Анотація до роботи:

Щур А.О. Використання характеристичного рентгенівського випромінювання, збуджуваного протонами, для визначення вмісту цирконієвих сплавів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.21 – радіаційна фізика та ядерна безпека. – Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут”, Харків, 2002.

Дисертацію присвячено вимірюванню перерізів збуджування характеристичного рентгенівського випромінювання (х.р.в.) К-серії атомів елементів: K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo протонами з енергіями 1,0…2,5 МеВ; розробці методики аналізу цирконію та сплавів на його основі на вміст елементів: Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zr, Nb, Hf та Pb; перевірці рівномірності розподілу концентрації ніобію в зразках сплаву Zr1%Nb без руйнації об’єктів дослідження. Для визначення кількісного вмісту елементів та перевірки рівномірності розподілу ніобію по глибині використовується характеристичне рентгенівське випромінювання, збуджуване прискореними протонами, утворюваними електростатичним прискорювачем.

Розроблена методика дає змогу визначати елементний вміст виробів з цирконієвих сплавів, призначених для функціонування в умовах активної зони атомних реакторів. Згідно з проведеними дослідженнями метрологічних характеристик, створена методика забезпечує визначення вмісту домішок у діапазонах концентрацій, передбачуваних вимогами ТУ. Основні результати роботи безпосередньо пов’язані з вимірюванням перерізів збуджування х.р.в., порівнянням отриманих даних з обчисленнями за теоретичними моделями; розробкою на основі одержаних даних методики аналізу елементного складу цирконієвих сплавів, перевіркою її аналітичних параметрів.

У дисертації наведено розв’язання наукової задачі, пов’язаної з використанням характеристичного рентгенівського випромінювання (х.р.в.), збуджуваного протонами, для визначення вмісту групи елементів на рівні 10^-3…10^-1 ваг. % у матриці, енергія х.р.в. якої вища від енергій аналітичних ліній досліджуваних елементів.

Внаслідок виконання дисертаційної роботи:

1. Визначені перерізи збуджування х.р.в. для елементів з атомними номерами 19…30, 40, 41, 42 в діапазоні енергій протонів 1,0…2,5 МеВ. Вперше отримані систематичні експериментальні дані щодо перерізів збуджування х.р.в. цирконію протонами в цьому енергетичному діапазоні, суттєво доповнені наявні експериментальні дані щодо перерізів збуджування х.р.в. ніобію та молібдену. Одержані дані узгоджуються у межах експериментальних похибок з існуючими експериментальними даними інших авторів.

2. Отримані дані дали змогу провести коректне порівняння експериментальних величин перерізів з обрахунками, виконаними на основі теоретичних моделей BEA, ECPSSR, PWBA та формул, одержаних при узагальненні експериментальних даних з різних джерел. На основі проведених порівнянь, з існуючих аналітичних описів залежності перерізів іонізації атомів від енергії протонів та атомного номера елемента обрано формулу, найбільш придатну для кількісних оцінок перерізів збуджування х.р.в. К-серії елементів з атомними номерами 19…42 протонами з енергіями, характерними для визначення вмісту речовини методом ХРВ. Ця формула була використана при розробці методики аналізу елементного вмісту цирконієвих сплавів.

3. Розроблено методику аналізу елементного вмісту, яка дозволяє визначати по характеристичному рентгенівському випромінюванню, збуджуваному протонами, концентрації Ca, Cr, Fe, Ni на рівні 0,02…0,1 ваг. %; Ti, Mn, Cu, Hf, Pb на рівні 0,002…0,05 ваг. %; Nb на рівні 0,02…1,2 ваг. %, Zr на рівні 98…100 ваг. % у сплаві Zr1%Nb. Показано, що результати визначення елементного вмісту серії зразків цирконієвих сплавів методом ХРВ задовільно узгоджуються з результатами визначення елементного вмісту цих зразків, виконаного нейтронно-активаційним, рентгеноспектральним та хіміко-спектральним методами. Це свідчить, що розроблена методика може використовуватися нарівні з згаданими методами або замість них для визначення елементного вмісту цирконієвих сплавів.

