied the character of intermolecular interactions in the samples blood plasma of oncological patients with bone metastases in the treatment of their modern β-emitter ¹⁵³Sm-oxabifor. The therapeutic dose of the ¹⁵³Sm-oxabifor was 1.0 mCi/kg of the patient’s body weight. Analysis of the IR spectra showed that already after the first course of palliative radionuclide therapy there is a tendency to balance the products of free radical nature and antioxidants, which indicates the effectiveness of the treatment. Molecular changes in the blood plasma of cancer patients with bone metastases registered using infrared spectroscopy are specific during palliative therapy.Методом ІЧ-спектроскопії вивчено характер міжмолекулярних взаємодій в зразках плазми крові онкологічних хворих з кістковими метастазами в процесі лікування їх сучасним β-випромінювачем ¹⁵³Sm-оксабіфором. Лікувальна доза препарату ¹⁵³Sm-оксабіфору становила 1,0 мКі/кг маси тіла хворого. Аналіз ІЧ-спектрів показав, що вже після першого курсу паліативної радіонуклідної терапії відзначається тенденція до збалансування продуктів вільнорадикальної природи і антиоксидантів, що свідчить про ефективність проведеного лікування. Зареєстровані за допомогою методу ІЧ-спектроскопії молекулярні зміни в плазмі крові онкологічних хворих з кістковими метастазами є специфічними під час проведення паліативної терапії.Методом ИК-спектроскопии изучен характер межмолекулярных взаимодействий в образцах плазмы крови онкологических больных с костными метастазами в процессе лечения их современным β-излучателем ¹⁵³Sm-оксабифора. Лечебная доза препарата ¹⁵³Sm-оксабифором составляла 1,0 мКи/кг массы тела больного. Анализ ИК-спектров показал, что уже после первого курса паллиативной радионуклидной терапии отмечается тенденция к сбалансированию продуктов свободнорадикальной природы и антиоксидантов, что свидетельствует об эффективности проводимого лечения. Зарегистрированные с помощью метода ИК-спектроскопии молекулярные изменения в плазме крови онкологических больных с костными метастазами являются специфическими в ходе проведения паллиативной терапии

Analysis of structural transformations in natural quartzites under the influence of gamma irradiation

Using the methods of IR spectroscopy, crystal-optical and XRD analysis the evolution of the structure of Ovruch deposit natural quartzites under the influence of γ-irradiation in the range of absorbed doses (Dabs = 10⁶…3.5⋅10⁷ Gy) has been researched. The elemental composition of natural quartzites was determined by the gamma activation method on a linear electron accelerator. It was found that as a result of irradiation the crystal structure of quartz, which forms the basis of quartzite, is improved due to radiation annealing of the defects in the initial structure. At the same time crystallization of amorphous silica, which fringes large grains of quartz, occurs with its transformation into fine-crystalline quartz. These processes do not lead to cracking in the quartzite rock. Obtained data indicates a high radiation resistance of the Ovruch deposit quartzites and confirms the prospects of using this geological formation as a natural barrier for the construction of radioactive waste long-term storage.За допомогою методів ІЧ-спектроскопії, кристалооптичного та рентгеноструктурного аналізів вивчена еволюція структури природних кварцитів Овруцького родовища під впливом γ-опромінення в інтервалі поглинених доз Dпогл = 10⁶…3,5⋅10⁷Гр. Визначений елементний склад природних кварцитів методом гаммаактивації на лінійному прискорювачі електронів. Встановлено, що в результаті опромінення кристалічна структура кварцу, що становить основу кварциту, вдосконалюється внаслідок радіаційного відпалу дефектів вихідної структури. Одночасно відбувається кристалізація аморфного кремнезему, що окаймляє великі зерна кварцу, з перетворенням його в дрібнокристалічний кварц. Ці процеси не призводять до утворення тріщин у кварцитовій породі. Отримані дані свідчать про високу радіаційну стійкість кварцитів Овруцького родовища і підтверджують перспективність використання даної геологічної формації як природного бар'єру для спорудження довготривалого сховища радіоактивних відходів.С помощью методов ИК-спектроскопии, кристаллооптического и рентгеноструктурного анализов изучена эволюция структуры природных кварцитов Овручского месторождения под влиянием облучения γ-квантами в интервале поглощенных доз Dпогл = 10⁶…3,5⋅10⁷Гр. Определен элементный состав природных кварцитов методом гамма-активации на линейном ускорителе электронов. Установлено, что в результате облучения кристаллическая структура кварца, составляющего основу кварцита, совершенствуется вследствие радиационного отжига дефектов исходной структуры. Одновременно происходит кристаллизация аморфного кремнезема, окаймляющего крупные зерна кварца, с превращением его в мелкокристаллический кварц. Эти процессы не приводят к трещинообразованию в кварцитовой породе. Полученные данные свидетельствуют о высокой радиационной стойкости кварцитов Овручского месторождения и подтверждают перспективность использования данной геологической формации в качестве природного барьера для сооружения долговременного хранилища радиоактивных отходов

