автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Методы и аппаратура мессбауэровской спектроскопии вторичных излучений в структурно-аналитических исследованиях

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ БССР

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В. И. ЛЕНИНА

На правах рукописи

ХАДЖО Ахмад Кусай

Методы и аппаратура мессбауэровской спектроскопии вторичных излучений в структурно-аналитических исследованиях

05.11.10 — Приборы для измерения оинизирующих излучении и рентгеновские приборы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск — 1990

Работа выполнена на кафедре ядерной физики и электроники Белорусского ордена Трудового Красного Знамени государственного университета им. В. И. Ленина.

Научный руководитель — кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Холмецкий А. Л.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Макаров Е. Ф.

кандидат физико-математических наук, доцент Ходасевич В. В.

Ведущая организация — Институт физики твердого тела и полупроводников АН БССР.

Защита состоится М&Х&п.Х . 1990 г. на заседа-

нии специализированного совета К 056.03.15 Белгосуниверси-тета им. В. И. Ленина по адресу: 220080, г. Минск, Ленинский пр., 4, Белгосуниверситет им. В. И. Ленина.

Автореферат разослан » PKl.-2.SpX 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Линев В. Н.

. ; ОВЦАЯ ХАРАКТЕК'СПКА РАЕОШ

.ч г , ■■ Дкттальность теми. В настоящее время становится все более очевидным, что широкое прикладное применение эффекта Мессбауэра возможно прежде всего на оспове мессбауэровской спектроскопии вторичных излучений, позволявшей одновременно и повысить производительность измерений, и расширить круг исследуемых объектов. Повышение производительности измерений связывается о развитием резонансного метода, позволяющего избирательно регистрировать фотоны в чрезвычайно узком энергетическом интервале. Область применения резонансных детекторов постоянно увеличивается и охватывает как традиционную мессбауэровскуп спектроскопию, так и ряд специальных задач на основе узкофункциональных у-резонансных приборов. Создание таких приборов является, по-видимому, той технической основой, на которой возможно широкое внедрение аффекта Мессбауэра в промышленность, поскольку требуемое для этого сочетание высокой экспрессности измерений, повышенной защищенности приборов от внешних дестабилизирущих факторов и простоты эксплуатации вряд ли реализуемо в широкофункционалышх ЯГР-спектрометрах. С другой стороны, мессбауэровская спектроскопия вторичных излучений (прежде всего конверсионных электронов - МСКЭ) выступает и как самостоятельный метод в физике поверхности. Создание простых и эффективных детекторов низкоэнергетических электронов открывает еще одну сферу применения МСКЭ: крут задач мессбауэровской спектроскопии, решаемых и традиционными методами, но с меньшей производительностью измерений. Примерами такого рода служат исследования тонкопленочных структур, изучение когерентных процессов и некоторые другие. Развитие перечисленных направлений позволит расширить сферу применения мессбауэровской спектроскопии, повысить эффективность у-резонансных измерений и представяяет-

- 3 -

ся весьма актуальным.

Цель работы. Разработка методов и принципов построения аппаратуры шссб&узровской спектроскопии вторичных излучений для к онцентратоме трки оловосодержащих объектов и структурно-аналитических исследований железосодержащих пленок.

Няуч1ВД яо^иднд. Проваден теоретический анализ по оценке сравнительной вф^ектишости применения резонансных и нерезонансных детекторов б различных геометриях измерений.

Разработаны физические основы ыассбауэровской нокцентрато-магрин касситерита в скважинах и кернах при резонансном детектировании рассеянного излучения с учетом влияния различных мешающих факторов на результаты измерений.

Разработаны принципы построения експресс-анализатора содержания касситерита в _кераах о резонаненш детектированием рассеянного р -излучения.

На осново воздушного сцинтиляяционного детектора низко-внергетичоских электронов разработан метод регистрации ЯГР -спектров в геометрии полного внесшего отражения кессбауэровско-го излучения.

