zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2168Research ArticleСтатьиВзаимодействие оксида гадолиния с фторидным расплавом FLiNaK по данным спектроскопии комбинационного рассеяния светаInteraction between Gadolinium Oxide and FLiNaK Fluoride Melt According to Raman SpectroscopyЗакирьяноваИ. Д.ZakiryanovaI. D.

Екатеринбург

Ekaterinburg

optic96@mail.ruИнститут высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАНРоссияInstitute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch of Russian Academy of SciencesRussian Federation202630032026932278285Copyright © Закирьянова И.Д., 20262026Закирьянова И.Д.Zakiryanova I.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2168

С использованием спектроскопии комбинационного рассеяния света in situ установлен химический механизм взаимодействия оксида гадолиния с расплавленной фторидной смесью FLiNaK — перспективной средой для пирохимической переработки отработавшего уран-гадолиниевого оксидного ядерного топлива. Высокотемпературные спектральные исследования, дополненные результатами рентгенофазового анализа, показали протекание необратимой гетерогенной реакции Gd2O3mв + 2LiFр-р→2GdOFmв + Li2Oр-р. Установлено влияние температуры на кинетику и полноту протекания реакции: при повышении температуры процесс взаимодействия протекает быстрее, равновесное содержание оксида Gd2O3 уменьшается, а оксифторида GdOF увеличивается. Показано, что продукт реакции (оксифторид гадолиния GdOF) образует ромбоэдрическую R3m кристаллическую модификацию. Установлено отличие реакционной способности оксида Gd2O3 по сравнению с оксидом La2O3 во фторидном расплаве FLiNaK.

An in situ Raman spectroscopy study has established a chemical mechanism for the interaction of gadolinium oxide with a molten fluoride mixture, FLiNaK, which holds promise for the use as a medium for the pyrochemical reprocessing of spent uranium-gadolinium oxide nuclear fuel. High-temperature spectral studies along with the use of Х-ray phase analysis have indicated an irreversible heterogeneous reaction Gd2O3s + 2LiFsol→2GdOFs + Li2Osol. The influence of temperature on the kinetics and completeness of the reaction has been established. When the temperature increases, the interaction process accelerates, the equilibrium content of Gd2O3 decreases, and one of GdOF increases. The reaction product (gadolinium oxyfluoride GdOF) has been shown to form rhombohedral (R3m) crystal modification. The difference in the reactivity of Gd2O3 and La2O3 in the fluoride melt FLiNaK was established.

