Electrochemical properties of titanium electrodes under alpha irradiation

CECM - CNRS, 15 rue Georges Urbain, 94407 Vitry-sur-Seine cedex, France.

Abstract

Bombardment of the back face of thin titanium foil electrodes with alpha particles causes important modifications of their electrochemical properties in aqueous solution at room temperature. We have observed two electrochemical regimes depending on the energy spectrum of the a particles attaining the Ti/solution interface : regime I corresponding to the [0, 1.6 MeV] range for which α-radiation reactivates the Ti surface in 1 M H₂SO₄, regime II corresponding to the [0, 3 MeV] range for which α-radiation passivates the Ti surface in otherwise identical experimental conditions. By changing the nature, concentration and pH of the solution, by using a scavenger of primary radicals (H, OH), it is suggested that water radiolysis plays a role in the electrochemical behaviour reported in regime I. The importance of the native oxide at the Ti electrode surface á-irradiated prior to immersion in solution is also emphasized. A mechanism in two steps involving reduction of the surface cations by H radicals followed by further oxidation during anodic polarisation of the electrode was inferred, solely applicable in regime I.

Résumé

Le bombardement d'électrodes composées d'une feuille mince de titane par des particules a modifie de façon significative leurs propriétés électrochimiques en solution aqueuse à température ambiante. Nous avons mis en évidence deux régimes électrochimiques en fonction du spectre des énergies des particules a atteignant l'interface Ti/solution : le régime I correspondant à la gamme d'énergie [0, 1,6 MeV] pour lequel l'irradiation réactive la surface de Ti en milieu 1 M H₂SO₄, le régime II correspondant à la gamme d'énergie [0, 3 MeV] pour lequel l'irradiation passive la surface de Ti, toutes conditions égales par ailleurs. En changeant la nature, la concentration et le pH de la solution, en utilisant des capteurs de radicaux primaires (H, OH), on en vient à émettre l'hypothèse que la radiolyse de l'eau joue un rôle dans le régime I. On attache aussi une certaine importance à la présence de l'oxyde natif à la surface de l'électrode de titane soumis à irradiation a avant immersion en solution. On en déduit un mécanisme en deux étapes, mettant en cause la réduction des cations métalliques de surface par les radicaux H, suivi de leur ré-oxydation progressive au cours de la polarisation anodique de l'électrode, uniquement valable dans le régime I.