Elemental, phase and structural analysis of gallstones with hiatal hernias in patients of Kharkiv region

Gamma activation method on linac NSC KIPT, IR-spectrometry and crystal-optical investigations have been used to determinate the content of elements, the phase analysis and structural features of a different organic and inorganic compound in gallstones of patients with hiatal hernia in Kharkiv region. It is shown that it is possible to establish the presence in gallstones of such compounds as bilirubin and its salts, calcium phosphates, calcium carbonate, and different microelements. In the main, the patients of the Kharkiv region have gallstones of mixed type with a combination of cholesterol, calcium carbonate bilirubinate.Гамма-активаційний аналіз на лінійному прискорювачі електронів ХФТІ, ІЧ-спектрометрія та кристалооптичні дослідження використовувались для аналізу вмісту елементів, фазового аналізу та структурних особливостей різного органічного і неорганічного складів жовчних каменів пацієнтів у Харківській області. Показано, що можливо встановити наявність у жовчних каменях таких сполук, як білірубін та його солі, фосфати кальцію, карбонат кальцію та різних міроелементів. В основному у пацієнтів Харківської області містяться жовчні камені змішаного типу з комбінацією холестерину, білірубінату карбонату кальцію.Гамма-активационный анализ на линейном ускорителе ХФТИ, ИФ-спектрометрия и кристалло-оптические исследования использовались для анализа содержания элементов, фазового анализа и структурных особенностей различного органического и неорганического составов жёлчных камней пациентов в Харьковской области. Показано, что можно установить присутствие в жёлчных камнях таких соединений, как билирубин и его соли, фосфаты кальция, карбонат кальция и различных микроэлементов. В основном у пациентов Харьковской области содержатся жёлчные камни смешанного типа с комбинацией холестерина, билирубината карбоната кальция

Analysis of uranium mobility and concentration process in objects of environment and patients’ kidney stones in Kharkiv region

The specific activity of ²³⁵U and content of native uranium for the Kharkiv region in drinking water, soil, roots, the leaf of hydrophyte “Pistia stratiotes” and the samples of kidney stones obtained from patients with urolithiasis were measuring by using gamma activation analysis on linac accelerator of NSC KIPT. The whole sample contained alpha-emitter uranium.Проведено гамма-активаційний аналіз на ЛПЕ ННЦ ХФТІ для визначення вмісту природного урану та активності ²³⁵U у зразках навколишнього середовища (воді, ґрунті, водній рослині (гідрофіт)), а також у ниркових каменях пацієнтів. У всіх досліджених зразках був зареєстрований альфа-випромінювач ²³⁵U, який представляє значну небезпеку як для екосистеми, так і для здоров’я людини. Завдяки методу ІЧспектроскопії було показано, що для мешканців Харківського регіону характерна наявність ниркових каменів змішаного мінерального складу, домінуючим компонентом якого є вевеліт (моногідрат оксалату кальцію).Проведен гамма-активационный анализ на ЛУЭ ННЦ ХФТИ определения содержания природного урана и удельной активности ²³⁵U в объектах окружающей среды (воде, почве, водном растении (гидрофит)), а также в почечных камнях пациентов. Во всех исследуемых образцах был обнаружен альфа-излучатель ²³⁵U, который представляет серьезную опасность как для экосистемы, так и для здоровья человека. С помощью ИК-спектроскопии было показано, что для жителей Харьковского региона характерно наличие почечных камней смешанного минерального состава, доминирующим компонентом которого является вевеллит (моногидрат оксалата кальция)

