Actinide intermetallic targets for the synthesis of superheavy elements

29.04.2021 – FLNR Scientific Seminar “Actinide intermetallic targets for the synthesis of superheavy elements”, 15-30, FlerovLab Conference Hall and online WebEx.

Speaker: Elizaveta Melnik

Development of the target fabrication techniques of enriched actinide isotopes resistant to the high-intensity heavy ion beam irradiation is one of the key problems to be sorted out for the FLNR SHE Factory.
Existing actinide oxide targets we fabricate by solution-based electrolyte deposition can’t stand prolonged irradiation at beam current higher than 1-2mcA*h.
Target material lack of thermal, chemical and radiation resistance is evidently the main reason. Actinide intermetallics meet all necessary requirements.
²⁴¹Am and palladium were used in first experiments to fabricate intermetallic targets by the following technique: radionuclide solution-based electrodeposition at a noble metal substrate followed by 900 °C annealing in oxygen.
For the further studies a number of metal layer combinations for intermetallic synthesis were chosen based on Eichler-Miedema model calculated thermodynamic data. Neodymium, a homologue of the difficult-to-access and hot actinide isotopes was used as a target material in the experiments.
Ion, thermal and electron-beam dispersion at Korvus HEX setup resulted in the thin films of various Ti/Pb, Si/Pb, Ti/Au material combinations. Besides the targets were fabricated by neodymium thin layer solution-based electrodeposition in three different ways.
Above mentioned samples were tested by scanning electron microscopy in combination with energo-dispersion spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray structural analyses and reflectometry to study film composition, morphology and structure so that to compare them with intermetallic films to confirm their intermetallic structure.

Ускорительные мишени на основе интерметаллических соединений актинидов для синтеза сверхтяжёлых элементов

докладчик: Елизавета В. Мельник

В связи с созданием в ЛЯР нового ускорителя тяжелых ионов ДЦ-280 и на его основе экспериментального комплекса Фабрика сверхтяжелых элементов, одной из ключевых проблем является разработка методов изготовления ускорительных мишеней из обогащенных изотопов актинидов устойчивых при облучении высокоинтенсивными пучками тяжелых ионов. При создании таких мишеней необходимо получать тонкие слои актинидов или их соединений на поддерживающей подложке, которые отвечают требованиям эксперимента по синтезу сверхтяжелых элементов. На сегодняшний день мишени, получаемые нами методом электролитического осаждения из растворов в виде оксидов актинидов, разрушаются при токе пучка выше 1-2 мкА*ч при длительном облучении. Основной причиной разрушения, вероятно, является недостаточная термическая, химическая и радиационная стойкость материала мишени. Соединения актинидов, которые могут отвечать необходимым требованиям, являются их сплавы с другими металлами. Первые эксперименты по получению мишеней на основе интерметаллических соединений проводились с использованием 241Am и палладия. Технология заключалась в нанесении радионуклида на подложку из благородного металла методом молекулярного электроосаждения из растворов и последующем отжиге при температуре 900 °C в восстановительной атмосфере водорода. Для дальнейших исследований нами проведен анализ термодинамических данных, используя модель «Eichler-Miedema», и на основе полученных данных был выбран ряд комбинаций слоев металлов для синтеза интерметаллидов. В экспериментах в качестве мишенного материала мы использовали гомолог труднодоступных и высокорадиоактивных изотопов актинидов – неодим. В результате, методами ионного, термического и электронно-лучевого распыления на установке Korvus HEX были получены тонкие пленки из различных комбинаций материалов Ti/Pb, Si/Pb, Ti/Au. Также были подготовлены мишени тремя разными способами нанесения тонкого слоя неодима методом электроосаждения из растворов. Полученные образцы проанализированы методами сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энегродисперсионной спектроскопией, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгеноструктурного анализа и рефлектометрии с целью изучения элементного состава, а также морфологических и структурных свойств пленок и их дальнейшего сравнения со свойствами пленок из интерметаллических соединений для подтверждения полученной интерметаллической структуры.