Способ получения термолюминесцентных материалов
Владельцы патента RU 2502777:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) (RU)
Изобретение может быть использовано в дозиметрии слабого ионизирующего излучения, для контроля работы атомных энергетических установок, ускорителей заряженных частиц, рентгеновской аппаратуры. Сначала готовят смесь, содержащую соединения компонентов термолюминесцентного материала на основе бората магния, допированного диспрозием, перетиранием в этиловом спирте. Затем полученную смесь вводят в водный раствор полигексаметиленгуанидин хлорида с молекулярной массой 8,5 кДа и концентрацией 7,09 масс.%, нагревают, сушат, и отжигают при температуре 700-800°C в течение 10-20 часов. Снижается температура синтеза, достигается устойчивая интенсивность термолюминесценции. 1 табл., 1 ил., 2 пр.
Изобретение относится к способу получения термолюминесцентных материалов на основе тетрабората магния, допированного диспрозием (MgB4O7:Dy), которые могут быть использованы в дозиметрии слабого ионизирующего излучения, для контроля работы атомных энергетических установок, ускорителей заряженных частиц, ренгеновской аппаратуры и т.п.
Аналогами описываемого термолюминофора (MgB4O7:Dy) являются материалы основанные на LiF (производство Harshaw, США) [www.bicron.com], LiF:Mg,Ti (TLD-100), его изотопные вариации с Li6 и Li7 (TLD-600 и TLD-700), CaF2:Mn,Dy, Al2O3:С [M.S. Akselrod, V.S. Kortov, D.J. Kravetsky, V.I. Gotlib. Highly sensitive thermoluminescent anion-defective α-Al2O3:C single crystal detectors // Radiat Prot Dosim. - 1990. - 32. - P. 15-20] и LiF:Mg,Cu,P [A.J.J. Bos. High sensitivity thermoluminescence dosimetry // N. Inst Meth. Phys. Res. B. - 2001. - 184. - P.3-28].
Недостатками этих термолюминофоров являются недостаточно точные измерения дозы облучения кожного покрова слабопроникающим излучением [Т.И.Гимадова, А.И.Шакс. Индивидуальные дозиметры для измерения эквивалентных доз в коже пальцев рук, лица и хрусталике глаза при хроническом и аварийном облучении // Аппаратура и новости радиац. измерений (АНРИ) - 2001. - №3. - Р.21-27], а также проблематична дозиметрия смешанных полей излучения.
Перспективными термолюминофорами для этих целей являются бораты на основе щелочных и щелочноземельных элементов (Li2B4O7, MgB4O7): 1) они обладают высокой термолюминесцентной чувствительностью, 2) из-за близости эффективных атомных номеров (Zэфф) термолюминофоров (Табл.1.) к мягкой биологической ткани (Zэфф=7,4) они идентичны биологической ткани по пропусканию и поглощению ионизирующего излучения. Однако, в настоящее время термолюминесцентная чувствительность термолюминесцентных дозиметров представленных в Табл.1. не в полной мере обеспечивает требования по нижнему пределу регистрируемых доз.
Общие характеристики некоторых термолюминесцентных дозиметров [СЕРИЯ НОРМ МАГАТЭ ПО БЕЗОПАСНОСТИ Оценка профессионального облучения от внешних источников ионизирующего излучения №RS-G-1.3].
Таблица 1 | |||||
Тип ТЛД | Эффективный атомный номер | Основной пик (°C) | Максимум пробега излучения (им) | Относительная чувствительность | Фединг |
LiF:Ti,Mg | 8.3 | 200 | 400 | 1 | 5%годa |
LiF:Na,Mg | 8.3 | 200 | 400 | 1 | 5%/годa |
LiF:Mg,Cu,P | 8.3 | 210 | 400 | 25 | 5%/год |
Li2B4O7:Mn | 7.3 | 220 | 605 | 0.20b | 4%/месяц |
Li2B4O7:Cu | 7.3 | 205 | 368 | 2b | 10%/2 месяцаa |
MgB4O7:Dy | 8.4 | 190 | 490 | 10b | 4%/месяцa |
BeO | 7.1 | 190 | 200-400 | 0.20b | 8%/2 месяца |
CaSO4:Dy | 14.5 | 220 | 480-570 | 30b | 1%/2 месяца |
CaSO4:Tm | 14.5 | 220 | 452 | 30b | 1-2%/2 месяца |
CaF4:Mn | 16.3 | 260 | 500 | 5b | 16%/2недели |
CaF4 природный | 16.3 | 260 | 380 | 23b | очень слабое |
CaF4:Dy | 16.3 | 215 | 480-570 | 15b | 8%/2 месяцаa |
Al2O3 | 10.2 | 360 | 699 | 4b | 5%/2неделиa |
Наиболее близким термолюминесцентным материалом на основе бората магния, допированный редкоземельными элементами и кодопированный тетраборатами одновалентных металлов является MgB4O7, описанный в [Н. Tischer, W. Kern, H.P. Brehm / Themolumineszens-Dosimeter, dessen herstellung und Anwendung, PA TENT DE 3108164 A1].
