Область применения европия

Евразийский Национальный университет имени Л.Н. Гумилева

Физико-технический факультет

Международная кафедра ядерной физики, новых материалов и технологий

 

 

СРС

«Europeum»

Выполнила: студентка группы ЯФ-42

Жарлгапова Аида

Проверил: Жумадилов К.Ш.

 

 

Астана, 2015

 

История открытия

Открытие европия связано с ранними спектроскопическими работами Крукса и Лекока де Буабодрана. В 1886 г. Крукс, исследуя спектр фосфоресценции минерала самарскита, обнаружил полосу в области длины волн 609 А. Эту же полосу он наблюдал при анализе смеси иттербиевой и самариевой земель. Крукс не дал названия подозревавшемуся элементу и временно обозначил его индексом Я. В 1892 г. Лекок де Буабодран получил от Клеве 3 г очищенной самариевой земли и произвел ее дробную кристаллизацию. Спектроскопировав полученные фракции, он обнаружил ряд новых линий и обозначил предполагаемый новый элемент индексами Z(эпсилон), и Z(дзетта). Четыре года спустя Демарсэ в результате длительной кропотливой работы по выделению из самариевой земли искомого элемента отчетливо увидел спектроскопическую полосу неизвестной земли; он дал ей индекс "E". Позднее было доказано, что Z(эпсилон), и Z(дзетта) Лекок де Буабодрана, "E" Демарсэ и аномальные полосы спектра, наблюдавшиеся Круксом, относятся к одному и тому же элементу, названному Демарсэ в 1901 г. европием (Europium) в честь континента Европы.

ЕВРОПИЙ (Europium), Eu - хим. элемент III группы периодич. системы элементов, ат. номер 63, ат. масса 151,96, входит в семейство лантаноидов. Природный Е. состоит из изотопов с массовыми числами 151 (47,82%) и 153 (52,18%). Электронная конфигурация трёх внеш. оболочек 4s²p⁶d¹⁰f⁷5s²p⁶6s². Энергии иоследоват. ионизации равны 5,664, 11,25 и 24,7 эВ. Кристаллохим. радиус атома Еu 0,202 нм (наибольший среди лантаноидов), радиус иона Еu³⁺ 0,097 нм. Значение электроотрицательности 1,01. В свободном виде - серебристо-белый металл, кристаллическая решётка объёмноцентрированная кубическая с постоянной решётки а= 0,45720 нм. Плотн. 5,245 кг/дм³, t_пл=822 °С, t_кип=1597 °С. Теплота плавления 9,2 кДж/моль, теплота испарения 146 кДж/моль, уд. теплоёмкость 27,6 Дж/моль.К, уд. сопротивление 8,13.10^-5 Ом.см (при 25 °С). Парамагнитен, магн. восприимчивость 22.10^-8. В хим. соединениях проявляет степени окисления +2 и +3. Природные изотопы Е. обладают высокими сечениями захвата тепловых нейтронов, поэтому Е. используют как эфф. поглотитель нейтронов. Еu служит активатором в разл. люминофорах на основе соединений Y, Zn и др. Лазеры на основе рубина, активированного Еu³⁺, дают излучение в видимой области спектра. Из радионуклидов наиб. значение имеют (b^--радиоактивные ¹⁵²Еu (T_1/2= 13,33 г.) и ¹⁵⁴Еu (T_1/2=8,8 г.), применяемые в g-дефектоскопии и др. целях.