О помощью развитых методов проведено комплексное исследование процесса формирования тонких пленок феррита кобальта, полученных методом осаадения на диэлектрические подлогам из коллоидных растворов.

Практически ценность. Разработанные методы и аппаратура ыессбаузровской концентрагометрии касситерита в скважинах и кернах являются технической основой для создания нового класса массбаувровских анализаторов оксидного олова в естественных аалеганиях.

Результаты исследования структуры тонких пленок феррита

- 4 -

кобальта постужат дальнейшему совершенствованию метода получения тонкопленочных структур путем осаждения из водных коллоидных растворов.

Метод регистрации конверсионных электронов с помощью, воздушного сцинтшшяционного детектора в условиях полного внешнего отражения мессбауэровского излучения открывает возмошость проведения систематических исследований в области физики поверхности

о

в диапазоне глубин 10*30 А,

Апробация шзудьтдтов работы. Основные результаты работы докладывались на У Всесоюзном совещании по когерентному взаимодействию излучения с веществом (г,Алушта,1990 г.) и научных семинарах кш!одры ядерной физики ШУ им. В.ИДенияа.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано и направлено в печать 4 научных работы, в том числе одно изобретение.

Стотктущ и об^ье^ работы. Диссертация общим объемом 142 страниц содеркит введение, четыре главы, снабженные краткими выводами, заключение, список литературы (86 наименований).

1. Результаты теоретического анализа по оценке производительности измерения мессбауэровских спектров с помощью рэзонанс-ного детектора в геометриях пропускания и рассеяния.

2. Физические основы метода меесбаузровской концентратомет-рии касситерита в скважинах и корнах; принципы построения и структурная схема экспресс-анализатора касситерита в керпах.

3. Метод (лоссбаузровской спектроскопии конверсионных алект-ронов на основе воздушюго сцинтилляционного детектора в условиях полного внешнего отражения гаша-резопадсиого излучения.

4. Результаты исстаповаиня тонкоптеночных структзф па основе 'Таррига кобальта, поручаемых путем пиролиза сохших ¡сотловд.'шх растворов. - 5 -

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации и сформулирована цель работа, приведено ее краткое содержание и основные научные положения, выносимые на защиту.

В пвтдой глцва рассмотрены физические основы методов гамма-резонансных измерения.на основе резонансного детектирования безотдачного излучения и перспективы их практического применения.

В п. 1.1 кратко рассмотрены основные типы детекторов кон- . версионньх электронов для мессбауэровской спектроскопии (магнитные и электростатические спектрометры, каналовые счетчики, сцин-1ИЛЛЯЦИ0НШВ и газоразрядные детекторы). Описана структура воздушного СЦШ1ГИЛЛЯЦИОНЯОГО детектора низкоэнергетических алектро-нов. Б таном детекторе с помодыо фотоумножителя (ФЭУ) регистрируются световые импульсы от ыикроразрадов в разреженном воздухе, вызываемых електронами с образца. Расстояние ыевду ЩЭУ и образцом составляет песколько мм, а облучение образца производится касательным иучком -квантов. Необходимая для инициирования ыияроразрядов напряженность электростатического поля создается за счет разности потенциалов фотокатода ФЭУ и образца.

В п. \Л рассматривается ооновные параметры резонансных детекторов и устанавливаются их связи.с экспериментально изменяемыми характеристиками эмиссионных спектров гамма^-резонансных* пар.

В п. |.3 описаны известные конструкции и характеристики резонансных детекторов. .

Р ц. 1,4 анализируется особенности применения резонансных

детекторов в различных вариантах измерения мессбауэровских

спектров. Проведена сравнительная оценка производительности

- 6 -

гамма-резонансных измерений с использованием резонансных и нерезонансных детекторов. Показано, что в трансмиссионном варианте измерений при малых активностях источника излучения (либо жесткой коллимации пучка гамма-квантов) отношение производительностей

где ¿¡¡о , - производительности измерений с резонансным и не-резонансним детектором соответственно; - эффективность регистрации резонансным детектором безотдачных гемма-квадтов; § -фактор Дебая-Валлера для источника. При значении / 0,7 (для

, отношение Ор /больше единицы при 25*30%, Поэтому в трансмиссионном варианте выигрыш в производительности измерений с помощью резонансного детектора может быть достигнут глав-нш образом за счет его высокой загрузочной способности (например, для резонансного сцинтилляционного детектора) и применения "сжатой" геометрии, характеризующейся сравнительно большим телесным углом регистрации / -излучения.