Недостатками получения этого материала являются высокая температура отжига (880°С), неудовлетворительный фединг (4% месяц), трудоемкий процесс механического перетирания, а также прессование исходных компонентов в таблетки.
Целью изобретения является обеспечение лучшей гомогенизации за счет растворения исходных компонентов в полимерно-солевой композиции, снижение температуры синтеза и достижение устойчивой интенсивности термолюминесценции.
Это достигается тем, что неорганические исходные вещества растворяются в растворе полимера, что обеспечивает лучшую гомогенизацию компонентов композиций, чем при механическом перетирании, а также понижает температуру синтеза вследствие экзотермического разложения полимера.
Однофазность термолюминофора контролировали рентгенографически на дифрактометре D8 Advance Bruker AXS CuKα-излучение. Термолюминесцентный анализ проводился на установке, состоящей из нагревателя, терморегулятора, самописца и фотоумножителя. Для облучения использовался контрольный стронций-иттриевый бета источник. Доза облучения составила 7.5*10-3 Грэй. Результаты измерений термолюминесцентной чувствительности нормировались по сигналу от эталонного термолюминесцентного образца (ТЛД-580).
Пример 1:
Готовят смесь, содержащую 0.53095 г MgCl2, 1.37929 г H3BO3 и 0.15013 г Dy(NO3)3 (7 мас.% Dy) перетирают в среде этилового спирта по методике: тщательно растирают хлорид магния и борную кислоту в течение 15 мин, затем малыми порциями добавляют нитрат диспрозия.
Приготовление раствора полимера: в бюкс, объемом 50 мл, помещается 15 мл дист. воды и 5 мл полигексаметиленгуанидин гидрохлорида с молекулярной массой 8.5 кДа и концентрацией 7.09 мас.%.
Смесь из перетертых неорганических компонентов помещается в раствор полимера и растворяется при нагревании (90°C). Полученная полимерно-солевая композиция сушится на воздухе в сушильном шкафу при температуре 95°C. Полученный композит отжигают при температурах 700-800°C в течение 10-20 часов, затем перетирают в ступке и проводят измерение интенсивности ТЛ (рис.1).
Пример 2:
Готовят смесь, содержащую 0.53095 г MgCl2, 1.37929 г H3BO3 и 0.10724 г Dy(NO3)3 (5 мас.% Dy) перетирают в среде этилового спирта по методике: тщательно растирают хлорид магния и борную кислоту в течение 15 мин, затем малыми порциями добавляют нитрат диспрозия.
Приготовление раствора полимера: в бюкс, объемом 50 мл, помещается 15 мл дист. воды и 5 мл полигексаметиленгуанидин гидрохлорида с молекулярной массой 8.5 кДа и концентрацией 7.09 мас.%.
Смесь из перетертых неорганических компонентов помещается в раствор полимера и растворяется при нагревании (90°C). Полученная полимерно-солевая композиция сушится на воздухе в сушильном шкафу при температуре 95°С. Полученный композит отжигают при температурах 700-800°С в течение 10-20 часов, затем перетирают в ступке и проводят измерение интенсивности ТЛ (рис.1).
Предлагаемый способ получения термолюминесцентного материала выгодно отличается тем, что данные термолюминофоры обладают высокой и стабильной интенсивностью термолюминесценции, что позволяет их использовать в тканеэквивалентных дозиметрических пленках.
Способ получения термолюминесцентного материала на основе бората магния, допированного диспрозием, отличающийся тем, что сначала готовят смесь, содержащую соединения компонентов термолюминесцентного материала путем их перетирания в этиловом спирте, затем полученную смесь вводят в водный раствор полигексаметиленгуанидин хлорида с молекулярной массой 8,5 кДа и концентрацией 7,09 мас.%, нагревают, сушат, после чего отжигают при температуре 700-800°C в течение 10-20 ч.