Wzrost monokryształów molibdenianu wapnia domieszkowanych jonami ziem rzadkich (CaMoO₄ : RE) do badań w zakresie immobilizacji odpadów radioaktywnych

• Autorzy: Świrkowicz M. , Szyrski W. , Kisielewski J. , Wieteska K. , Wierzchowski W. , Malinowska A. , Wierzbicka E. , Karaś A. , Jurkiewicz-Wegner E.

Warianty tytułu

EN

Single crystal growth of calcium molybdate doped with rare earth ions (CaMoO₄ : RE) for investigation of nuclear waste immobilisation

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Stosując metodę Czochralskiego oraz układ cieplny z tyglem platynowym o średnicy 55 mm i wysokości 55 mm oraz biernym dogrzewaczem platynowym uzyskano monokryształy CaMoO₄ niedomieszkowane i domieszkowane europem, neodymem oraz jednocześnie europem i neodymem o średnicy do 25 mm i długości do 90 mm. Szybkość wzrostu zawarta była w zakresie 1,5 - 3,0 mm/h, a szybkość obrotowa 10 - 15 obr./min. Pierwsze procesy wzrostu przeprowadzono stosując niezorientowane zarodki z CaWO₄ (National Institute of Standards and Technology, USA). W oparciu o otrzymane monokryształy przygotowano zarodki o orientacji [001]. Przeprowadzono badania dyfrakcyjne rentgenowskie, synchrotronowe topograficzne, właściwości optycznych i składu chemicznego. Określono współczynniki segregacji europu i neodymu (k_Eu ≈ 0,40, k_Nd ≈ 0,28). Stwierdzono, że w przypadku współdomieszkowania rośnie współczynnik segregacji neodymu a maleje europu (k_Eu ≈ 0,30 i k_Nd ≈ 0,32). Transmisja optyczna monokryształów silnie zależy od domieszki. W przypadku neodymu obserwuje się wyraźne i ostre pasma absorpcji. Monokryształy z europem wykazują silną absorpcję w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni.

EN

Single crystals of CaMoO₄ either undoped or doped with europium, neodymium and europium and at the same time with neodymium with a diameter of 25 mm and a length of up to 90 mm, were obtained using the Czochralski method and a thermal system with a platinum crucible 55 mm in diameter and 55 mm in height and a passive platinum afterheater. The growth rate was in the 1.5 - 3.0 mm/h range and the rotation rate varied between 10 and 15 r./min. At the beginning, the growth processes were carried out applying un-oriented CaWO₄ seeds (from the National Institute of Standards and Technology, USA). Based on the resultant single crystals, [001] - oriented seeds were prepared. X-ray powder diffraction patterns, synchrotron topography, optical transmission and chemical compositions were measured. Segregation coefficients of europium and neodymium were determined to be k_Eu ≈ 0,40 and k_Nd ≈ 0,28 respectively. In the case of co-doping, the segregation coefficient of neodymium increases and that of europium decreases (k_Eu ≈ 0,30 and k_Nd ≈ 0,32). The optical transmission of single crystals strongly depends on the dopant. Sharp and narrow absorption bands are observed for neodymium, whereas single crystals with europium exhibit a strong absorption in the visible and near-infrared regions.

Słowa kluczowe

PL

metoda Czochralskiego; molibdeniany; materiały scyntylacyjne; immobilizacja odpadów radioaktywnych; ziemie rzadkie; ICP-OES; topografia synchrotronowa

EN

Czochralski method; molybdates; scintillator materials; immobilisation of nuclear waste; rare earths; ICP-OES; synchrotron topography

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 41, nr 4
• Strony: 10--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Świrkowicz M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

autor

Szyrski W.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

autor

Kisielewski J.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

autor

Wieteska K.

• Narodowe Centrum Badań Jądrowych, ul. A. Sołtana 7, 05-400 Otwock-Świerk

autor

Wierzchowski W.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

autor

Malinowska A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

autor

Wierzbicka E.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

autor

Karaś A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

autor

Jurkiewicz-Wegner E.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

Bibliografia

• [1] Chouard N., Caurant D., Majérus O., Dussossoy J.-L., Ledieu A., Peuget S., Baddour-Hadjean R., Pereira-Ramos J.R.: Effect of neodymium oxide on the solubility of MoO3 in an aluminoborosilicate glass, Journal of Non-Crystalline Solids, 2011, 357, 2752 – 2762
• [2] Caurant D., Majerus O., Fadel E., Lenoir M., Gervais C., Pinet O.: Effect of molybdenum on the structure and on the crystallization of SiO2–Na2O–CaO–B2O3 Glasses, J. Am. Ceram. Soc. 2007, 90, 774 – 783
• [3] Dardenne K., Bosbach D., Denecke M. A., Brendebach B.: EXAFS investigation of the NaLn(MoO4)2 – Ca2(MoO4)2 solid solution series local structure. Speciation Techniques and Facilities for Radioactive Materials at Synchrotron Light Sources, Workshop Proceedings Karlsruhe, Germany, 18 - 20 September 2006, 193 - 202
• [4] Solskii I.: Growth and investigation on CMO single crystal. International Workshop on Double Beta Decay Searches, 15 - 17 October, 2009, Seoul National University, Seoul, Korea, presentation
• [5] Mikhailik V. B., Henry S., Kraus H., Solskii I.: Temperature dependence of CaMoO4 scintillation properties. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2007, 583, 350 – 355
• [6] Preziosi S., Soden R. R., Van Uitert L. G.: Large alkali metal and alkaline earth tungstate and molybdate crystals for resonance and emission studies, J. Appl. Phys., 1962, 33, 1893
• [7] Van Uitert L. G., Swanekamp F. W., Preziosi S.: Single-crystal molybdates for resonance and emission studies, J. Appl. Phys. 1961, 32, 1176
• [8] Rubin J. J., Thomas R. A.: Preparation and fabrication of molybdate single crystals for optical maser studies, Amer. Ceram. Soc. Bull., 1964, 43, 253
• [9] Johnson L. F., Boyd G. D., Nassau K., Soden R. R.: Continuous operation of a solid-state optical maser., Physical Rev., 1962, 126, 1406
• [10] Parker H. S., Brower W. S.; Growth of calcium molybdate crystals by a temperature-gradient zone- -melting technique. Crystal Growth, Proc. Inter. Conf. Boston, 1966, 489 - 491
• [11] Barbosa L. B., Reyes Ardila D., Cusatis C., Andreeta J. P.: Growth and characterization of crack-free scheelite calcium molybdate single crystal fiber, J. Cryst. Growth, 2002, 235, 327 - 332
• [12] Annenkov A. N., Buzanov O. A. et al.: Development of CaMoO4 crystal scintillators for a double beta decay experiment with 100Mo, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2008, 584, 334 – 345
• [13] Lee S. J., Choi J. H., Danevich F. A. et al.: The development of a cryogenic detector with CaMoO4 crystals for neutrinoless double beta decay search, Astroparticle Physics, 2011, 34, 732 – 737
• [14] Shannon R. D.: Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halide and chalcogenides, Acta Cryst., 1976, A32, 751
• [15] Wierzchowski W, Wieteska K., Malinowska A., Wierzbicka E., Lefeld-Sosnowska M., Świrkowicz M., Łukasiewicz T., Pajączkowska A., Paulmann C.: Synchrotron diffraction topography in studying of the defect structure in crystals grown by the Czochralski method, Acta Phys. Pol., 2013, 124, 350 - 359