4. Розроблено процедуру визначення елементного вмісту цирконієвих сплавів методом фундаментальних параметрів. На основі вимірювань, здійснених для серії зразків цирконієвих сплавів, показано, що величини концентрацій, отримані методом фундаментальних параметрів, узгоджуються з результатами визначення елементного вмісту методом зовнішнього стандарту у межах експериментальних похибок та похибок табличних даних використовуваних фізичних констант. Розроблена процедура дає змогу визначати вміст досліджуваних зразків без використання стандартних зразків порівняння, що сприяє підвищенню експресності аналізу. Метод фундаментальних параметрів було використано для перевірки рівномірності розподілу ніобію в шарах різної глибини для серії зразків сплаву Zr1%Nb. Показано, що при варіюванні енергії протонів в діапазоні 0,7...3,36 МеВ, і зміні товщини досліджуваного шару у межах 4...44 мкм, концентрація ніобію залишається сталою у межах похибок визначення. Це свідчить, що варіювання енергії протонів, здійснюване для оптимізації умов визначення ніобію, не призводить до помилок у визначенні концентрації.

Публікації автора:

1. Левенец В.В., Ехичев О.И., Северин Н.Ф., Щур А.А. Исследование энергетической и радиальной зависимости эффективности полупроводниковых детекторов // Вопросы атомной науки и техники. Сер: “Общая и ядерная физика”. - 1985. - Т. 2. - С. 74-79.

2. Щур А.А., Левенец В.В., Омельник А.П. Сравнение экспериментальных и теоретических данных по сечениям характеристического рентгеновского излучения, возбуждаемого протонами с энергиями 1,0…2,5 МэВ // Вісник Харківського університету. Сер. “Ядра, частинки, поля”. - 2002. - Т. 548. - №1(17). - С. 38-42.

3. Щур А.А., Левенец В.В., Омельник А.П. Использование характеристического рентгеновского излучения, возбуждаемого протонами для определения элементного состава сплавов циркония методом фундаментальных параметров. // Вопросы атомной науки и техники. Сер: “Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники”. - 2002. - Т. 1. - С. 140-143.

4. Левенец В.В., Щур А.А., Омельник А.П. Оптимизация условий анализа элементного состава циркониевых сплавов методом характеристического рентгеновского излучения // Вісник Харківського університету. Сер: “Ядра, частинки, поля”. - 2002. - Т. 559.- №2(18). - С. 94-98.

5. Левенец В.В., Северин Н.Ф., Щур А.А. Измерение сечений ионизации К-оболочки атомов ряда элементов протонами // Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра. Тез. докл. 37 совещания. – Юрмала. - 1987. - С. 548-549.

6. Щур А.А., Левенец В.В, Омельник А.П., Кондратьева Т.Н. Относительный и абсолютный анализ металлического циркония методом ХРИ // Тез. докл. ХХIII Межнационального совещания по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва: МГУ. - 1993. - С.127.

7. Levenets V.V., Stchur A.O., Omelnyk O.P., Zaporozhchenko V.A. Determination of chemical content of pure zirconium and its alloys by using PIXE and PIGME // ARGUS-99, 6th Analytical Russian German Ukrainian Symposia. - Odessa (Ukraine). -1999. - P.62-63.

8. Левенец В.В., Ажажа В.М., Щур А.А., Омельник А.П., Запорожченко В.А., Колот В.Я., Лашин В.В. Аналитическое обеспечение циркониевого производства физическими и ядерно-физическими методами // Вопросы атомной науки и техники. Труды конф. Проблемы циркония и гафния в атомной энергетике. -1999. - С. 13-15.

9. Левенец В.В., Щур А.А., Омельник А.П., Запорожченко В.А. Анализ Zr и его сплавов ядерно-физическими методами // Вопросы атомной науки и техники. Сер: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. -1998. - Т. 5. - С. 94-95.