Badanie metodą EPR defektów radiacyjnych w kalcycie i ich wpływu na własności mechaniczne kalcytu
Loading...
Date
2017
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
EPR investigation of radiation defects in calcite and their influence on mechanical properties of calcite
Abstract
Praca ma na celu zbadanie defektów radiacyjnych generowanych w kalcycie (CaCO3) przez promieniowanie gamma, X i UV oraz ich wpływu na własności mechaniczne kalcytu. Do badań wykorzystano 13 proszkowych próbek kalcytu o różnym rozmiarze i morfologii ziaren oraz naturalny monokryształ kalcytu. Materiały scharakteryzowano przy użyciu metod XRD, SEM i ICP-MS. Próbki napromieniowano używając źródła gamma 60Co, promieniowaniem UV w zakresie 238-577 nm i X o długości fali 0.154 nm. Analizę defektów radiacyjnych przeprowadzono przy wykorzystaniu spektroskopii elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR). Wykazano, że promieniowanie UV może generować podobne defekty radiacyjne w kalcycie jak promieniowanie gamma i X o dużo większej energii. Zaproponowano mechanizm generacji węglanowych defektów radiacyjnych przez promieniowanie UV polegający na powtórnym pułapkowaniu uwolnionych elektronów. Przeanalizowano również zależność koncentracji defektów radiacyjnych od stopnia rozdrobnienia próbki, dawki promieniowania oraz czasu jaki minął od napromieniowania. Badania własności mechanicznych przeprowadzone na monokrysztale kalcytu przy użyciu metody nanoindentacji wykazały spadek twardości i modułu sprężystości w przypowierzchniowej warstwie kryształu po napromieniowaniu gamma, UV i X. Pogorszenie własności mechanicznych powiązano z gromadzeniem się defektów radiacyjnych w kalcycie.
This work aims at investigating the radiation defects generated in calcite by gamma, X and UV radiation and their influence on mechanical properties of calcite. Analysis were conducted on 13 powder calcite samples of different grain size and morphology, as well as a natural single-crystal of calcite. The materials were characterized by XRD, SEM and ICP-MS methods. Samples were irradiated using 60Co gamma source, UV within 238-577 nm range of wavelength, and X-ray of 0.154 nm wavelength. The analysis of radiation defects formed as a result of irradiation was conducted using electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. It was shown, that UV radiation can generate radiation defects in calcite similar to those induced by gamma radiation and X-ray with much higher energy. A mechanism was proposed, describing carbonate defects generation by UV radiation, based on retrapping of released electrons. The dependence of defects’ concentration on the degree of grinding of the sample, radiation dose and time after irradiation was also analyzed. Mechanical properties measurements conducted on calcite single-crystal using nanoindentation method showed a decrease in hardness and elastic modulus in near-surface layer of the crystal after irradiation with gamma, UV and X-ray. The detriment in mechanical properties was linked with the accumulation of radiation defects in calcite.
This work aims at investigating the radiation defects generated in calcite by gamma, X and UV radiation and their influence on mechanical properties of calcite. Analysis were conducted on 13 powder calcite samples of different grain size and morphology, as well as a natural single-crystal of calcite. The materials were characterized by XRD, SEM and ICP-MS methods. Samples were irradiated using 60Co gamma source, UV within 238-577 nm range of wavelength, and X-ray of 0.154 nm wavelength. The analysis of radiation defects formed as a result of irradiation was conducted using electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. It was shown, that UV radiation can generate radiation defects in calcite similar to those induced by gamma radiation and X-ray with much higher energy. A mechanism was proposed, describing carbonate defects generation by UV radiation, based on retrapping of released electrons. The dependence of defects’ concentration on the degree of grinding of the sample, radiation dose and time after irradiation was also analyzed. Mechanical properties measurements conducted on calcite single-crystal using nanoindentation method showed a decrease in hardness and elastic modulus in near-surface layer of the crystal after irradiation with gamma, UV and X-ray. The detriment in mechanical properties was linked with the accumulation of radiation defects in calcite.
Description
Wydział Fizyki
Sponsor
Keywords
EPR, kalcyt, defekty radiacyjne, calcite, radiation defects, promieniowanie, własności mechaniczne, radiation, mechanical properties