Spectroscopic studies of defects in gamma- and neutron-irradiated magnesium aluminates spinel ceramics

Abstract

The spectroscopic investigations of defects in optical spinel ceramics irradiated with gamma-rays from ⁶⁰Co source and mixed neutron-gamma field in WWR reactor to neutron fluences of 1·10¹³ and 5·10¹³ n/cm² were provided. The obtained data on the dose dependence of intensity of absorption bands in the visible range allow to identify the origin of optical centers formed under irradiation. Absorption in IR range indicates on the presence in ceramics carbon-related complexes that become active after irradiation. The registered EPR signal of g = (2.0174±0.0005) and width of (46.1±1.5) G which corresponds to HO₂⁻ or O₃⁻ radicals. The dependences of the investigated centers on annealing temperature of the irradiated spinel ceramics show unusual increase in intensity of absorption and steady-state radio-luminescence in the temperature range of 200…400 °C. The role of complexes of defects including anti-site defects in formation and healing of defects in different temperature ranges are analyzed taking into account different mobility of cations and anions and specific mechanism of radio-luminescence.

Проведені спектроскопічні дослідження в оптичній кераміці шпінелі, опроміненій гамма-променями джерела ⁶⁰Co та змішаним гамма-нейтронним потоком у ВВР реакторі при потоках нейтронів 1·10¹³ та 5·10¹³ нейтр./см². Одержані дані із залежності інтенсивності смуг поглинання у видимій області дозволили ідентифікувати природу оптичних центрів, створених опромінюванням. Поглинання світла в інфрачервоній області вказує на присутність у кераміці комплексів, що містять вуглець та стають оптично активними після опромінення. Зареєстрований сигнал ЕПР з g = (2.0174 ±0.0005) і шириною (46.1±1.5) Гс, що відповідає HO₂⁻ - або O₃⁻ -радикалам. Залежність досліджених центрів від температури відпалу в опроміненій кераміці шпінелі демонструє незвичайне збільшення інтенсивності поглинання та стаціонарної люмінесценції в інтервалі температур 200…400 °C. Проаналізована роль комплексів дефектів, які включають дефекти антиструктури в створенні та відпалу дефектів у різних температурних областях з урахуванням різної рухливості катіонів та аніонів, а також специфіки механізму рентегнолюмінесценції.

Проведены спектроскопические исследования оптической керамики шпинели, облученной гамма-квантами источника ⁶⁰Co и смешанным гамма-нейтронным потоком в реакторе ВВР при потоках нейтронов 1·10¹³ и 5·10¹³ нейтр./см². Полученные данные из зависимости интенсивности полос поглощения в видимой области позволили определить природу оптических центров, созданных облучением. Поглощение света в инфракрасной области указывает на присутствие в керамике углеродсодержащих комплексов, которые становятся оптически активными после облучения. Зарегистрированный сигнал ЭПР с g = (2.0174 ±0.0005) и шириной (46.1±1.5) Гс, соответствующий HO₂⁻ - или O₃⁻ -радикалам. Зависимость концентраций исследованных центров от температуры отжига в облученной керамике шпинели демонстрирует необычный рост интенсивности поглощения и стационарной люминесценции в интервале температур 200…400 °C. Проанализирована роль комплексов дефектов, которые включают дефекты антиструктуры в образовании и отжиге дефектов в различных температурных областях с учетом различной подвижности катионов и анионов, а также специфики механизма рентгенолюминесценции.