Научно-методический семинар ЛФВЭ

“Радиационно-индуцированные обратимые и необратимые
изменения структуры в гамма-облученном политетрафторэтилене”

Докладчик: А.С.Смолянский (ФИЦ ХФ им. Семёнова РАН)

Аннотация:

Детализация представлений о механизме и закономерностях радиационно-химических превращений широко используемого в промышленности фторполимера – политетрафторэтилена (ПТФЭ), – требует установления новых каналов диссипации поглощённой энергии ионизирующего излучения в полимере.
Необходимость проведения исследований в области изучения механизма и закономерностей радиационно-индуцированных процессов в ПТФЭ возрастает в связи с началом исследований на ускорительном комплексе NICA в ЛФВЭ, ОИЯИ (г. Дубна Московская область). Как правило, заключение о появлении новых путей протекания радиационно-химических процессов в различных материалах осуществляют путём сопоставления экспериментальных данных, полученных при изучении радиолиза объекта исследования в поле используемого ионизирующего излучения (потоки ускоренных тяжёлых ионов с энергией от 1,5 до 4,0 ГэВ/нуклон), с аналогичными результатами изучения радиационно-индуцированных свойств при использовании стандартного вида ионизирующего излучения – гамма-излучения изотопа 60Со со средней энергией 1,25 МэВ.
В настоящем сообщении рассмотрены результаты изучения радиационных изменений, протекающих в кристаллической фазе порошкообразного и блочного ПТФЭ при воздействии гамма-излучения, выполненные в ФИЦ ХФ РАН с использованием метода рентгенофазного анализа в рамках работ в составе Международной коллаборации по проекту ARIADNA в течение 2023 года. По итогам этих исследований подготовлена и подана на экспертизу в Роспатент заявка на патент на изобретение (приоритет от 29.01.2024 г.) и осуществляется подготовка публикации в печать. Результаты исследований:
1) Впервые осуществлён фазовый анализ рентгеновских спектров гамма-облученного порошкообразного и блочного ПТФЭ. Рассмотрено радиационное поведение кристаллов гексагональной и псевдогексагональной сингоний.
2) В результате анализа рентгеновских спектров ПТФЭ впервые обнаружены множественные радиационно-индуцированные структурные переходы кристаллов полимера из гексагональной в псевдогексагональную сингонию и обратно, что проявляется в форме колебаний степени кристалличности ПТФЭ, наблюдающихся в области доз от 0.1 до 45 кГр. Радиационно-индуцированные колебания степени кристалличности полимера происходят антибатно в гексагональной и псевдогексагональной фазе. Демпфирование обнаруженных колебаний с ростом поглощённой дозы может быть связано с развитием необратимых процессов радиационной деструкции и сшивания полимерных цепей ПТФЭ в кристаллической фазе.
3) Впервые обнаружен эффект динамического рассеяния рентгеновских лучей, который обусловлен гигантским усилением флуктуаций интенсивности рассеянных рентгеновских лучей при дозах 5 – 7 кГр. Предположено, что природа этого эффекта может быть связана с радиационно-индуцированной подвижностью элементов надмолекулярной структуры полимера (сферолиты, ламеллярные структуры и проч.).
4) Обнаружена корреляция между появлением гигантских флуктуаций интенсивности рентгеновского излучения и размерами областей рассеяния, обеспечивающих рост интенсивности впервые обнаруженного нового диффузного аморфного гало с максимумом при 2θ≈ 9 – 12 град.
5) В рамках модели Уильямсона – Холла установлено влияние радиационно-индуцированных дефектов структуры (дислокации, вакансии, атомы смещения и проч.) и полей радиационно-индуцированных напряжений на спектральную форму пиков кристалличности, характеризующих гексагональную фазу ПТФЭ. Однако для облученных кристаллов ПТФЭ, принадлежащих псевдогексагональной сингонии (фаза I), эта взаимосвязь не была обнаружена.
Таким образом, наряду с известными температурными фазовыми переходами, протекающими в кристаллической фазе ПТФЭ, обоснована возможность появления радиационно-индуцированных обратимых фазовых переходов. В отличие от температурных фазовых переходов, этот вид фазовых переходов может быть как обратимым, так и необратимым. Кроме того, подтверждена характерная для радиационно-индуцированных фазовых переходов тенденция к переходу в высокотемпературную псевдогексагональную сингонию. При этом необходимо подчеркнуть, что обратный переход из псевдогексагональной в гексагональную фазу ПТФЭ происходит эндотермически. Это наблюдение свидетельствует о реализации в процессе радиолиза ПТФЭ нового канала диссипации поглощённой энергии ионизирующего излучения, что может найти применение для разработки новых методов радиационной защиты полимера.

Ссылка для подключения:
https://lhep-volna.jinr.ru/seminar