Влияние бета-облучения на параметры активности микропорошков алюминия

Abstract

Актуальность. Микропорошки алюминия являются сырьем для многих отраслей промышленности: порошковой металлургии, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза новых материалов, водородной энергетики, пиротехники и ракетных топлив. Улучшение характеристик порошков алюминия способствует повышению их качества. Известные способы активирования порошков алюминия путем введения в состав алюминия добавок редкоземельных элементов, соединений ванадия, кремния, бора и других элементов приводит к загрязнению алюминия примесями. Облучение микропорошков ?-частицами с энергией менее 8 МэВ не приводит к наведенной радиоактивности и в то же время активирует микропорошки алюминия. Цель: получение и объяснение экспериментальных данных по изменению параметров активности микропорошков алюминия после их облучения в зависимости от дозы ?-облучения. Объекты: микропорошки алюминия АСД-6, АСД-6М, АСД-8, АСД-10, полученные распылением расплава алюминия. Методы: дифференциальный термический анализ, рентгенофазовый анализ, методика облучения микропорошков алюминия ?-излучением, методика расчета параметров активности порошков алюминия. Результаты. Получены количественные показатели реакционной способности микропорошков алюминия АСД-6, АСД-6M, АСД-8 и АСД-10 до и после облучения ?-излучением ускорителя ЭЛУ-4 с энергией 4 МэВ, т. е. энергией существенно ниже порога фотоядерных реакций, приводящих к наведенной активности. Дозы облучения образцов порошков составляли 1, 2, 4 Мрад. После ?-облучения температура начала окисления снизилась максимально на 205 °С; максимальная скорость окисления возросла на 0,19 мг/мин (106 %); степень окисленности микропорошка АСД-6М повысилась на 18,9 %, а микропорошка АСД-10 минимально понизилась на 12,3 %; удельный тепловой эффект окисления после всех доз ?-облучения увеличился максимально для АСД-10 на 188,6 кДж/моль. Запасание энергии микропорошками после ?-облучения связано с формированием двойного электрического слоя в частицах алюминия.

The relevance. Aluminum micropowders are the precursors in many industries, such as powder metallurgy, self-propagating high-temperature synthesis of new materials, hydrogen energy, pyrotechnics and rocket fuels. Improvement of characteristics of aluminum powders contributes to their quality. The known methods of aluminum powders activation by addition of rare-earth elements, vanadium compounds, silicon, boron and other elements into the aluminum mixtures composition lead to contamination of aluminum with impurities. b-radiation exposure of micropowders with the energy less than 8 MeV does not lead to induced radioactivity and activates aluminum micropowders at the same time. The main aim of the paper was reception and explanation of experimental results on the activity parameters of aluminum micro-powders after exposure, depending on the b-radiation dose. Objects: micron-scaled aluminium powders ASD-6, ASD-6М, ASD-8, ASD-10 obtained by aluminium fusion sputtering. Methods: differential thermal analysis, X-ray diffraction analysis, the method of aluminum micropowders exposure with b-radiation, the method of calculation of the activity parameters of aluminum powders. Results. The quantitative indicators of the ASD-6, ASD-6М, ASD-8, ASD-10 aluminum micro-powders reactivity before and after expo- sure in the ELU-4 accelerator by 4-MeV b-radiation (i. e. the energy is significantly lower than the threshold of photonuclear reactions) were obtained in the work. The doses of powder samples exposure were 1, 2, 4 Mrad. After b-radiation exposure the oxidation start temperature decreased maximally to 205 °C- maximum oxidation rate increased by 0,19 mg/min (106 m%)- the oxidation degree of the ASD-6M micropowder increased by 18,9 %, and of the ASD-10 minimally decreased by 12,3 %- the specific thermal effect of oxidation after all doses of b-radiation increased maximally for ASD-10 by 188,6 kJ/mol. Energy storage by micropowders after b-radiation is caused by the formation of a double electric layer in aluminum particles.