спектроскопия комбинационного рассеяния светаоксид гадолинияфторидные расплавыFLiNaKоксифторид гадолиниягетерогенная реакцияRaman spectroscopygadolinium oxidefluoride meltsFLiNaKgadolinium oxyfluorideheterogeneous reactionРабота выполнена с использованием оборудования ЦКП “Состав вещества” ИВТЭ УрО РАН.ReferencesГ. Л. Лунин, А. Н. Новиков, В. И. Павлов, А. М. Павловичев, Ю. М. Семченков. Атомная энергия, 102 (2007) 139—145Г. Л. Лунин, А. Н. Новиков, В. И. Павлов, А. М. Павловичев, Ю. М. Семченков. Атомная энергия, 102 (2007) 139—145М. К. Кылышканов, Н. Н. Ярошенко, Г. В. Гусакова, А. А. Дорн. Изв. вузов. Сер. Физика, 64 (2021) 57—60, https://doi.org/10.17223/00213411/64/2-2/57М. К. Кылышканов, Н. Н. Ярошенко, Г. В. Гусакова, А. А. Дорн. Изв. вузов. Сер. Физика, 64 (2021) 57—60, https://doi.org/10.17223/00213411/64/2-2/57А. Е. Карпеева, В. Г. Колосовский, Д. С. Пахомов, А. Е. Скомороха, С. Тимошин. Изв. вузов. Сер. Ядерная энергетика, 3 (2021) 97—104, https://doi.org/10.26583/npe.2021.3.08А. Е. Карпеева, В. Г. Колосовский, Д. С. Пахомов, А. Е. Скомороха, С. Тимошин. Изв. вузов. Сер. Ядерная энергетика, 3 (2021) 97—104, https://doi.org/10.26583/npe.2021.3.08Е. О. Адамов, Ю. С. Мочалов, В. И. Рачков. Атомная энергия, 130 (2021) 28—34Е. О. Адамов, Ю. С. Мочалов, В. И. Рачков. Атомная энергия, 130 (2021) 28—34Yu. P. Zaikov, A. P. Khramov, L. E. Ivanovskii. Russ. J. Electrochem., 33 (1997) 1306—1310Yu. P. Zaikov, A. P. Khramov, L. E. Ivanovskii. Russ. J. Electrochem., 33 (1997) 1306—1310А. Ю. Шадрин, В. А. Кащеев, К. Н. Двоеглазов. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы, 87 (2016) 48—60А. Ю. Шадрин, В. А. Кащеев, К. Н. Двоеглазов. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы, 87 (2016) 48—60P. A. Kizub, A. I. Blokhin, P. A. Blokhin, E. F. Mitenkova, N. A. Mosunova, V. A. Kovrov, A. V. Shishkin, Yu. P. Zaikov, O. R. Rakhmanova. Nucl. Eng. Technol., 55 (2023) 1097—1104, https://doi.org/10.1016/j.net.2022.11.020P. A. Kizub, A. I. Blokhin, P. A. Blokhin, E. F. Mitenkova, N. A. Mosunova, V. A. Kovrov, A. V. Shishkin, Yu. P. Zaikov, O. R. Rakhmanova. Nucl. Eng. Technol., 55 (2023) 1097—1104, https://doi.org/10.1016/j.net.2022.11.020B. Laurenty. The LM-LS Experiment: Investigating Corrosion Control in Liquid Fluoride Salts, by Liquid Alkali Metal, Report UCBTH-06-002, University California Berkeley (2006)B. Laurenty. The LM-LS Experiment: Investigating Corrosion Control in Liquid Fluoride Salts, by Liquid Alkali Metal, Report UCBTH-06-002, University California Berkeley (2006)J. Uhlíř. In: Molten Salt Reactors and Thorium Energy, Ed. T. Dolan, Woodhead Publishing, Cambridge, UK (2017) 209—230, https://doi.org/10.1016/b978-0-08-101126-3.00008-7J. Uhlíř. In: Molten Salt Reactors and Thorium Energy, Ed. T. Dolan, Woodhead Publishing, Cambridge, UK (2017) 209—230, https://doi.org/10.1016/b978-0-08-101126-3.00008-7M. Ambrová, J. Jurišová, V. Danielik, J. Gabčova. J. Thermal Anal. Calorim., 91 (2008) 569—573, https://doi.org/10.1007/s10973-007-8533-6M. Ambrová, J. Jurišová, V. Danielik, J. Gabčova. J. Thermal Anal. Calorim., 91 (2008) 569—573, https://doi.org/10.1007/s10973-007-8533-6Q. Yang, J. Ge, Y. Wang, J. Zhang. Nucl. Technol., 206 (2020) 1769—1777, https://doi.org/10.1080/00295450.2020.1757976Q. Yang, J. Ge, Y. Wang, J. Zhang. Nucl. Technol., 206 (2020) 1769—1777, https://doi.org/10.1080/00295450.2020.1757976И. Д. Закирьянова, П. Н. Мушников. Журн. прикл. спектр., 92 (2025) 170—177 https://doi.org/10.1007/s10812-025-01904-2I. D. Zakiryanova, P. N. Mushnikov. J. Appl. Spectr., 92 (2025) 249—255, https://doi.org/10.1007/s10812-025-01904-2I. Zakiryanova, D. Zakiryanov. Chem. Phys., 593 (2025) 112659, https://doi.org/10.1016/j.chem-phys.2025.112659I. Zakiryanova, D. Zakiryanov. Chem. Phys., 593 (2025) 112659, https://doi.org/10.1016/j.chem-phys.2025.112659D. Zakiryanov. Comp. Theor. Chem., 1210 (2022) 113646, https://doi.org/10.1016/j.comptc.2022.113646D. Zakiryanov. Comp. Theor. Chem., 1210 (2022) 113646, https://doi.org/10.1016/j.comptc.2022.113646I. D. Zakiryanova, P. N. Mushnikov, E. V. Nikolaeva, Y. P. Zaikov. Processes, 11 (2023) 988, https://doi.org/10.3390/pr11040988I. D. Zakiryanova, P. N. Mushnikov, E. V. Nikolaeva, Y. P. Zaikov. Processes, 11 (2023) 988, https://doi.org/10.3390/pr11040988И. Д. Закирьянова. Журн. прикл. спектр., 88 (2021) 576—581 https://doi.org/10.1007/s10812-021-01236-xI. D. Zakiryanova. J. Appl. Spectr., 88 (2021) 755—760, https://doi.org/10.1007/s10812-021-01236-xJ.-M. Cheon, In-Ho Jung. J. Am. Ceram. Soc. (2025) e20364, https://doi.org/10.1111/jace.20364J.-M. Cheon, In-Ho Jung. J. Am. Ceram. Soc. (2025) e20364, https://doi.org/10.1111/jace.20364A. Ubaldini, M. M. Carnasciali. J. Alloys Compd., 454 (2008) 374—378, https://doi.org/10.1016/j.jall-com.2006.12.067A. Ubaldini, M. M. Carnasciali. J. Alloys Compd., 454 (2008) 374—378, https://doi.org/10.1016/j.jall-com.2006.12.067Y. Repelin, C. Proust, E. Husson, J. Beny. J. Solid State Chem., 118 (1995) 163—169, https://doi.org/10.1006/jssc.1995.1326Y. Repelin, C. Proust, E. Husson, J. Beny. J. Solid State Chem., 118 (1995) 163—169, https://doi.org/10.1006/jssc.1995.1326J. Cui, G. A. Hope. J. Spectrosc., 2015 (2015) 940172, https://doi.org/10.1155/2015/940172J. Cui, G. A. Hope. J. Spectrosc., 2015 (2015) 940172, https://doi.org/10.1155/2015/940172I. D. Zakiryanova, D. O. Zakiryanov. J. Mol. Liquids, 318 (2020) 114054, https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114054I. D. Zakiryanova, D. O. Zakiryanov. J. Mol. Liquids, 318 (2020) 114054, https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114054J. Yu, L. Cui, H. He, S. Yan, Y. Hu, H. Wu. J. Rare Earths, 32 (2014) 1—4, https://doi.org/10.1016/S1002-0721(14)60025-9J. Yu, L. Cui, H. He, S. Yan, Y. Hu, H. Wu. J. Rare Earths, 32 (2014) 1—4, https://doi.org/10.1016/S1002-0721(14)60025-9J. Derek, Y. Toshinobu, J. Janz. J. Chem. Eng. Data, 27 (1982) 366—367J. Derek, Y. Toshinobu, J. Janz. J. Chem. Eng. Data, 27 (1982) 366—367L Fangfei, J. Zuyao, Z. Qingling, D. Hongli, Z. Ning, Y. Chunhua, G. Dongcai. Opt. Mater., 150 (2024) 115127, https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.115127L Fangfei, J. Zuyao, Z. Qingling, D. Hongli, Z. Ning, Y. Chunhua, G. Dongcai. Opt. Mater., 150 (2024) 115127, https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.115127

The authors declare that there are no conflicts of interest present.