Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия:

М. П. Зыкова, научный сотрудник, канд. хим. наук
И. В. Степанова, доцент, канд. хим. наук
И. Х. Аветисов, профессор, докт. хим. наук, эл. почта: aich@muctr.ru

Московский государственный университет, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына, Москва, Россия:

А. С. Чепурнов, старший научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук

Цель настоящей работы состояла в определении перспективного сырья для создания композитных материалов, эффективно захватывающих нейтроны при проведении экспериментов по исследованию редких физических процессов. Такие композиты изготавливают на основе полимерной матрицы, импрегнированной гадолинием. При этом собственный радиоактивный фон композита, определяемый в первую очередь остаточным содержанием урана и тория, должен быть не более 100 мкБк/кг, что в пересчете на концентрации в материалах составляет не более 1·10^–9 % (мас.) по U и 2,5·10^–9 % (мас.) по Th. При исследовании десяти коммерческих неорганических гадолинийсодержащих препаратов (оксида, хлорида, сульфата, нитрата) методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (МС-ИСП) разработана методика определения 65 примесных элементов с пределами определения 10^–5–10^–9 % (мас.) в зависимости от конкретной примеси. Показано, что при анализе методом МС-ИСП гадолинийсодержащих препаратов для количественного измерения концентраций трудноопределяемых элементов рекомендуется использовать следующие изотопы: ⁸²Se, ¹⁴⁷Sm, ¹⁵¹Eu, ¹⁶³Dy, ¹⁷⁸Hf, ¹⁸⁸Os, ¹⁹⁴Pt. Предел определения примесей, вносящих наибольший вклад в остаточную радиоактивность, был снижен до 1,1·10^–9 % (мас.) для U и до 1,6·10^–9 % (мас.) для Th. Установлено, что содержание U и Th в большей степени зависит от генезиса исходного сырья, из которого были получены гадолиний-содержащие препараты, чем от общей химической чистоты препаратов, которая в исследуемых образцах варьировалась от 99,45 до 99,9994 % (мас.). Более низкое содержание U и Th наблюдается в гадолинийсодержащих препаратах, полученных из вторичного сырья (экстракционной фосфорной кислоты) или из минерального сырья, сформированного в осадочных породах (фосфогипса). Именно эти препараты следует рассматривать как наиболее перспективные в качестве сырья при разработке технологии ультранизкофонового препарата гадолиния, используемого в качестве нейтрон-поглощающей добавки в детекторах и конструкционных композиционных материалах.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, уникальный идентификатор проекта RFMEFI60419X0238.

1. Agnes P., Agostino L., Albuquerque I. F. M. et al. The veto system of the DarkSide-50 experiment // Journal of Instrumentation. 2016. Vol. 11. P03016.
2. Кикоина И. К. Таблицы физических величин : справочник. — М. : Атомиздат, 1976. — 1008 с.
3. Poehlmann D. M., Barker D., Chagani H. et al. Characterization of gadolinium-loaded plastic scintillator for use as a neutron veto. URL : https://arxiv.org/abs/1812.11267v1.
4. Dumazert J., Coulon R., Lecomte Q. et al. Gadolinium for neutron detection in current nuclear instrumentation research : A review // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research A. 2018. Vol. 882. P. 53–68.
5. Hagiwara K., Yano T., Tanaka T. et al. Gamma ray spectrum from thermal neutron capture on gadolinium-157 // Progress of Theoretical and Experimental Physics. 2019. No. 2. 023D01.
6. Akerib D. S. et al. Projected WIMP sensitivity of the LUX-ZEPLIN (LZ) dark matter experimen. URL: https://arxiv.org/abs/1802.06039v2.
7. Pruszkowski E., Life P. E. Total quant analysis of teas and wines by ICP-MS. Field Application Report, ICP Mass Spectrometry. — Shelton, CT : Perkin Elmer Life and Analytical Sciences, 2004.
8. Berglund M., Wieser M. E. Isotopic compositions of the elements 2009 (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. Chem. 2011. Vol. 83, No 2. P. 397–410.
9. Wilbur S. M., Sugiyama N., McCurdy E. Optimizing performance for a collision/reaction cell ICP-MS system operating in helium collision mode // The Spectroscopy. 2010. Vol. 25. No. s11.
10. Жерноклеева К. В. Анализ редкоземельных металлов и их оксидов атомно-эмиссионным и масс-спектральным методами с индуктивно-связанной плазмой : дис. … канд. техн. наук — М., 2011. — 198 с.
11. Carbaugh D. J., Wright J. T., Parthib R., Rahman F. Photolithography with polymethyl methacrylate (PMMA) // Semiconductor Science and Technology. 2016. Vol. 31, No. 2. P. 025010.
12. Krevelen D. W., Nijenhuis K. Properties of po lymers: their correlation with chemical structure; their numerical estimation and prediction from additive group contributions. — Amsterdam : Elsevier, 2009. P. 849.
13. Holden G. Elastomers, thermoplastic // Encyclopedia of polymer science and technology. 3rd edition. 12 volumes. — New York : Wiley & Sons, 2004. P. 63–88.
14. Химическая энциклопедия. — М. : Советская энциклопедия, 1988. Т. 1. — 623 с.