В случае измерений в геометрии рассеяния, для отношения / получено выражение

вм ~ ш/г)* 1р/г„, (I)

где а - коэффициент, зависящий от вещественного состава исследуемого образца и изменяющийся в пределах от 0,5 до I; = ?о ~ абсолютная селективность резонансного детектора ( -эффективность регистрации нерезонансных /-квантов), У'-фак« тор Дебая-Валлера для. мишени; Тр , 1„ - скорости счета на выходах резонансного и нерезонанспого детекторов. При анализе соотношения (I) необходимо учитывать, что резонансное детектирование рассеянного излучения влечет за собой условие' жесткой коллимации

¡сак падающего, так и рассеянного пучков, / -квантов (для предот-

- 7 -

вращения геометрического ушмрения мессбауэровских линий), Поэтому в общем случае величина Iр ыокет быть на 2+3 порядка меньше 1Н . Однако в специальных структурно-аналитических задачах достаточно измерять не весь мессбауэровский спектр, а его отдельные наиболее информативные фрагменты (в пределе - ряд точек спектра). Это снимает условие малых расходимостей пучков падающего и рассеянного излучений и позволяет записать Ifi IIH ~ (принимая эффективность регистрации р -квантов нерезонансним детектором близкой к I). Тогда из (I)

При ¿7,^0,4; 2*, ~ 0>01 (характерные значения для резонансного сцинтилляционного детектора); а= I и 0,5, отношение

Цр/С^г ~ КО. Таким образом, в этих случаях метод резонансного детектирования мессбауэровского излучения позволяет повысить производительность у-резонансных измерений до уровня других известных экспрессных физических методов анализа вещества. Такая ситуация в полной мере реализуется в «зссбауэровскоЯ кои-центратоыетрии касситерита, имеющей важное практическое значение.

Во второй главе рассмотрены особенности резонансного метода регистрации в ыессбауэровсксй концэнтратомзтрии касситерита. Изложены физические основы конценгратометрии оксидного олова в скважинах и кернах; описанн технические решения электронных узлов мобильного мессбауэровского концентратомера.

В п. 2.1 дается краткая характеристика наиболее распространенных методов измерения содержания олова в пробах. Приведено краткое описание мессбауэровского концентратомера АСК-ОШ, спектрометрический '.тракт которого построен на основе резонансного

? 2 сои

в

сцинтилляцнояного детектора. Для случая малых концентраций касситерита в пробах получено аналитическое выражение, связывающее величину резонансного эффекта £ с измеряемым содержание оксидного олова С :

(2)

/+аС

где к„ , р , а - калибровочные коэффициенты. Показано, что / а О. ' г

4* ад , , 1а ап • „

аП а£1 . аЯ

где ■ ■ ■■-- , , ,£ -дифференциальные сечения Г -резо-

нансного, кодштояовксого и рэлоевского рассеяния; ¿.О - эффективный телесный угол регистрации рассеянного от пробы излучения;

<э$а - сечение резонансного поглощения; - массовый коэффициент ослабления Для мессбауэровского излучения в исследуемой пробе. Полученные выражения использованы в дальнейшей для анализа методической и статистической погрешноси! измерения концентрации касситерита в скважинах и кернах,

В п. 2.2 обсуждаются основные особенности реализации геометрии измерения содержания оксидного олова в скважинах и кернах. Отмечается, что при мессбауэровеком, каротаже с пдасщья) резонансного детектора необходимо учитывать возможное повшапиэ уровня рэлеевского фона. С учетом этого обстоятельства проведено математическое моделирование геометрии измерения в каротажном варианте, имеющее целью оптимизировать условия измерения по критерию максимального отношения эффект/фон. Показано, что оптимальное расстояние между источником и детектором примерно равно радиусу

- 9 -

детектора, и слабо зависит от диаметра исследуемой скважины.

