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

Application of gamma activation analysis for research of Cs and I diffusion into a glassceramic matrix

Nuclear reactions ¹³³Cs(γ,n)¹³²Cs, ¹²⁷I(γ,n)¹²⁶I were utilized for research of Cs and I diffusion in glassceramic matrices. The glassceramic matrix was manufactured with the help of hot isostatic pressing at 910°C and pressure 100 MPa. Diffusivities of cesium and iodine in a grain and through interphase boundary at 600°C were equal 10⁻¹¹ and 7.9⋅10⁻⁹ sm²/s, accordingly. The decrease of iodine diffusivity in a grain was observed at 750°C. A method of manufacture of glassceramic matrix for long-lived storage and nuclear-waste disposal ¹²⁹I is proposed.Ядерные реакции ¹³³Cs(γ,n)¹³²Cs, ¹²⁷I(γ,n)¹²⁶I использовались для исследования диффузии Cs и I в стеклокерамической матрице. Стеклокерамическая матрица изготовлена при помощи газостатического прессования при 910°С и давлении 100 МПа. Коэффициенты диффузии цезия и йода в зерне и по границам зерен при 600°С составили 10⁻¹¹ и 7,9⋅10⁻⁹ см²/с, соответственно. Обнаружено уменьшение коэффициента диффузии йода в зерне при 750°С. Предложен способ создания матрицы для захоронения ¹²⁹I.Ядерні реакції ¹³³Cs(γ,n)¹³²Cs, ¹²⁷I(γ,n)¹²⁶I використовувалися для дослідження дифузії Cs та I у склокерамічній матриці. Склокерамічна матриця виготовлена за допомогою газостатичного пресування при 910°С і тиску 100 МПа. Коефіцієнти дифузії цезію і йоду в зерні і по границях зерен при 600° С склали 10⁻¹¹ та 7,9⋅10⁻⁹ см²/с, відповідно. Виявлено зменшення коефіцієнта дифузії йоду в зерні при 750°С. Запропоновано спосіб створення матриці для поховання ¹²⁹I

Phase composition evolution of co-precipitated zirconium and yttrium hydroxides during heat treatment

Formation of complex amorphous hydroxide at co-precipitation of zirconium and yttrium hydroxides has been investigated by X-ray phase analysis and thermal analysis. Its thermal decomposition occurs in a single stage in the temperature interval 20-400°C and results in formation of amorphous zirconia. Parameters of amorphous zirconia "halo" are determined and absence of their dependence on the precursor compound and mass content of yttrium oxide is established. Crystallization temperature of amorphous zirconia (500 to 600°C), average size of coherent-scattering region (28±3 nm) and crystal structure of the phase obtained have been determined. The phase composition evolution depending on heat treatment temperature has been traced in the sequence complex amorphous zirconium/yttrium hydroxide amorphous zirconia - tetragonal zirconia. In this case yttrium, while not forming independent phases, is successively a component of complex amorphous hydroxide, amorphous oxide and tetragonal zirconia.Формування складного аморфного гідроксиду при спільному осадженні гідроксидів цирконію та ітрію досліджено методами рентгенівського фазового та термічного аналізів. Його термічний розклад проходить в одну стадію в інтервалі температур 20-400°С і завершується формуванням аморфного оксиду цирконію. Визначено параметри "гало" аморфного оксиду цирконію та встановлено відсутність їх залежності від сполуки-попередника та масового вмісту оксиду ітрію. Визначено температуру кристалізації аморфного оксиду (500-600°С), середній розмір областей когерентного розсіювання (28±3 нм) і структуру отриманої кристалічної фази. У залежності від температури термообробки простежено еволюцію фазового складу у низці: складний аморфний гідроксид цирконію та ітрію - аморфний оксид - тетрагональний оксид цирконію. При цьому ітрій, не утворюючи самостійних фаз, послідовно входить до складного аморфного гідроксиду, аморфного оксиду та тетрагонального оксиду цирконію.Исследовано формирование сложного аморфного гидроксида при совместном осаждении гидроксидов циркония и иттрия методами рентгеновского фазового и термического анализов. Его термическое разложение проходит в одну стадию в интервале температур 20-400°С и завершается формированием аморфного оксида циркония. Определены параметры "гало" аморфного оксида циркония и установлено отсутствие их зависимости от соединения-предшественника и массового содержания оксида иттрия. Определены температура кристаллизации аморфного оксида (500-600°С), средний размер областей когерентного рассеяния (28±3 нм) и структура полученной кристаллической фазы. В зависимости от температуры термообработки прослежена эволюция фазового состава в ряду: сложный аморфный гидроксид циркония/иттрия - аморфный оксид - тетрагональный оксид циркония. При этом иттрий, не образуя самостоятельных фаз, последовательно входит в состав сложного аморфного гидроксида, аморфного оксида и тетрагонального оксида циркония

Synthesis, morphology, and compactibility of tetragonal zirconia nanopowders

Fine-grained powders of tetragonal zirconia have been obtained by joint precipitation from aqueous zirconium and yttrium nitrate solutions followed by synthesis under thermal decomposition of hydroxides. The powders show three ordering levels, namely, conglomerates, agglomerates, and "primary" particles. The powder consists mainly of large ellipsoidal conglomerates of 1.5 to 2 μM size, the smaller agglomerates of 0.5 to 1 μM size and mostly irregular shape forming the minor fraction. Both conglomerates and agglomerates consist of rounded or irregular "primary" particles of 30 to 60 nm size. The studied tetragonal zirconia powders show a good compactibility providing the attainable high relative density (48 %) under a reasonable compacting pressure (256 MPa)