Comparison of optical properties and radiation stability of Gd2O3 micro- and nanopowders

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of comparative studies of the phase composition, diffuse reflectance spectra, radiation-induced absorption spectra, and the integral absorption coefficient of solar radiation upon irradiation of micro- and nanopowders of gadolinium oxide are presented. To assess the radiation resistance of optical properties, the samples were placed in a chamber of an installation simulating space conditions, where diffuse reflection spectra were recorded in the range of 0.2–2.5 μm in a vacuum of 2×10–6 Torr before and after each period of electron irradiation (E = 30 keV, Φ = (1 – 3)×1016 cm–2). Micropowders of rare earth elements are used to increase the radiation stability of materials by absorbing free electrons formed in them during irradiation during their transitions from the d- to f-shell. Nanopowders of rare earth elements added to micropowders of various compounds provide an additional mechanism for increasing radiation stability due to the annihilation of primary defects formed during irradiation on nanoparticles. The work obtained a result opposite to these mechanisms - the radiation stability of micropowder is significantly (more than 4 times) higher compared to nanopowder, due to more intense absorption in the ultraviolet region for nanopowder, caused by its own defects. The paper gives an explanation of the results obtained.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. M. Mikhailov

Tomsk State University of Control Systems & Radioelectronics

Author for correspondence.
Email: membrana2010@mail.ru
Russian Federation, 634000, Tomsk

V. A. Goronchko

Tomsk State University of Control Systems & Radioelectronics

Email: W_Goronchko@mail.ru
Russian Federation, 634000, Tomsk

D. S. Fedosov

Tomsk State University of Control Systems & Radioelectronics

Email: Membrana2010@mail.ru
Russian Federation, 634000, Tomsk

A. N. Lapin

Tomsk State University of Control Systems & Radioelectronics

Email: Membrana2010@mail.ru
Russian Federation, 634000, Tomsk

S. A. Yuryev

Tomsk State University of Control Systems & Radioelectronics

Email: Membrana2010@mail.ru
Russian Federation, 634000, Tomsk

References

  1. Vani P., Vinitha G., Sayyed M.I., Alshammari M.M., Manikandan N. // Nucl. Engineer. Technol. 2021. V. 53. Iss. 12. P. 4106. https://doi.org/10.1016/j.net.2021.06.009
  2. Marzouk M.A., Ghoneim N.A. // Radiation Phys. Chem. 2020. V. 174. P. 108893. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.108893
  3. Chen J., Yu Y., Feng A., Mi L., Xiu H. // Ceram. Int. 2022. V. 48. Iss. 1. P. 754. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.09.155
  4. Kleiman J.I., Gudimenko Y., Iskanderova Z., Tennyson R.C., Morison W.D. Modification of Thermal Control Paints by PHOTOSIL™ Technology. // Protection of Space Materials from the Space Environment. Space Technology Proceedings, vol 4. / Eds. Kleiman J.I., Tennyson R.C. Dordrecht: Springer, 2001. P. 243. https://doi.org/10.1007/978-94-010-0714-6_19
  5. Mikhailov M.M., Vlasov V.A., Yuryev S.A., Neshchimenko V.V., Shcherbina V.V. // Dyes and Pigments. 2015. V. 123. P. 72. https://doi.org/10.1016/j.dyepig. 2015.07.024
  6. Bo Z., Gang L., Kangli C., Weimin C. Preparation and Space Environmental Stability of a Nano-Materials Modified Thermal Control Coating. // Protection of Space Materials from the Space Environment. Space Technology Proceedings, vol 47. / Ed. Kleiman J.I. Cham: Springer, 2017. P. 433. https://doi.org/10.1007/978-3-319-19309-0_43
  7. Михайлов М.М., Нещименко В.В., Скрипка Н.Г., Хохлов Р.Н. // Перспективные материалы. 2010. № 3. C.14.
  8. Dudin A.N., Iurina V.Yu., Neshchimenko V.V., Li C.L. // St. Petersburg Polytechnic University Journal – Phys. Math. 2022. V. 15. Iss. 3.1. P. 259. https://doi.org/10.18721/JPM.153.117
  9. Andrievskii R. // Rev. Adv. Mater. Sci. 2011. V. 29.
  10. Kositsyn L.G., Mikhailov M.M., Kuznetsov N.Y., Dvoretskii M.I. // Instrum. Experimental Tech. 1985. V. 28. P. 929.
  11. Artini C., Costa G.A., Pani M., Lausi A. // J. Solid State Chem. 2012. V. 190. P. 24. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2012.01.056
  12. ASTM E490-00a. Standard Solar Constant and Zero Air Mass Solar Spectral Irradiance Tables, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019.
  13. Mikhailov M.M., Dvoretskii M.I. // Soviet Phys. J. 1988. V. 31. P. 591. https://doi.org/10.1007/BF00917556
  14. Kuznetsov V.N., Serpone N. // J. Phys. Chem. 2009. V. 113. № 34. P. 15110. https://doi.org/10.1021/jp901034t
  15. Blanco M., Coello J., Iturriaga H., Maspoch S., Pezue-la C. // Analyst 1998. V. 123. Iss. 8. P. 135. https://doi.org/10.1039/A802531B
  16. Blanco M., Villarroya I. // Trends in Analytical Chemistry. 2002. V. 21. Iss. 4. P. 240. https://doi.org/10.1016/S0165-9936(02)00404-1
  17. Trofimova E., Pustovarov V., Zatsepin A. // Physics of the Solid State. 2019. V. 61. P. 763. https://doi.org/10.1134/S1063783419050366
  18. ASTM E903 – 96. Standard Test Method for Solar Absorptance, Reflectance, and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012.
  19. Johnson F.S. // J. Meteorological. 1954. V. 11. № 5. P. 431. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1954)011<0431: TSC>2.0.CO;2
  20. Новиков Л.С. // Радиационные воздействия на материалы космических аппаратов. М.: Унив. книга, 2010. С. 191.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Radiographs of powders: gd2o3 before (a) and after (b) electron irradiation, nGd2O3 before (c) and after (d) electron irradiation.

Download (274KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diffuse reflection spectra of gd2o3 microdowder (1), nGd2O3 nanopowder (2) and solar radiation spectrum (3).

Download (135KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Granulometric composition of gd2o3 powder.

Download (75KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The edge of the main absorption of micro- and nanopowders Gd2O3.

Download (154KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diffuse reflection spectra before (1) and after irradiation with electrons with an energy of 30 keV by fluence 1 (2), 2 (3), 3 × 1016 (4) cm–2 micro- (a) and nanopowders (b) Gd2O3.

Download (257KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Difference reflection spectra of micro-powder (a) and nanopowder (b) Gd2O3 after electron irradiation with fluence 1 (1), 2 (2), 3 × 1016 (3) See–2.

Download (244KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the change in the absorption coefficient ∆as on the electron fluence for mGd2O3 (1) and Gd2O3 (2).

Download (95KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».