Для измерения концентрации касситерита в кернах выбор был сделан в пользу геометрии обратного рассеяния с расположением розояансного сцингилляциошого детектора и кольцевого источника ЗпОг в одной плоскости и по одну сторону от мишени. На модельных пробах { 51 Ог + 5пОг ), выполненных в виде цилиндров диаметром 40 ш и различным содержанием диоксида олова, проведена оптимизация условий измерения при варьировании геометрических параметров. Для оптимальной геометрии получена оценка пороговой чувствительности измерений на уровне 0,01$.

В п. 2.3 исследуется зависимость величины резонансного оф-фекта от крупности зерен касситерита. При теоретической оценке характера стой зависимости в порвем приближении принимается, что зерна касситерита равномерно распределены по глубине рудного тела и пренебрэгеэгея аюшниеы крупнооти зерен на интенсивность нерезонансного рассеяния (из-за значительного различия в коэффициентах ослабления отдачного и безотдачного излучения в диоксиде олова). В зтих условиях величины &-(Т<0) -/&))/и ГСО) -интенсивность резонансного рассеяния - одинаковым образом зависят от средней крупности аэрон г . Цусть / ( х , у , г )-функция, описываюцая плотность распределения зерен касситерита в рудном теле., При этом

///у(X, у,г)еГл ¿у & - V* ,

* в а

где \/к - суммарный объем зерен касоитерита в объеме V чувствительной зоны мессбаувровского концентратоыера. Тогда интенсивность резонансного излучения, рассеянного пробой в заднюю полусферу

где 10 - интенсивность падашего излучения, П$ - концентрация рассеивающих центров; - линеАяыАкояЦициент ослабления. Дня вычисления интеграла в (3) необходимо знать конкретный вид функции / ( л , у , а }, что практически невозможно. Для оценки характера зависимости £ от а принимается модальное приближение, в котором все зерна имеют одинаковый размер по одному из пространственных направлений. Тогда интеграл в (3) может быть вычислен в аналитическом виде:

1(0) = 1(0}^ —' (4)

где Гм/ - интенсивность рассеянного излучения для бесконечно о

малых зерен; х = 2/* 2 .

Функция вида (4) удовлетворительно описывает экспериментальную зависимость £ ( 2- ), полученную во Всесоюзном институте минерального сырья (БИМС) на модельных пробах. Наблюдается удовлетворительное соответствие зксперименгальных и расчетных данных при * ^ */ /I . В области экспериг,виталь-

но полученная кривая имеет более псяогий характер, чем функция вида (4): разброс в размерах зерен касситерита, находящихся в естественных затагадаях, не вызывает заметных изменений £ . Это позволяет утверкдать, что качественный анализ касситерита в естественных залеганиях с помощью мессбауэровского метода вполне возможен.

В п. 2.4 описана структурная охема экспресс-анализатора касситерита в кернах, созданного на основе проведенного выше

анализа. Прибор состоит из двух конструктивно независимых блоков - измерительной насадки и электронной системы регистрации. В измерительной насадке расположены резонансный сциятилляционный

детектор, кольцевой источник и система движения ис-

т

точяика, включающая в себя три биморфних пьезоэлемента из керамики 1КР-7М.В система регистрации производится подсчет значений М(<х.) (в N -режиме) и Н/0) (в Т-резшме ); определение величины

Не-»)

и вычисление концентрации С по формуле (2) с фиксированными

значениями коэффициентов , а и X .

Основные технические характеристики экспресс-анализатора,

полученные на государственных стандартных образцах и эталонных

пробах. БИМС:

диапазон измеряемых концентраций оксидного олова . 0,0]$ * 3%

пороговая чувствительность измерений 0,015?

