Автореферат (1103725)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 543.429.3:548.3Ковальчук Регина ВасильевнаМЕССБАУЭРОВСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВАЛЕНТНОГО И СТРУКТУРНОГОСОСТОЯНИЙ АТОМОВ ЖЕЛЕЗА В ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХМИНЕРАЛАХ (ВЕЗУВИАНАХ, ФЕРРИТАХ-ГРАНАТАХ И ЦИРКОНОЛИТАХ)Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2007Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультета Московскогогосударственного университета им. М.В. ЛомоносоваНаучный руководительдоктор физико-математических наук,профессор В.С. РусаковНаучный консультантдоктор химических наук, профессор,академик РАН В.С.
УрусовОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор В.М. Силоновдоктор физико-математических наук,старший научный сотрудник С.Ю. СтефановичВедущая организацияИнститут геологии и геохимии Уральскогоотделения РАН, г. ЕкатеринбургЗащита состоится “ 24 “ мая 2007 года в 15-30 часов на заседаниидиссертационного совета К 501.001.02 в Московском государственном университетеим.
М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1, г. Москва, Ленинские горы, МГУ,физический факультет, аудитория ЮФА .С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им.М. В. Ломоносова.Автореферат разослан “” апреля 2007 года.Ученый секретарьдиссертационного совета К 501.001.02,кандидат физико-математических наукИ.А. Никанорова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.Вдиссертационнойработепредставленырезультатымессбауэровскихисследований валентного и структурного состояний атомов железа в минералахразличного происхождения, как природных (везувианах), так и синтетических(ферритах-гранатах и цирконолитах).Везувиан – сложный по своему химическому составу и кристаллическойструктуре акцессорный минерал, по характеру которого может быть установленородство и происхождение горных пород.
Везувиан встречается в разнообразныхминеральных ассоциациях и характеризуется широкими вариациями химическогосоставаиразмеровкристаллографическихпозиций.Данныеосимметрии,химическом составе, степени атомного упорядочения, валентном и структурномсостоянии основных компонентов (в том числе и атомов железа) в минералах группывезувиана могут служить индикаторами физико-химических условий процессовминералообразования.В результате реализации различных ядерных программ происходит накоплениеи увеличение объемов радиоактивных отходов, среди которых наибольшуюопасность для окружающей среды представляют высокоактивные отходы (ВАО).Одно из решений проблемы безопасной утилизации ВАО – инкорпорирование их вкристаллические матрицы с последующим захоронением в горных породах.
Выборсоединений, пригодных для использования в качестве таких матриц, осуществляетсяна основании оценки изоморфной емкости их структуры в отношении компонентовВАО, радиационной прочности, химической стабильности и относительной простотыих промышленного получения. Способность фаз со структурой гранатов ицирконолитовизоморфновключатьмногиеэлементыактинидсодержащихвысокоактивных отходов в сочетании с радиационной и химической устойчивостьюделаетихперспективнымиматрицамидлязахоронения.Информацияобособенностях структуры гранатов и цирконолитов, валентном и структурномсостоянии атомных компонентов матриц, в частности, атомов железа, необходима дляисследования устойчивости этих фаз к процессам физико-химического выветривания3и радиоактивного распада, а также способности инкорпорировать в том или иномколичестве различные элементы высокоактивных отходов.Цель работы.Целью настоящей работы являлось определение валентного и структурногосостояний атомов железа в природных везувианах и в синтетических ферритахгранатах и цирконолитах.
Наряду с поставленной целью решались следующие задачи:1) определить значения сверхтонких параметров мессбауэровских спектров ядер57Fe для атомов железа, находящихся в различных состояниях;2) определить относительное содержание катионов Fe2+ и Fe3+ в образцах;3) установитьраспределениекатионовжелезапокристаллографическинеэквивалентным позициям структур;4) установить механизмы изоморфного замещения;5) уточнить кристаллические структуры исследуемых соединений.Для достижения поставленной цели проведены мессбауэровские исследованияна57ядрахFeспривлечениемданныхэлементногоиполнопрофильногорентгеноструктурного анализов, а также результатов расчета связевых валентностей итензораградиентаэлектрическогополянаядрах57Feдляразличныхкристаллографически неэквивалентных позиций катионов железа в структурахисследуемых соединений.Основные положения, выносимые на защиту.Значения сверхтонких параметров мессбауэровских спектров ядер57Fe дляатомов железа, находящихся в различных состояниях в везувианах, ферритахгранатах и цирконолитах.Валентноесостояниекристаллографическиатомовжелезанеэквивалентнымипозициямихраспределениеструктурпоисследованныхсоединений.Основные схемы изовалентного и гетеровалентного замещения в везувианах сучастием катионов Fe2+ и Fe3+.Кристаллохимические формулы образцов ферритов-гранатов и цирконолитов сразличными типами кристаллической структуры.4Научная новизна.Впервые методами мессбауэровской спектроскопии на ядрах57Fe проведеныисследования валентного и структурного состояний атомов железа в коллекцииобразцов природных высоких и низких везувианов с широкими вариациямихимического состава.Выявлены отличительные особенности мессбауэровских спектров высоко- инизкосимметричныхвезувианов.Показано,чтостепеньупорядочениякристаллической структуры и особенности химического состава отражаются назначенияхсверхтонкихпараметровпарциальныхмессбауэровскихспектроввезувианов.Установлено валентное состояние атомов железа в образцах исследованнойколлекции.Предложенообоснованноераспределениекатионовжелезапокристаллографически неэквивалентным позициям структур везувианов.Установлены схемы гетеровалентного изоморфного замещения в везувианах сучастием катионов Fe2+ и Fe3+.Впервые проведены мессбауэровские исследования синтетических ферритовгранатов и цирконолитов, содержащих Gd, La, Ce и Th в качестве имитаторов трех- ичетырехвалентных радиоактивных актинидов.Установленовалентноеиструктурноесостоянияатомовжелезависследованных ферритах-гранатах и цирконолитах.Определенокристаллографическиотносительноесодержаниенеэквивалентныхпозицияхкатионовструктуржелезависследованныхсоединений.Научная и практическая значимость.Изучение одного из наиболее распространенных акцессорных минералов –везувиана – вносит вклад в фундаментальную область минералогической науки –генетическую минералогию метасоматических процессов.
