Прикладні публікації співробітників
1. Гадоліній металевий
Фізичні та хімічні властивості
Гадоліній – світло-сірий метал. Щільність 7,895 кг/дм3. Температура плавлення 1312°C температура кипіння 3280°C. Феромагнетик, точка Кюрі 292 До.
Гадолінію властиво найвищий серед усіх елементів переріз захоплення теплових нейтронів: 46 000 барн - така ця величина для природної суміші ізотопів гадолінію.
Гадоліній повільно окислюється повітря при кімнатній температурі, швидко — вище 100°C. При тривалому зберіганні на відкритому повітрі він поступово тьмяніє, покриваючись оксидною плівкою. При нагріванні металевий гадолін реагує з галогенами, азотом, воднем. Взаємодіє з мінеральними кислотами, крім плавикової, не взаємодіє з розчинами лугів
Вміст гадолінію в земній корі 5,4*10 -4 % за масою, у морській воді 6*10 -7 мг/л. Разом з іншими рідкісноземельними елементами знаходиться в мінералах гадолініті, монациті, бастнезіті, ксенотимі, апатиті.
Монацитові та бастнезитові руди зазвичай розкривають нагріванням із сірчаною кислотою. При цьому утворюються сульфати рідкісноземельних елементів, які вилуговуються з продукту реакції водою. Рідкоземельні елементи витягують з розчину осадженням у вигляді оксалатів або подвійних сульфатів рідкоземельних елементів і натрію, а потім ці сполуки перетворюють на потрібну технічну сіль.
Універсальний спосіб одержання абсолютно чистих рідкісноземельних металів полягає у відновленні безводних фторидів кальцієм. Безводні фториди рідкоземельних металів отримують або фторуванням оксидів безводним фтористим воднем при 575°С, або прожарюванням фторидів, обложених з водних розчинів плавикової кислотою, або сплавленням оксидів рідкоземельних металівз біфторидом амонію.
Безводний фторид змішують з порошком металевого кальцію, Танталовий тигель із завантаженням нагрівають в атмосфері аргону, доки не почнеться реакція. Після завершення реакції і рідкісноземельний метал, і шлак (фторид кальцію) повинні перебувати в розплавленому стані.
Отриманий у такий спосіб Гадоліній кальцієтермічний за вмістом контрольованих домішок повинен задовольняти вимоги та норми ТУ 48-4-210-72
Зміст суми інших рідкісноземельних металів (європія, самарія, тербія. Іттрія), % не більше
Зміст інших контрольованих домішок, % не більше
Тантала, молібдену чи ніобію
Магнітні носії інформації
Ряд сплавів гадолінію і особливо сплав із кобальтом і залізом дозволяє створювати носії інформації з колосальною щільністю запису. Це пов'язано з тим, що у цих сплавах утворюються спеціальні структури — ЦДМ — циліндричні магнітні домени , причому розміри доменів менше 1 мкм , що дозволяє створювати носії пам'яті для сучасної комп'ютерної техніки із щільністю запису 1-9 мільярдів біт на 1 квадратний сантиметр площі носія.
В атомній техніці гадоліній знайшов застосування для захисту від теплових нейтронів, так як цей елемент має найвищу здатність до захоплення нейтронів з усіх елементів. Його перетин дорівнює 49000 барн. Але з усіх ізотопів гадолінію найвищою здатністю до захоплення нейтронів володіє його ізотоп гадоліній-157, перетин захоплення 254 000 барн.
Сплав гадолінію та нікелю застосовується для виготовлення контейнерів для поховання радіоактивних відходів.
Сплав гадолінію, германію, кремнію та невеликої кількості заліза (1 %) застосовується для виробництва магнітних холодильників (на основі гігантського магнетокалоричного ефекту).Чистий гадоліній має максимальне значення магнетокалоричного ефекту в точці Кюрі (
290 K) порядку 4 К при адіабатичному намагнічуванні полем 18кЕ (за даними кафедри магнетизму ТВГУ).
Також особливий інтерес останніми роками привертає себе сплав гадолиний- тербий (монокристалічний) виробництва магнітних холодильників.
Деяка кількість гадолінію постійно витрачається для виробництва спеціальних титанових сплавів (підвищує межу міцності та плинності при легуванні вже близько 5% гадолінію).
Гадоліній-148, що зазнає альфа-розпаду (напіврозпад 93 року), є безпечним і в той же час виключно потужним джерелом тепла для радіоізотопних термоелектрогенераторів.
Гадоліній-153 використовується як джерело випромінювання в медицині, наприклад, для діагностики остеопорозу.
Рентгеноконтрастний препарат гадодіамід, що містить гадоліній, використовується переважно для внутрішньовенного контрастування при МРТ-дослідженнях.
Сплав гадолінію з церієм і рутенням в області наднизьких температур набуває надпровідності і в той же час виявляє слабкий феромагнетизм, що знаходить своє застосування в наукових дослідженнях.
Сплав гадолінію з титаном (він вперше був отриманий в нашій країні) застосовують як активатор у стартерах люмінесцентних ламп.