вреш анализа 4*5 минуты

допустимые пределы изменения

диаметра кернов 20*55 т

масса прибора ' . 4 кг

питание от аккумулятора

или внешнего источника +12 В;

потребляемая мощность 5 В-А.

Апробация експресс-анашзатора касситерита в кернах проводилась в ИГО "А-эрогеология" (г.Иосква) на реальных геологических объектах, полученных о месторождений олова Приморского края. Наблюдалось качественное соответствие данных мессбауэровского, рэялчзЕОрадиоштрического и химического анализа кернов.

- 12 -

В л. 2,5 исследуется возможность проведения микро$азового анализа на оксидное олово с помощью резонансного метода детектирования мессбауэровского излучения. Решение этой задачи позволит расширить сферу применения мессбауэровсних к сш;ентра талеров и качественно повысить э'Йективность геолого-разведочшсс работ на стадии поиска. Отмечается,, что основным препятствием к повышению пороговой чувствительности измерений являются неконтролируемые изменения уровня ратеевского фона при вариациях вещественного состава проб. В связи с этим анализируется способ измерения концентрации оксидного олова с помощью дщх резонансных детекторов, располокайнк под различными углами к плоскости образца. Поскольку интенсивность рэлеевского рассеяния назад пропорциональна произведению двух сомножителей (один из которых зависит от усредненных угловых характеристик, а второй - от свойств среды), уровни ролеевского фона для каждого из детекторов будут отличаться за счет различия пределов интегрирования по углам с одинаковым усреднением по параметрам среда. Поэтому отношение уровней рэлеевского фона да дашых детекторов = Г не зависит от вещественного состава проб. Тогда дм иэлах концентраций

С - ¿ ' ~

Кг ~ Г.л;г

( а, , <5г ~ величины резонансных о'Ментов для первого и второго детекторов ; , к2 -> калибровочные коарицизяты). При этом методическая погрешность измерений уменьшается почти на порядок, что позволяет повысить чувствительность анализа простым увеличением времени измерения. Расчеты показывают, однако, что для заметного повышения пороговой чувствительности, время анализа увеличивается как минимум до одного часа.

Нами предложен другой способ измерения, позволявший поаы-

снть пороговую чувствительность при экспрессном анализе на оксидное олово. Он основан на том, что характерные времени jr-резонансного и рэлеевского рассеяния заметно отличаются друг от друга. Это позволяет путем временной модуляции интенсивности излучения источника и синхронной временной фильтрации сигналов детектора исключить ралеевский и комптоновский фон из, потока регистрируемых квантов. Дня модуляции интенсивности излучения, падашего на исследуемую пробу, используется "черный" поглотитель, закрепленный на ультразвуковом пьезоэлектрической модуляторе. Схема временной фильтрации разрешает поступление, импульсов с детектора в моменты времени, когда "черный" поглотитель неподвижен и запрещает регистрацию в моменты движения последнего. При чередовании

циклов движения и покоя поглотителя, сравнимых со временем жизни TI9

возбужденного ядра Sn. , заметная часть резонансно рассеянных

$ -квантов будет регистрироваться в устройстве накопления, а "мгновенно" рассеянные коиптоновские и ралеэвские фотоны не будут давать вклада в результирующий сигнал. В этом случав £ =к0С , где £=(1/г-1ц)/Г* i 1а - скорость счета на выходе детектора при модуляции интенсивности источника; 1М - скорость счета при неподвижном "черном" поглотителе, «0 - постоянный коэффициент). Экспериментально проведенные оценки показали, что К0 - 3-Ю4 , 1м =5,0 с"1. Тогда при времени анализа i 150 с, абсолютная погрешность в определении концентрации лС г 2*10"®, что на порядок меньше, чем для традиционного способа измерения.

С третьей глады начинается вторая часть диссертационной работы, связанная с развитием и применением мессбауэровской спектроскопии конверсионных электронов для структурно-аналитических исследований тонких оксидных пленок на основе железа.

