Кинетика диффузионных процессов для меченых атомов углерода и кислорода в системе Zr – O – C
Институт физики металлов УрО РАН , Институт химии твердого тела УрО РАН, Университет Фридриха Шиллера, г. Йена, Германия
Проведено исследование диффузии меченых атомов 13С в оксидах циркония. Постановка исследования связана с задачей разработки материалов для мишеней ускорителей, использующих технологию изотопного разделения on-line. Диффузионный источник атомов 13С создавался с помощью ионной имплантации. Его характеристики определяли с помощью методик ядерного микроанализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Диффузионные отжиги образцов в интервале температур 850 – 1000 0С проводили на воздухе. Коэффициенты диффузии находились при анализе зависимости от времени отжига содержания меченых атомов 13С в образце, при этом использовалось решение второго уравнения Фика для соответствующих начальных и граничных условий. Концентрации изотопа 13С в образцах измерялись с помощью методики ядерного микроанализа, использовалась реакция 13C(d,p) 14C. Установлен очень низкий уровень значений для коэффициентов диффузии углерода. Энергия активации диффузии составила 2.7 эВ. Обнаружено также, что присутствие атомов углерода в оксиде ZrO2 приводит к уменьшению коэффициентов диффузии кислорода. Выдвинуто предположение, что ионы углерода и структурные кислородные вакансии оксида образуют малоподвижные комплексы, что обуславливает низкие значения коэффициентов диффузии в оксиде как ионов кислорода, так и углерода.
Ключевые слова: диффузия, имплантация, оксид циркония, ядерный микроанализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, коэффициенты диффузии
