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

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