В п. 3.1 дается краткое описание нового способа получения

- 14 -

тонкопленочпых структур из стабильных коллоидных растворов, разработанного на химическом факультете ЕГУ им, В.И.Ленина. Его основной особенностью является то, что образувдая пленку ' фаза оксида предварительно формируется в вида мельчайших коллоидных частиц, отсутствие агрегирования которых позволяет осушествдять затем формирование сплошной однородной пленки с плотной упаковкой частиц. Для стабилизации высокодисперсяых оксидов могут быть использованы поверхностно-активные веизства СПАВ) с длинной углеводородной цепью (например, олеат аммония). При нанесении таких устойчивых коллоидных растворов на подложу в виде тонкого слоя и последующей термообработки происходит удаление дисперсионной среды и стабилизатора и спекание частиц с образованием сплошной пленки оксида. Отмечается, что закономерности процессов, происходящих при формировании таких плевок, во многом не изучены.

В ц. 3.2 описана методика приготовления пленок яа основе феррита кобальта, исследуемых в црстоящей работе. Кратко характеризуются методы, использованные для анализа структуры пленок: термогравиметрия, электронная микроскопия, химический, рентгепов-ский анализ, МСКЭ.

В ц. 3.3 приведено описание автоматизированного гамма-ре-80нансного спектрометра для ШКЭ. Спектрометр имеет две характерные особенности, отличанциэ его от градационных систем:

- модуляционно-временной ратаи регистрации спектров;

- накопление информации через канал прямого доступа в память (ЦДЛ) микро-ЭВМ.

При модуляционно-временяом режиме накопления реализуется метод цифровой линеаризации скоростной шкалы, обеспечивающий высокие точностные параметры спектрометра. При этом либо аппаратными,

либо программными средствами достигается равенство экспозиций по

- 15 -

каналам накопления за счет потери незначительной части полезной информация.

Спектрометр позволяет измерять ЯГР-спектры в трансмиссионном варианта и в геометрии рассеяния с регистрацией гамма-, рентгеновского излучения и конверсионных электронов (с помощь» воздушного сцинтиляяЦионяого детектора).

Программное обеспеченна спектрометра включает в себя два типа программ. Программы первого типа предназначены для оперативного управления ходоа эксперимента, обмена информацией между ЭВМ и периферийными устройствами, первичной математической обработки спектров, пересылки массивов экспериментальных данных в большую ЭВМ. Программы второго типа, используются для детальной математической обработки месебауэровских спектров на больших ЭШ.

В п. 3.4 представлены»результаты исследования процесса формирования тонких пленок феррита кобальта при их прогреве от 150°С до 550°С с использованием МСКЭ и ряда других структурно-аналитических методов.

В п. 3.4.1 выявляются закономерности формирования пленок феррита кобальта на основе термогравкмзгрических данных. В процессе прогрева пленки от 150 до 550°С происходит щтепеивный пиролиз органических молекул ПАЗ (200-400°С); полное удаление органической компоненты 'завершается при температуре около 450°С. Выше температуры прогрева 200°С на термогравиграшах проявляются эффекты потери массы и связанные с ними зкзотермические эффекты. Температура окончания потери массы составляет примерно 450°С.

В п. 3.4.2 анализируются результаты электроняомикроскопи-ческих и электроннографических исследований. Наблвдаеше на картинах микродифракции сплоршыэ дифракционные кольца свидетельствуют о том, что пленка состоит из мелких неориентированных крис- 16 -

таллов, а рассчитанные величины межшгоскосгных расстояний показывают, что наблюдаемые отражения почти полностью относятся к фазе феррита кобальта СоРе20^. Из электронномикроскопических снимков и гистограмм распределения частиц по размерам следует, что в исследуемом интервале температур 150*550°С не происходит резких изменений структуры пленок. При этом имеет место незначительное перераспределение частиц феррита кобальта по размерам при одинаковых границах самого распределения (от 2 до 20 нм).

