Защита диссертации Темір Әділет Махамбетұлы на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «8D05305 - Ядерная физика»
В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Темір Әділет Махамбетұлы на тему «Исследование эффективности экранирования электронного и гамма – излучения композитными керамиками Bi2O3 – WO3 – TeO2» по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика».
Диссертация выполнена на кафедре «Ядерной физики, новых материалов и технологий» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
1Ногай Адольф Сергеевич
Мухамедов Нуржан Еролович
Временные члены Диссертационного совета:
Сагдолдина Жулдыз
Меренцов Александр Ильич
Селиверстова Евгения Владимировна - доктор философии(PhD), ассоциированный профессор, Карагандинский государственный университет имени Е.А. Букетова, Старший научный сотрудник
Научные консультанты:
Жумадилов Касым Шаймарданович – доктор философии (PhD), профессор кафедры «Ядерная физика, новые материалы и технологии» в Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева, город Астана, Республика Казахстан.
Труханов Алексей Валентинович – д. ф. - м. н., доцент, Академик-секретарь отделения химии и науки о Земле Национальной Академии наук Беларуси, город Минск, Республика Беларусь
Защита состоится: 27 сентября 2024 года 10:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по специальности «8D05305 – Ядерная физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.
Ссылка: https://clck.ru/3CkLyT
Адрес: Астана қ., Қ. Сәтбаев көшесі, 2, Бас ғимарат, Мәжіліс залы (№302 ауд.).
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Темір Әділета Махамбетұлы «Исследование эффективности экранирования электронного и гамма – излучения композитными керамиками Bi2O3 – WO3 – TeO2», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физики» Цель диссертационного исследования Целью диссертационного исследования заключается в изучении перспектив применения композитных керамик на основе соединений Bi2O3 – WO3 – TeO2 для экранирования гамма – и электронного излучения. Задачи исследования На основе поставленной цели были сформулированы следующие задачи в рамках выполнения диссертационного исследования: 1. Отработка технологии получения Bi2O3 – WO3 – TeO2 стеклоподобных керамик с применением метода твердофазного синтеза. 2. Изучение процессов фазовых превращений в Bi2O3 – WO3 – TeO2 при вариации условий получения (изменении температуры отжига образцов). 3. Определение влияния вариации состава композитных Bi2O3 – WO3 – TeO2 керамик на эффективность экранирования гамма – и электронного излучения. Методы исследования Синтез композитных стеклоподобных керамик был осуществлен с применением метода механохимического твердофазного синтеза с последующим термическим отжигом при различных температурах, что в свою очередь позволило определить кинетику фазовых трансформаций типа «кристаллическая структура – аморфная структура), а также определить температуры при которых происходит аморфизация. Изучение структурных и морфологических особенностей полученных керамик в зависимости от изменения условий термического отжига, а также в случае вариации концентрации компонент было выполнено с применением методов растровой электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, энерго-дисперсионного и рентгенофазового анализа. Определение экранирующих характеристик было выполнено с использованием стандартных методов определения изменений интенсивности гамма – излучения до и после использования экранирующих материалов. В качестве источников гамма – квантов были выбраны стандартные источники Co57 (136 кэВ), Cs137 (661 кэВ), Na22 (1274 кэВ), эксперименты по экранированию электронного излучения были проведены на ускорителе ЭЛВ – 4 путем облучения электронами с энергией 1.3 МэВ. Основные положения, выносимые на защиту: 1. С применением метода рентгенофазового анализа установлено, что аморфизация и последующее стеклование композитных Bi2O3-WO3-TeO2 керамик происходит при температуре выше 750 °С. 2. Определено, что фазовые трансформации в Bi2O3-WO3-TeO2 керамиках типа Bi2Te2W3O16 → аморфноподобное стекло приводят к увеличению кратности ослабления гамма – излучения с 1.2 до 2.7 раз. 3. Определено, что увеличение концентрации Bi2O3 с 0.1 М до 0.4 М в составе 0.5TeO2-(0.5-x)WO3-xBi2O3 керамик приводит к двукратному увеличению эффективности экранирования гамма – квантов с энергией 660- 1270 кэВ, а в случае низкоэнергетических гамма-квантов к практически полному их поглощению. 4. Установлено, что варьирование концентрацией Bi2O3 в составе 0.5TeO2-(0.5-x)WO3-xBi2O3 стеклоподобных керамик приводит к упрочнению за счет изменений плотности материала и возникновению эффекта армирования при больших концентрациях Bi2O3. Описание основных результатов исследования Получены результаты исследования влияния условий синтеза, в частности, термического отжига, на фазовый состав и оптические свойства керамик, которые продемонстрировали хорошие перспективы возможности применения данных керамик в качестве экранирующих защитных материалов. Синтез керамик проводился с применением методов механохимического синтеза и термического спекания в диапазоне от 300 до 800°C. Установленная фазовая диаграмма превращений в керамиках типа WO3/Bi2Te4O11→ WO3/Bi2Te2W3O16 → Bi2Te2W3O16→ аморфноподобноe стекло позволяет получать с высокой точностью керамики различного фазового состава, которые обладают различными оптическими и экранирующими характеристиками. Показана эффективность экранирования гамма-излучения с энергией 130 кэВ керамиками Bi2O3-TeO2-WO3. В ходе исследования экранирующих характеристик установлено, что изменение фазового состава приводит к увеличению коэффициента кратности ослабления гамма излучения от 1.2 до 2.7 раз. При этом для керамик толщиной 0.5 мм эффективность экранирования составляет от 30 до 70 % в зависимости от фазового состава керамик, что сравнимо с теоретическими предсказаниями для аналогичных структур. В ходе испытаний на эффективность экранирования электронного излучения было установлено, что в