Variation of impurity element content,structure and phase composition of the teeth at inflammatory odontogenic diseases

Gamma-activation analysis on LUE NSC KIPT was used to measure macro-, microelements and ²²⁴,²²⁶,²²⁸Ra in intact teeth and teeth with in ammatory odontogenic diseases. A comparative analysis of the phase composition of the teeth was carried out. It is shown that the size of apatite crystals in intact teeth is ∼3 times higher than in teeth with acute odontogenic diseases. The latter indicates the presence of an amorphous phase of carbonate inclusions and structurally unbound water.Гамма-активаційний аналіз на ЛПЕ ННЦ ХФТІ був використаний для вимірювання макро-, мікроелементів і ²²⁴,²²⁶,²²⁸Ra в інтактних зубах і зубах з гострими одонтогенними захворюваннями. Проведено порівняльний аналіз фазового складу зубів. Показано, що розмір кристалів апатиту в інтактних зубах в ∼3 рази більше, ніж у зубах при гострих одонтогенних захворюваннях. В останніх відзначено наявність аморфної фази карбонатних включень і структурно незв'язаної води.Гамма-активационный анализ на ЛУЭ ННЦ ХФТИ был использован для измерения макро-, микроэлементов и ²²⁴,²²⁶,²²⁸Ra в интактных зубах и зубах с острыми одонтогенными заболеваниями. Проведен сравнительный анализ фазового состава зубов. Показано, что размер кристаллов апатита в интактных зубах в ∼3 раза больше, чем в зубах при острых одонтогенных заболеваниях. В последних отмечено наличие аморфной фазы карбонатных включений и структурно несвязанной воды

Investigation of actinide simulators migration in granite and tuff irradiated by gamma-quanta

Granite and tuff specimens have been γ- irradiated to the absorbed doses ranging from 10⁷ to 3.0·10⁸ Gy. Penetration profiles of cerium ¹³⁹Ce (actinide simulator) in granite and tuff specimens (before and after γ-irradiation) were measured by means of nuclear physics methods. The irradiation has led to an increase in the cerium diffusion coefficients by several orders of magnitude. The irradiation to 3.0·10⁸ Gy has caused the mechanical fracture of granite whereas the tuff specimens have retained their integrity while showing the appearance of microcracks.Образцы гранита и туфа были облучены гамма-квантами до доз 10⁷…3.0·10⁸ Гр. С помощью ядерно-физических методов получены профили проникновения церия ¹³⁹Ce (имитатора актинидов) до и после облучения. Облучение привело к значительному увеличению коэффициентов диффузии церия. Облучение до дозы 3.0·10⁸ Гр привело к механическому разрушению образцов гранита. Образцы туфа сохранили свою целостность, но в них выявлены нарушения структуры за счет появления микротрещин.Зразки граніту і туфу було опромінено гамма-квантами до доз 10⁷…3.0·10⁸ Гр. За допомогою ядерно- фізичних методів отримані профілі проникнення церію ¹³⁹Ce (імітатора актинідів) до і після опромінення. Опромінювання зразків природних матеріалів привело до значного збільшення коефіцієнтів дифузії церію. Опромінення до дози 3.0·10⁸ Гр привело до механічного руйнування зразків граніту. Зразки туфу зберегли свою цілісність, але у них виявлені порушення структури за рахунок появи мікротріщин