В п. 3.4.3 приведены результаты исследования структуры пленок с помощью МСКЭ. При разложении спектров иа парциальные составляющие использовалась программа "¿ОЯЕМ Условно спектр можно представить в виде двух групп линий, одна из которых относится к магнигяо-яеушрядоченяому СоРезО^, а вторая - к магнитно-упорядоченному ферриту. При этом сложный характер распределения частиц по размерам обусловливает и сложный характер релаксационного спектра. Из сравнения полученных ЯГР-спектров с гистограммами распределения частиц по размерам, определен размер частиц феррита кобальта, при котором он проявляет суперпарамагнитяые свойства при комнатной температуре - 6 нм. При этом показано, что эффект потери массы пленки на начальное этапе (150-250°С) сопровождается уменьшением размеров частиц феррита кобальта. П-и дальнейшем росте температуры прогрева средний размер частиц монотонно возрастает.

Для анализа структуры магнитно-упорядоченного Феррита кобальта были подучены распределения эффективных магнитных полей Ндф на ядрах вдлеза с использованием программы " " (разработанной в Институте химической физики,'г. Москва). Показало, что в исходной структуре пленки в количестве «10$ присутствует соединение и - Ре ООН. При температуре прогрева 250ос содер-

- 17 -

яаяие гвдроксвда железа уменьшается до 2,1%, при температурах вше 250°С «=£ -РеООН полностью переходит в феррит кобальта. Выявлен сложный характер ¿г-резонансного спектра СоРе204, для описания которого требуется как минимум суперпозиция четырех секстетов магнитного сверхтонкого расщепления. Для объяснения этого факта выдвинуто предположение, что магнитное поле на поверхности частиц феррита кобальта отличается от его значения в объеме частиц на величину ж 50 кЭ.

В г^а^е 4 описан метод МСКЭ с реализацией геометрии полного внешнего отражения мессбауэровского излучения и представлены

I

результаты исследования поверхности пленок феррита кобальта с помощью развитого метода.

В п. 4.Т кратко изложены физические основы эффекта полного внешнего отражения (ПВО) мессбауэровского излучения и проанализированы особенности его практической реализации.

В п. 4.2 описана схема геометрии измерений спектров МСКЭ в условиях ПВО с помощью воздушного сцинтилляционного детектора электронов. Отмечается простота технической реализации метода и его сравнительно высокая эффективность, обусловленная высокой степенью подавления фона от электронов, рождаемых в конструктивных элементах. Это связано правде всего со строгой локализацией рабочего объема детектора между исследуемым образцом и ФЗУ , регистрируют™ световые импульсы.

В п. 4.3 анализируются результаты исследования структуры

поверхности пленок феррита кобальта с помощью развитого метода.

При каждой температуре прогрева пленки (изменявшейся от 50°с до

550°С) измерялся мессбауэровскиЛ спектр конверсионных электронов

в геометрии ПВО и спектр при рассогласовании условий ПЮ (т.е.

спектр ЖаЭ). Обнаружены определенные различия в структуре по- 18 -

верхности и объема пленки. В частности, доля частиц с магнитно-неупорядоченной структурой при температурах прогрева 50°С и 150°С при измерениях в условиях ПВО несколько меньше, чем при измерениях МСКЭ. При температурах прогрева пленки 250°С, 400°С и 550°С доля ультрамалых частиц на поверхности пленки превышает концентрацию таких частиц в объеме пленки. При этом шрина распределения по размерам поверхностных частиц превышает ширину распределения по размерам объемных частиц. Зарегистрировано некоторое уменьшение эффективного магнитного поля на ядрах железа, находящихся на поверхности пленки, по сравнению с Н^ для ядер железа в объеме пленки.

