ИЗУЧЕНИЕ АВТОРАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В МИНЕРАЛЬНЫХ МАТРИЦАХ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
А.Е. Гречановский1, В.С. Урусов2, Н.Н. Ерёмин2
1Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семененко НАН Украины, 03680 Украина Киев, пр. Акад. Палладина, 34
grechanovsky@gmail.com
2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119991 Россия, Москва, Ленинские горы, 1
neremin@geol.msu.ru
Ключевые слова: атомистическое компьютерное моделирование, радиационная устойчивость минералов, твердые растворы замещения, метод полуэмпирических межатомных потенциалов, метод молекулярной динамики, компьютерное моделирование структуры и свойств кристалла, дефекты Френкеля, atomistic computer simulation, radiation stability of minerals, solid substitution solutions, method of semi-empirical interatomic potentials, molecular dynamics method, computer simulation of the crystal structure and properties, Frenkel defects
Страницы: 1306-1326
Аннотация
Механизмы радиационных повреждений в минералах, перспективных для утилизации высокоактивных радиоактивных отходов (циркон ZrSiO4, монацит LaPO4, ортофосфат YbPO4, лакаргиит CaZr0,8Sn0,1Ti0,1O и соединения Gd2Zr2O7 и Gd2Ti2O7 со структурой пирохлора), были исследованы с помощью компьютерного моделирования методом молекулярной динамики. Рассмотрено формирование поврежденной области в изучаемых структурах, а также процессы ²восстановления² (релаксации) этих структур. Количество френкелевских пар и антиструктурных дефектов, которые образуются в структуре этих минералов после прохождения выбитого атома тория, рассчитано с помощью метода молекулярной динамики. Предложен параметр, который характеризует склонность к аморфизации минералов под действием радиационного повреждения. Полученные результаты показывают, что одним из главных факторов, определяющих радиационную устойчивость минералов, является тип кристаллической структуры, причем соединения со структурой монацита являются более радиационно устойчивыми, чем соединения со структурой циркона. Установлено, что склонность к аморфизации соединения Gd2Zr2O7 и лакаргиита значительно меньше, чем у других минералов, таких как циркон, монацит и ортофосфат YbPO4. Высокая радиационная устойчивость изученного соединения Gd2Zr2O7, а также твердого раствора состава CaZr0,8Sn0,1Ti0,1O3 позволяет предложить их в качестве возможной матрицы для утилизации высокоактивных радиоактивных отходов.
DOI: 10.15372/JSC20160626 |