The effect of gamma radiation on structure of struvite-К

The effect of gamma radiation upon functional characteristics of nanostructural struvite-K is analyzed. Spectra of absorption struvite-K have been measured in infra-red area. Results of a microstructure of samples after of a gamma irradiation to a dose 1.35·10⁵Gy are described. It has shown that after gamma irradiation the phase composition of the sample essentially does not change, and there is a crystallization of amorphous phosphate and the structural or-dering of struvite-K and magnesite occurs.Аналізується вплив гамма-випромінювання на функціональні характеристики наноструктурного струвіту-K. Були виміряні спектри поглинання струвиту-K в інфрачервоній області. Описано результати мікроструктури зразків після гамма-опромінення до дози 1.35·10⁵Град. Було показано, що після гамма-опромінення фазовий склад зразка істотно не змінюється, а відбувається кристалізація аморфного фосфату і структурне впорядкування струвіту-К і магнезиту.Анализируется влияние гамма-излучения на функциональные характеристики наноструктурного струвита-K. Были измерены спектры поглощения струвита-K в инфракрасной области. Описаны результаты микроструктуры образцов после гамма облучения до дозы 1.35·10⁵Град. Было показано, что после гамма-облучения фазовый состав образца существенно не меняется, а происходит кристаллизация аморфного фосфата и структурное упорядочение струвита-К и магнезита

Stabilization of nano-sized structures in the volume of single-crystalline silicon for photoconverters

The paper considers the possibilities of stabilization of microstructures created in the latent tracks in single-crystalline silicon by multicharged ions from the nuclear fragments formed as a result of heavy element photofission in the process of hydrogenating. The presence of hydrogen in the amorphous silicon structures leads to the clustering of vacancies, intrinsic interstitial and impurity atoms. For quantum structures, passivated with hydrogen atoms, the annihilation process is slowed down. In the process of annealing the silicon structures the strong (Si − H)n-bonds prevent the defect annihilation and thus stimulate the processes of precipitation and clusterization. Hydrogen, filling the irradiation-broken bonds, neutralizes their electrical activity. Optimal conditions for stabilisation of such structures are determined: irradiation doses, methods of hydrogenation and dissociation of H2, annealing parameters.Розглядаються можливостi стабiлiзацiї мiкроструктур, створюваних в прихованих треках в монокристалiчному кремнiї багатозарядними iонами з осколкiв ядер важких елементiв при їх фотодiленнi, в процесi гiдрування. Присутнiсть водню в аморфних структурах кремнiю приводить до кластеризацiї вакансiй, власних мiжвузельних i домiшкових атомiв. Для квантових структур, пасивованих атомами водню, процес анiгiляцiї загальмований. При вiдпалi кремнiєвих структур мiцнi (Si − H)n-зв’язки перешкоджають анiгiляцiї дефектiв i тим самим стимулюють процеси преципiтацiї i кластеризацiї. Водень, заповнюючи обiрванi в результатi опромiнювання зв’язки, нейтралiзує їх електричну активнiсть. Визначено оптимальнi умови створення таких структур: дози опромiнювання, методи гiдрування та дисоцiацiї H2, режими вiдпалу.Рассматриваются возможности стабилизации микроструктур, создаваемых в скрытых треках в моно-кристаллическом кремнии многозарядными ионами из осколков ядер тяжелых элементов при их фото- делении, в процессе гидрирования. Присутствие водорода в аморфных структурах кремния приводит к кластеризации вакансий, собственных межузельных и примесных атомов. Для квантовых структур, пассивированных атомами водорода, процесс аннигиляции заторможен. При отжиге кремниевых структур прочные (Si − H)n-связи препятствуют аннигиляции дефектов и тем самым стимулируют процессы преципитации и кластеризации. Водород, заполняя оборванные в результате облучения связи, нейтрализует их электрическую активность. Определены оптимальные условия создания таких структур: дозы облучения, методы гидрирования и диссоциации H2, режимы отжига