Для библиотеки РОСФОНД требовалось отобрать нейтронные данные для 12-ти стабильных и долгоживущих изотопов европия. Данные для всех этих изотопов содержатся в библиотеке ФОНД-2.2. Однако, как будет видно далее, нейтронные данные для ряда изотопов было бы целесообразно заменить на оценки более современные и полные, выполненные в последние годы. Рассмотрим результаты деятельности по переоценке данных для изотопов европия, проведенной в последние годы в сравнении с оценками, содержащимися в ФОНД-2.2. При этом главное внимание будем обращать на результаты оценки сечения захвата. Все экспериментальные данные, используемые при сравнении с оцененными сечениями, были взяты из базы данных EXFOR-CINDA (версия 1.81, июнь 2005). Рекомендованные значения Мухабхаба приводятся согласно работе “Thermal Neutron Capture Cross Sections, Resonance Integrals and G-factors”, INDC(NDS)-440, 2003. Радиоактивные изотопы. Для 6-ти долгоживущих изотопов диспрозия –145Eu, 146Eu, 147Eu, 148Eu, 149Eu и 150Eu полных наборов нейтронных данных нет. В библиотеке ФОНД-2.2 нейтронные данные для них были приняты из EAF-3. В версии библиотеки EAF-2003 данные по радиоактивному захвату нейтронов в большинстве своем практически не изменились, однако остальные сечения были пересмотрены с учетом расчетов по программам, реализующих новые теоретические модели. Отдельно следует отметить долгоживущие изотопы 152Eu, 154Eu, 155Eu и 156Eu, для которых имелись полные наборы нейтронных данных. Для этих изотопов характерны большое сечений радиационного захвата и большое время жизни. Они являются продуктами деления, которые дают заметный суммарный вклад в полное сечение поглощения всех продуктов деления. Стабильные изотопы. Данные для стабильных изотопов европия в библиотеке ФОНД-2.2 были взяты из библиотеки JENDL-3.3 с небольшой корректировкой данных (март 1990). Изменения коснулись пересмотра сечений для пороговых реакций. В библиотеке JEF-3.1 для Eu-151 используется оценка, выполненная для JEF-2.2 (~ENDF/B-V). Для Eu-153 - оценка, выполненная для японской библиотеки нейтронных данных JENDL-3.2. В библиотеке JENDL-3.3 нейтронные данные не пересматривались по сравнению с версией JENDL-3.2 (март 1990). В ENDF.B-VII (betha 1.2 версия, ноябрь 2005) принята оценка, выполненная в рамках проекта по созданию международной библиотеки продуктов деления. Авторы оценки: Мухабхаб (S.Mughabghab, BNL) - (резонансная область); Обложинский (P. Oblozinsky, BNL), Рохман (D.Rochman, BNL) и Херман (M.Herman, BNL) - (область более высоких энергий. При анализе нейтронных данных для отдельных изотопов мы будем исходить из той общей информации, которая изложена выше. Европий-152 Изотоп Eu-152 образуется путем выгорания стабильного изотопа Eu-151. Он имеет три изомерных состояния. В основном состоянии - период полураспада Т1\2=13.516 лет. Из которого изотоп, с ~70% вероятностью испытывая β-распад превращается в стабильный изотоп Gd-150 (α-активный), и с ~30% вероятностью в результате позитронного распада превращается в Sm-152. В первом изомерном состоянии - период полураспада составляет 9.31 часа. Цепочка распада аналогичная основному состоянию, с той лишь разницей, что поменялись местами вероятности процессов распада. Вероятность изомерного перехода ничтожно мала. Во втором изомерном состоянии (Т1\2=96 мин.) испытывает изомерный переход в основное состояние с испусканием γ-кванта. В ФОНД-2.2 – оценка J.Kopecky, D.Nierop, 1992 (EAF-3). В JEFF-3.1 – оценка, выполненная для JENDL-3.2. В JENDL-3.3 – оценка, выполненная для JENDL-3.2 с незначительными изменениями, 1990. В ENDF/B-VII b1.2 – оценка R.Wright и JNDC FPND W.G. (2005) для международной библиотеки продуктов деления. В области разрешенных резонансов (1.Е-5 эВ – 62.07 эВ) использована оценка ENDF/B, выше – оценка JENDL-3.3. Некоторые характеристики для области резонансных энергий приведены в таблице 2. Они получены с помощью программы INTER из комплекса программ ENDF UTILITY CODES (release 6.13, July 2002). Из приведенной в таблице 2 информации видно, что и оценка ENDF/B и оценка JENDL согласуется с экспериментальным значением сечения захвата. Отметим, имеется сильное расхождение между рекомендованным Мухабхабом (BNL-325, 1981) значением резонансного интеграла и величинами, полученными на основе оцененных сечений. Из табличных данных видно также, что оценка, принятая в ФОНД, нуждается в пересмотре. На рисунке 10 приводится сравнение оцененных сечений радиационного захвата нейтронов в резонансной области энергий. Из приведенного на рисунке 10 сравнения видно, что оценка ENDF/B существенно расширяет область разрешенных резонансов. При описании резонансов в районе 2 эВ оценка ENDF/B выше оценки JENDL, что и обуславливает небольшие расхождения в величине резонансного интеграла между этими оценками.

Область применения европия

Европий металлический, обозначение согласно российским стандартам ЕвМ-1 по ту 48-2-217-72, слитках, химической чистотой 99.9% и более. Относятся к редкоземельным элементам (цериевая подгруппа лантаноидов). Расположен в группе 111 в,в 6 периоде периодической системы Европий- самый легкий из лантаноидов. он же саамы неустойчивый среди редкоземельных элементов- в присутствии кислорода воздуха и влаги быстро окисляется (корродирует). Европий является самым активным и одним из самых дорогих лантанидов. Применяется как финансовый инструмент. Техническое применение европия следующее:

1. Ядерная энергетика: европий используется в качестве поглотителя нейтронов в атомных реакторах, самым активным в отношении захвата нейтронов является европий-151. это обеспечивает высокоэффективную защиту от жесткого излучения в широком спектре волн.

2. Атомно- водородная энергетика: Оксид Европия применяется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике (Европий- стронций –йодидный цикл).

3. Лазерные материалы: Ионы Европия служат для генерации лазерного излучения в видимой области спектра (оранжевые лучи), поэтому оксид европия используется для создания твердотельных, жидкостных лазеров.。

4. Электроника: Европий является легирующей примесью в моносульфиде самария(термоэлектрогенераторы), а также как как легирующий компонент для синтеза алмазоподобного (сверхтвердого) нитрида углерода. Силицид Европия в виде тонких пленок находит применение в интегральной микроэлектронике.

5. Моноокись Европия применяются в виде тонких пленок в качестве магнитных полупроводниковых материалов для стремительно развивающейся функциональной электроники, и в частности МДП – электроники

6. Люминофоры: Вольфрамат Европия- люминофор, используемый в микроэлектронике и телевидении. Легированный Европием борат стронция и используется как люминофор в лампах чёрного света.

7. Европий в медицине: катионы Европия и успешно используются в медицине в качестве флуоресцентных зондов. Радиоактивные изотопы Европия применяются при лечении некоторых форм рака.

8. Другие сферы применения европия: светочувствительные соединения европия с бромом, хлором и йодом интенсивно изучаются. Европий-154 обладает большой мощностью тепловыделения при радиоактивном распаде и предложен в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии. Европием, отделенным от других лантаноидов, легируют некоторые специальные сплавы, в частности сплавы на основе циркония.