случае образцов полученных при температурах 300-500°C эффективность экранирования достаточно низкая и не превышает 50 %, что обусловлено низкой плотностью керамик. Увеличение плотности керамик, а также изменение фазового состава за счет формирование фазы Bi2Te2W3O16 приводит к увеличению эффективности экранирования на 20-30 %. При этом для аморфных керамик, степень экранирования наивысшая и сравнима по эффективности с аналогичными структурами похожих составов. В работе представлены результаты исследования прочностных, оптических и экранирующих гамма-излучение характеристик защитных стекол типа 0.5TeO2-(0.5-x)WO3-xBi2O3. В качестве метода получения стекол был выбран механохимический способ с последующим спеканием при температуре 1000°С. Данный способ получения стекол позволяет получать аморфноподобные стекла с высокими показателями прочности. В качестве компонента допанта, относительно которого рассматривалось изменение всех вышеуказанных свойств, был выбран Bi2O3. В ходе проведенных экспериментов было установлено, что допирование Bi2O3 при Х выше 0.15 приводит к существенному увеличению прочности более чем на 30 %, что свидетельствует о повышении устойчивости стекол к внешним воздействиям. Анализ оптических характеристик показал, что добавление в состав стекол Bi2O3 приводит к незначительному снижению пропускания в области видимого света, а также увеличению ширины запрещенной зоны с 3.32 эВ до 3.78-3.81 эВ. Согласно полученным данным экранирующих характеристик наибольшей эффективностью экранирования обладают образцы TWBO-4 и TWBO-5 для которых наблюдается снижение интенсивности гамма-квантов варьируется от 50 % (для гамма-квантов с энергией 1270 кэВ) до 75 % и 96 % для гамма-квантов с энергией 660 кэВ и 130 кэВ соответственно. Величина эффективности экранирования выше 50 % для образцов TWBO-4 и TWBO-5 в случае экранирования гамма-квантов с энергией 1270 кэВ обусловлена наличием дополнительных электронных ловушек и полос поглощения, приводящих к дополнительному поглощению образовавшихся электрон- позитронных пар. Полученные результаты в дальнейшем можно использовать для разработки технологии создания защитных стекол в промышленном масштабе. В ходе проведенных исследований сравнительных характеристик экранирования установлено, что синтезированные керамики толщиной 0.3- 0.4 мм обладают сравнимой эффективностью экранирования, как и свинцовые пленки аналогичной толщины, что свидетельствует об их эффективности применения в качестве защитных материалов от ионизирующего излучения. При этом в отличие от свинца, синтезированные керамики не являются токсичными для окружающей среды. Описание новизны и важности полученных результатов Методом рентгенофазового анализа установлено, что вариация температуры отжига в диапазоне 300 – 800°С приводит к фазовым превращениям типа WO3/Bi2Te4O11 → WO3/Bi2Te2W3O16 → Bi2Te2W3O16 → аморфноподобное стекло. Полученные результаты могут быть в дальнейшем использованы при разработке технологии создания защитных стекол в промышленных масштабах. Результаты по эффекту легирования теллуридных стекол Bi2O3 позволили внести существенный вклад в фундаментальную теорию создания радиационно-защитных материалов. Установлено, что увеличение плотности керамик, а также изменение фазового состава за счет формирования фазы Bi2Te2W3O16 приводит к увеличению эффективности экранирования электронного излучения на 20- 30 %. Показано, что вариация концентрации компонент в составе Bi2O3-WO3- TeO2 керамик приводит не только к изменению их экранирующих характеристик, но и упрочнению за счет эффекта армирования, связанного с изменением концентрации Bi2O3. Соответствие направлениям развития науки или государственным программам Данная диссертационная работа выполнена в рамках реализации задач грантового финансирования по теме: AP09562301 «Исследование эффективности экранирования электронного и гамма-излучения композитными керамиками Bi2O3-WO3-TeO2» (2021 г.) и программно- целевого финансирования BR11765580 «Разработка технологий создания новых типов конструкционных материалов для ядерной энергетики и защиты от ионизирующего излучения» (2022-2023 гг.). Описание вклада соискателя в подготовку каждой публикации Личный вклад соискателя заключается в проведении экспериментальных работ, связанных с отработкой режимов получения композитных стеклоподобных Bi2O3-WO3-TeO2 керамик с применением метода механохимического твердофазного синтеза, совмещенного с термическим спеканием при различных температурах полученных образцов, характеризации их оптических и структурных характеристик. Экспериментальные работы, связанные с синтезом и характеризацией полученных образцов были выполнены на базе Лаборатории инженерного профиля НАО Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева. Работы, связанные с определением экранирующих параметров и эффективности снижения интенсивности гамма – и электронного излучения были выполнены совместно с сотрудниками Лаборатории физики твердого тела Астанинского филиала Института ядерной физики МЭ РК. Обсуждение постановки целей и задач исследований, а также формулирование основных выводов и положений было выполнено совместно с научными консультантами PhD, профессором Жумадиловым К.Ш. и д.ф.-м.н., доцентом Трухановым А.В. Результаты диссертационного исследования были опубликованы в 3 статьях в журналах, индексирующихся в базах данных Web of Science Core Collection и Scopus, а также 1 статьи в журнале из списка рекомендованного КОКСНВО 3 тезисов докладов в сборниках международных конференций. Результаты работы были представлены на следующих научных конференциях в виде докладов: 1. III Международный научный форум «Ядерная наука и технологии» (2021, Алматы, Казахстан). 2. 50-я Международная тулиновская конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (2021, Москва, Россия). 3. «GYLYM JANE BILIM – 2024», посвященной 125 летнему юбилею великого ученого К.И. Сатпаева (2024, Астана, Казахстан).
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://youtu.be/YXaKiDsf_i4?si=uGSO867L797PEjQf
