The effect of low-temperature electron irradiation on lutetium and its hydrogen solid solutions

Abstract

Lutetium metal and several Lu(H) solid solutions are irradiated with electrons in the energy range 0·4 to 1·7 MeV at liquid-helium temperatures. The threshold energy for the displacement of a Lu atom is determined to Td = (17 ± 1) eV, corresponding to an incident electron energy of Ed = (780 ± 30) keV. Displacement cross sections are fitted to the experimental data, with ϱ ≈︁ (60 to 90) μΩ cm/at% F.P. as Frenkel-pair resistivity. The defect production rates at 0·4 MeV of Lu(H) depend on the H-concentration in the α-phase. From their fluence dependence, the concentration dependent defect formation cross sections, σH = (2.35 to 4.18) × 106 barns, are deduced and the defect resistivities, ΔϱH = (36 to 41) μΩ cm/atom H. A comparison with calculated electron-hydrogen scattering cross sections permits to determine a threshold energy for the H-defect formation, TH = (0.06 to 0·09) eV, which, consequently, also varies with the H-concentration. A possible model assuming a paired hydrogen configuration as the stable low-resistivity form at low temperatures is suggested. Le lutetium métal et plusiers solutions solides Lu(H) ont été irradiés par des électrons d'énergie comprise entre 0,4 et 1,7 MeV à la température de l'hélium liquide. L'énergie seuil de déplacement d'un atome Lu est déterminée, cette valeur Td = (17 ± 1) eV correspondant à l'énergie d'électrons incidents Ed = (780 ± 30) keV. Les sections efficaces de déplacement calculées ont été comparées aux données expérimentales en prenant ϱF ≈︁ (60 à 90) × 10−4 Ω cm/F.P. pour la résistivité d'une paire de Frenkel. A 0,4 MeV, les taux de production de défauts dans Lu(H) varient avec la concentration de H dans la phase α. De leur diminution en fonction du flux électronique on déduit des sections efficaces de formation de défauts, σH = (2,35 à 4,18) × 106 barns, et des résistivités de défauts, δϱH = (36 à 41) μΩ cm/atome H, variant avec la concentration. La comparaison avec les sections efficaces d'intéraction électron-hydrogène calculées permet de déterminer l'énergie seuil pour la création de défaut H, TH = (0,06 à 0,09) eV, qui varie done aussi avec la concentration de H. On envisage un modèle où la configuration des atomes H en paires est supposée la forme stable et peu résistante à basse température.