К критике аргон-аргонового метода датирования.

 

IX международный семинар «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (МНТ – IX)». Тезисы докладов. Обнинск: ИАТЭ, 2007, с.114-116.

 

Влияние аномальной диффузии на измерительные методики, использующие реакторные технологии.

Покровский С.Г, Поспелов В.П.

ООО «Научно-производственное предприятие «Проект-Д»

pokrovsky@project-d.ru

 

Явление аномальной диффузии – визитная карточка сильных воздействий, сопровождающая такие виды обработки, как лазерная, электронно-лучевая и ионная обработка, сильная пластическая деформация. Однако это явление остается мало извест-ным за пределами узко-специальных областей, а потому не учитывается при разработке методик, использующих нетрадиционные виды воздействий на материалы.

            В частности, в методике аргон-аргонового датировании вулканических пород калий-содержащие образцы подвергают нейтронному реакторному облучению, в ходе которого по реакции ³⁹К(n,p)Ar³⁹ в образцах накапливается Ar³⁹. Результат измерений возраста из соотношения Ar⁴⁰/Ar³⁹ критически зависит от возможного выноса образующегося при реакторном облучении аргона [1]. Тем не менее, для оценки масштабов выноса аргона из материала используются фактически только данные по длине пробега ядер отдачи масштаба 100 нм [2]. При этом совершенно не учитывается что область активного движения дислокаций на 2-3 порядка превышает длину пробега ядра Ar и возрастание на несколько порядков коэффициента диффузии.

            Масштаб возникающих ошибок в результате выноса аргона, образующегося в результате реакторного облучения, удалось оценить по данным экспериментального облучения портландцементного камня[3]. Портландцементный камень с содержанием Na₂O+K₂O в кликере на уровне 1.36% облучался быстрыми нейтронами  в канале реактора ВВР-М до флюенса 10¹⁹ нейтр/см². Образцы 20×Ø20 мм располагались в ампульной сборке. Выделяющиеся газы отводились из ампулы в специальную кювету и отбирались для химического и гамма-спектрометрического анализа. Наряду с газами фотолиза содержащейся в цементе воды (кислород, водород) и имеющими реакторное происхождение изотопами ксенона и криптона, в числе анализируемых газов  выявлялся радиоактивный изотоп ⁴¹Ar, являющийся продуктом нейтронной активации калия.

Оценки по характерным сечениям взаимодействий показали, что в ходе облучения  от 10 до 100%  вновь образующегося в портландцементном камне ⁴¹Ar выносится из облучаемого материала. Столь значительный вынос на порядки превышает возможности обычного диффузионного механизма.

Исследования изменений матричного материала после облучения не показали сколько-либо значимого изменения физико-механических свойств, отличающих облученный материал от материала, не подвергавшегося облучению, но прогревавшегося до тех же температур(140⁰C). Т.е. вынос аргона происходил вне рамок процессов, например, радиационного распухания, которым его традиционно приписывают[1].  

Условия выноса ⁴¹Ar и ³⁹Ar примерно идентичны. На основании простой модели, учитывающей существенный вынос материала аномальной диффузией, показано, что из-за недооценки роли аномальной диффузии в ходе облучения и после него при аргон-аргоновом датировании может происходить удвоение кажущегося возраста горной породы.

 

1. С.Б.Брандт, С.В.Рассказов, И.С.Брандт, А.В.Иванов. Формальное исследование изохронных построений в ⁴⁰Ar/³⁹Ar - геохронометрии. // Геохимия, 2004, № 8, с.835-842

2. Villa I.M. Direct determination of 39Ar recoil distance // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61. No 3. P. 689-691.

3. Поспелов В.П. Миренков А.Ф., Покровский С.Г. Бетоны радиационной защиты атомных электростанций(Разработка, исследования, внедрение).- М.: ООО"Август Борг", - 2006,-652 с.