Данные о валентном иструктурном состоянии катионов железа, а также схемах изоморфного замещения,полученныеврезультатепроведенныхисследований,позволятдополнитьинформацию, необходимую для изучения физико-химических условий процессовминералообразования.5Результаты исследований синтетических ферритов-гранатов и цирконолитовимеют важное практическое значение в связи с проблемой иммобилизациирадиоактивных отходов.
Для правильной оценки способности вмещать в себяразличные радиоактивные элементы, устойчивости к внешним воздействиям и кпроцессу радиоактивного распада необходимо иметь информацию о валентном иструктурном состоянии атомных компонентов матриц и особенностях структурыисследуемыхсинтетическихсоединений.Проведенныемессбауэровскиеисследования с привлечением рентгеноструктурных данных и теоретическихрасчетов позволили установить валентное и структурное состояния одного изосновных компонентов матриц – атомов железа.Апробация работы.Результаты диссертационной работы докладывались на 11 Международных иРоссийских конференциях:Международной конференции "International conference on the applications of theMössbauer effect" (Sultanate of Oman, Muscat.
ICAME'2003); III и IV Национальныхкристаллохимических конференциях (Россия, Черноголовка 2003, 2006); Ежегодномсеминаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Россия,Москва.ЕСЭМПГ-2003);Международныхконференциях"Мессбауэровскаяспектроскопия и ее применение" (Россия, Екатеринбург 2004; Россия, Ижевск 2006);8-й Международной конференции "Solid state physics" (Kazakhstan, Almaty 2004); 5-йЕвропейской конференции по минералогии и спектроскопии "ECMS 2004" (Austria,Viena 2004); Международной научной конференции "Спектроскопия, рентгенографияикристаллохимияконференцииминералов""Nuclearand(Россия,radiationКазаньphysics"2005); 5-й Международной(Kazakhstan,Almaty2005);Международной конференции "Спектроскопия и кристаллохимия минералов"(Россия, Екатеринбург 2007).Публикации.Материалы диссертации опубликованы в 4-х статьях, 5-ти публикациях вматериалах и 12-ти тезисах Международных и Российских конференций, списоккоторых приведен в конце автореферата.6Благодарности.Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю докторуфиз.-мат.
наук, профессору В.С. Русакову за предложенную интересную темуисследований, постановку задачи, помощь и внимательное отношение на всех этапахработы над диссертацией. Автор искренне благодарит доктора химических наук,профессора,академикаРАНВ.С. Урусовазаподробныеконсультациипокристаллохимии минералов, обсуждение полученных результатов исследований,ценные замечания и рекомендации в изложении материала. Автор благодарит:кандидатовгеол.-мин.наукВ.С.
КуражковскуюиЕ.Ю. Боровиковузапредоставленные образцы природных везувианов, данные об их химическом составеи кристаллической структуре, а также за обсуждение результатов проведенныхисследований; сотрудников ИГЕМ РАН кандидата геол.-мин. наук С.В. Юдинцева иТ.С. Юдинцеву за предоставленные образцы синтетических ферритов-гранатов ицирконолитов, за информацию об условиях их синтеза и химическом составе;кандидата геол.-мин. наук Ю.К.
Кабалова, кандидата хим. наук А.П. Малахо икандидата физ.-мат. наук. В.В. Снегирева за проведение рентгеноструктурныхисследований; кандидатов хим. наук И.А. Преснякова и А.В. Соболева за получениемессбауэровских спектров ряда исследуемых соединений при температуре кипенияжидкого азота.Личный вклад диссертанта.Мессбауэровские исследования на ядрах57Fe проведены непосредственноавтором диссертационной работы. Получены экспериментальные мессбауэровскиеспектры 25 образцов высоких и 11 низких везувианов, а также 16 образцов ферритовгранатов и 15 образцов цирконолитов. Автору принадлежит основная роль вобработке и анализе полученных экспериментальных данных.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