Сплав гадолиній-залізо застосовується як дуже ємний акумулятор водню, і може бути використаний для водневого автомобіля.
Гадоліній використовується в невеликих кількостях при виробництві постійних магнітів на основі сплаву Самарій-Кобальт, а також Неодим-Залізо-Бор.
Фізичні та хімічні властивості
Оксид (сесквіоксид) гадолінію Gd2O3 – являє собою білі кристали не розчинні у воді. густина7,618 г/см 3 . Отримують, як правило, розкладанням Gd2(C2O4)3, Gd(NO3)3 або інших сполук на повітрі, зазвичай при 800-1000 °С.
Окис гадолінію поглинає вуглекислоту з повітря, а при нагріванні у воді темніє, але відновлення не виявляє; вона гігроскопічна і добре розчиняється у кислотах. При дії аміаку з розчинів солей сідає желатиноподібний гідрат гадолінію. Оксид Gd2О3 має основні властивості, йому відповідає основа Gd(ОН)3.
Оксид гадолінію отримують у процесі виробництва металевого гадолінію, як було описано вище. Окис гадолінію за вмістом контрольованих домішок повинен задовольняти вимогам та нормам ТУ 48-4-20-72
Зміст оксидів інших рідкісноземельних металів, % не більше
Сума самарія, європія, тербія та ітрію оксидів
Вміст інших контрольованих домішок, % не більше
Оксид гадолінію застосовується для вирощування монокристалів гадолієво-галієвого гранату (ГГГ) і гадоліній-скандій-галієвого гранату (ГСГГ). ГГГ - є матеріалом підкладок для нарощування епітаксійних плівок залізних гранатів, що використовуються в магнітних пристроях, а також ювелірний виробний камінь.
На основі ГСГГ виготовляють лазерні системи з гранично високим ККД та надвисокими параметрами лазерного випромінювання. У принципі ДСГГ на сьогоднішній день є першим достатньо вивченим і має відпрацьовану технологію виробництва лазерним матеріалом — високим ККД перетворення, що володіє, і придатним для створення лазерних систем для інерційного термоядерного синтезу.
Оксид гадолінію використовується для варіння спеціального скла, що поглинає теплові нейтрони. Найпоширеніший склад такого скла: оксид бору-33%, оксид кадмію-35%, оксид гадолінію-32%.
Оксиди гадолінію, самарію та європію входять до складу захисних керамічних покриттів та фарб, що використовуються для захисту від теплових нейтронів у ядерних реакторах. У ряді ТВЕЛ використовується таблетки, що містить оксид гадолінію.
Окис гадолінію Gd2O3 використовують як один із компонентів залізо-іттрієвих феритів.
3. Інші сполуки гадолінію та їх застосування
Гексаборід гадолінію застосовується для виготовлення катодів потужних електронних гармат і рентгенівських установок, зважаючи на найменшу роботу виходу з усіх боридів рідкісних земель, і його робота в 2,05 еВ порівнянна з роботою виходу лужних металів (калій, рубідій, цезій).
Використання іонів гадолінію для збудження лазерного випромінювання дозволяє створити лазер, що працює в ближньому ультрафіолетовому діапазоні з довжиною хвилі 0,31 мк.
Хлорид гадолінію застосовується для блокади клітин Купфера при лікуванні печінки.
Телурид гадолінію може працювати у потужному потоці нейтронів як дуже хороший термоелектричний матеріал (термо-е.д.с 220-250 мкВ/К). Селенід гадолінію має відмінні термоелектричні властивості і дуже перспективний і застосовуваний матеріал у виробництві радіоізотопних джерел енергії.
Для регулювання атомного реактора застосовується також борат гадолінію. Розчинні сполуки гадолінію можуть бути використані для стабілізації розчинів, одержуваних при переробці ТВЕЛ розчиненням у кислотах для подальшого поділу. Стабілізуюча дія солей гадолінію проявляється у здатності «глушити» ядерні реакції в таких розчинах, і дозволяє здійснювати ряд технологічних операцій, пов'язаних із концентруванням таких розчинів, а значить із зменшенням критичного об'єму та утворенням критичних мас.
У невеликому обсязі деякісполуки гадолінію застосовуються для отримання наднизьких температур у наукових дослідженнях. Так, наприклад, сульфат гадолінію при розмагнічуванні поблизу абсолютного нуля температур дозволяє знизити температуру до 0,0001 К. Поряд з сульфатом гадолінію для отримання наднизьких температур використовують так само і хлорид гадолінію.
Люмінофор оксисульфід гадолінію дозволяє отримувати трохи більш контрастні рентгенівські знімки. Молібдат гадолінію - компонент галій-гадолинієвих гранатів. Ці матеріали становлять великий інтерес для оптоелектроніки. А селенід гадолінію Gd2Se3 має напівпровідникові властивості, що знаходить застосування в електроніці.
Ванадат гадолінію з іонами неодиму і тулію застосовується для виробництва твердотільних лазерів, що застосовуються для променевої обробки металів і каменю, а також і в медицині.
Сторінка 1 - 3 з 3 Початок Попер.1Слід. Кінець По стор.