В Заключении излагаются основные результаты диссертационной работы:

1. Проведен сравнительный анализ производительности у-резонансных измерений в случае резонансного и нерезонансного детекторов. Показано, что резонансный метод регистрации особенно эффективен при применении э|фекта Мессбауэра для аналитических целей, когда измеряются отдельные наиболее информативные фрагменты мессбауэровского спектра (например, при концентраторетрии касситерита).

2. Подтвервдена перспективность резонансного метода детектирования рассеянного мессбауэровского излучения для кокцентрз-тометрии касситерита в естественных рудных образованиях и установлены количественные критерии возможной методической погрешности при таких измерениях.

•3. Математическое Моделирование процесса измерения в каротажном мессбауэровском концентратомере касситерита показало принципиальную возможность создания такого прибора на осноье

- 19 -

резонансного сцингилляционного детектора и позволило сформулировать критерии оптимизации отношения эффект/фон.

4. Проанализированы основные физические закономерности процесса измерения концентрации оксидного олош в естественных залеганиях и разработаны принципы построения экспресс-анализатора касситерита в кернах. Такой прибор будет новым эффективным инструментом при проведении геолого-разведочных работ на олово.

5. Предложен мотод микрофазового анализа оловосодержащих руд, основанный на модуляции во времени интенсивности излучения мессбауэровского источника о синхронной временной фильтрацией регистрируемых событий. При времени анализа в несколько минут, пороговая чувствительность по оксидному олову составляет 2'Ю"^.

6. На автоматизированном у-резонансном спектрометре методом МСКЭ проведены исследования процессов формирования пленочных микрогетерогенных структур, получаемых путем пиролиза водных коллоидных растворов феррита кобальта. Полученные данные сравнивались с результатами химического анализа, электронной микроскопии и термогравиметрии.

7. Установленные основные особенности процесса формирования пленки,феррита кобальта по мера ее прогрева показали, что этот процесс носит сложный многостадийный характер и сопровождается как фазовыми превращениями, так и перераспределением частиц СоРезО^ по размерам.

8. На основе воздушного сцинтилляционного детектора низкоэнергетических электронов разработан простой и эффективный метод

о

исследования поверхностных слоев материалов глубиной 10*30 А , основанный на регистрации спектров МСКЭ в геометрии полного внэшшго отражения мессбауэровского излучения.

9. Разработанный метод использован для исследования струк-

-20-

туры пленок феррита кобальта, полученных путем осаждения из водных коллоидных растворов. Обнаружены различия в структуре тонких поверхностных слоев и объема пленки. Доля частиц на поверхности с магнитно-неупорядоченной структурой при температурах прогрева 50°С и 150°С несколько меньше, чем в объеме. При температурах прогрева пленки 250°С, 400°С и 550°С доля ультрамалых частиц на поверхности пленки, наоборот, превышает концентрацию таких частиц в объеме пленки. При этом ширина распределения по размерам поверхностных частиц больше ширины распределения по размерам объемных частиц.

ДУСШЙЦИД, да, демз., дчдс.'Ш.ании..

1. Положительное решение по заявке Л 4377025 от 18.08.88 Устройство для определения содержания олова / А.Л.Холмецкий, О.В.Мисевич, А.К.Хадао, Н.М.Ярош.

2. Исследование процесса формирования тонких пленок феррита кобальта методом ПВО мессбауэровского излучения } Н.В.Ки-реев, Ю.Б.Копиловекий, А.Р.Лопатик, О.В.Мисевич, А.К.Хадао, А.Л.Холмецкий / У Всес. совет, по когерентному взаимодействию излучения с веществом: Тез. докл. - ГЛ.: Изд-во ШИИФТРИ,-1990. - С.55.

3. Хадао А.К., Холмецкий А.Л. Мессбауэровская концентра-тометрия касситерита в скважинах и кернах // Известия вузов СССР, сер. геология. - Направлена в печать.

4. Лопатик А.Р., Мисевич О.В., Хадао А.К., Холмецкий А.Л. КСКЭ при полном внешнем отражении мессбауэровского излучения.-Вестник ЕГУ, сер. I. физ., мат. и мех. - Направлена в печать.