Diffusion of 13 C tracers in zirconium oxides has been studied. The investigation has been performed with the view of developing materials for accelerator targets based on the isotope separation on-line technology. The diffusion source of 13 C atoms was produced by ion implantation. The characteristics of the source were determined using the methods of nuclear microanalysis and X-ray photoelectron spectroscopy. The samples underwent diffusion annealing treatments in air at 850−1000 0 C. The diffusion coefficients were determined by analyzing the dependence of the 13 C tracers concentration in the sample on its annealing time; in doing so, the second Fick's equation was solved for the corresponding initial and boundary conditions. The concentration of 13 C tracers in the samples was measured by the method of nuclear microanalysis with the 13 C(d,p) 14 C reaction. The carbon diffusion coefficients were found to be very small. The diffusion activation energy was 2.7 eV. It was found also that the presence of carbon atoms in ZrO 2 led to a decrease in the oxygen diffusion coefficients. It was conjectured that carbon ions and structural oxygen vacancies formed low-mobility complexes, predetermining small diffusion coefficients of both oxygen and carbon in the oxide.
Проведено исследование диффузии меченых атомов 13 С в оксидах циркония. Постановка исследования связана с задачей разработки материалов для мишеней ускорителей, использующих технологию изотопного разделения on-line. Диффузионный источник атомов 13 С создавался с помощью ионной имплантации. Его характеристики определяли с помощью методик ядерного микроанализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Диффузионные отжиги образцов в интервале температур 850 – 1000 0 С проводили на воздухе. Коэффициенты диффузии находились при анализе зависимости от времени отжига содержания меченых атомов 13 С в образце, при этом использовалось решение второго уравнения Фика для соответствующих начальных и граничных условий. Концентрации изотопа 13 С в образцах измерялись с помощью методики ядерного микроанализа, использовалась реакция 13 C(d,p) 14 C. Установлен очень низкий уровень значений для коэффициентов диффузии углерода. Энергия активации диффузии составила 2.7 эВ. Обнаружено также, что присутствие атомов углерода в оксиде ZrO 2 приводит к уменьшению коэффициентов диффузии кислорода. Выдвинуто предположение, что ионы углерода и структурные кислородные вакансии оксида образуют малоподвижные комплексы, что обуславливает низкие значения коэффициентов диффузии в оксиде как ионов кислорода, так и углерода.
