СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ Российский патент 1997 года по МПК G01T1/11 

Изобретение относится к измерениям ионизирующих излучений, а именно к термолюминесцентной дозиметрии с применением термолюминесцентных детекторов, изготовленных в виде прессованных таблеток.

Известен способ изготовления термолюминесцентных детекторов (ТЛД) путем выращивания активированного примесями кристалла [1]
Такой способ требует проведения дополнительных операций по обработке полученного кристалла (распиловка, шлифовка, полирование). Кроме того, вследствие неравномерного распределения активаторов по объему кристалла у ТЛД, полученных по этому способу наблюдается значительный разброс значений чувствительности к γ-излучению, в связи с чем для получения больших партий однородных по чувствительности детекторов кристалл дробят до порошка, тщательно перемешивают и используют либо в порошковом состоянии, либо изготавливают таблетки, но даже при этом разброс по чувствительности детекторов в партии значителен (до 80%).

Известен способ приготовления ТЛД в виде таблеток из смеси термолюминофора CaF₂ Mn и политетрафторэтилена как связующего материала [2] Таблетки получают нанесением указанной смеси слоем толщиной 0,5 1,0 мм на металлическую подложку из алюминия. Подложка предварительно покрывается слоем смеси политетрафторэтилена с хромовой или хромовофосфорной кислотой с целью связывания термолюминесцентного слоя с подложкой.

Недостатком известного способа является низкая чувствительность ТЛД к g-излучению из-за снижения содержания термолюминофора (не более 60 мас.). Кроме того, при практическом использовании ТЛД их необходимо нагреть до температуры 400^oC, при которой происходит разложение хромовой и хромовофосфорной кислот, что приводит к ухудшению воспроизводимости результатов из измерений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления ТЛД в виде таблеток из порошковой смеси, заключающийся в прессовании исходного термолюминесцентного фторида кальция, активированного марганца, в вакууме или инертной атмосфере при определенной температуре и давлении прессования [3] при этом упрощается процесс получения термолюминесцентных детекторов и уменьшается разброс значений чувствительности детекторов.

Недостатком указанного способа является снижение чувствительности к g-излучению детекторов из-за поглощения термолюминесценции в материале детектора, вызванного реабсорбцией излучаемого света активированным фторидом кальция, а также нарушения электронного равновесия вторичных заряженных частиц в ТЛД из-за наличия в объеме ТЛД микропустот и других структурных неоднородностей.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе получения ТЛД в виде таблеток из порошка методом прессования проводят прессование смеси термолюминесцентного фторида кальция, активированного марганцем и неактивированного фторида лития, содержание которого в исходной смеси составляет 20±5 мас.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что содержащийся в ТЛД фторид лития, при облучении детектора ионизирующим излучением, люминесцируют. Спектральная полоса этой люминесценции перекрывается со спектром возбуждения фторида кальция, активированного марганца, в результате чего во фториде кальция накапливается дополнительная светосумма, которая пропорциональна поглощенной дозе излучения и которая аддитивно складывается при термовысвечивании ТЛД со светосуммой, накопленной в активированном фториде кальция при воздействии на него ионизирующим излучением непосредственно. В свою очередь, полоса термолюминесценции активированного фторида кальция лежит в области прозрачности находящегося в детекторе фторида лития, что уменьшает реабсорбцию и поглощение светового потока термолюминесценции при прохождении его внутри ЛТД.

Дополнительно повышение чувствительности детекторов вызвано увеличением потока вторичных заряженных частиц, попадающих в термолюминесцентный фторид кальция вследствие меньшего массового коэффициента поглощения (μ/ρ) для фторида лития, что приводит к увеличению запасенной светосуммы в термолюминофоре ТЛД.

На чертеже приведена зависимость чувствительности ТЛД, изготовленных на основе фторида кальция, активированного марганца и фторида лития, к ионизирующему излучению от количества фторида лития, добавляемого в смесь порошков.

Такая зависимость обусловлена тем, что наряду с увеличением чувствительности детекторов к ионизирующему излучению при добавлении в смесь фторида лития, уменьшается содержание термолюминесцентного фторида кальция в детекторе. Из установленной зависимости следует, что оптимальное содержание фторида лития в исходной смеси должно составлять 20±5 мас.

Пример. Механическую смесь термолюминесцентного фторида кальция, активированного марганцем и фторида лития, содержащую 20 мас. фторида лития, засыпают в пресс-форму, которую помещают в ячейку для прессования, которую вакуумируют до остаточного давления (1^oC0,1) H/м². Пресс-форму нагревают до 650^oC, прикладывают усилие, создающее удельное давление 8500 кг/см² и выдерживают при этой температуре до образования усадки в 50% от первоначальной высоты прессовки. Затем давление на пресс-форму сбрасывают и уменьшают ее температуру до комнатной. Ячейку развакуумируют и прессовку выталкивают из пресс-формы.

Детекторы, полученные таким способом, облучают γ-излучением от различных источников в диапазоне энергии 0,015 3 Мэв, высвечивают на термолюминесцентном считывателе и определяют чувствительность для каждого источника и интегральную чувствительность в указанном энергетическом диапазоне.

Полученные ТЛД обладают чувствительность в два раза большей по сравнению с детекторами, которые изготовлены из порошка, содержащего только фторид кальция, активированный марганцем.

Используемая литература
1. Вильке К. Т. Методы выращивания кристаллов. Н. Недра, 1968, с. 7 - 35.

2. Патент ГДР N 90596, кл. 21 G 18/02.

3. Патент ГДР N 3532777, кл. G 09 K 1/00, 1970.

Сущность изобретения: в предлагаемом способе получения термолюминесцентных детекторов (ТЛД) в виде таблеток из порошка методом прессования проводят прессование смеси термолюминесцентного фторида кальция, активированного марганцем, и неактивированного фторида лития, содержание которого в исходной смеси составляет 20±5 мас. %. Получение ТЛД обладают чувствительностью, в 2 раза большей по сравнению с детекторами, которые изготовлены из порошка, содержащего только фторид кальция, активированный марганец. 1 ил.

Способ изготовления термолюминесцентных детекторов, заключающийся в прессовании порошка термолюминофора на основе фторида кальция, активированного марганцем, в вакууме или инертном газе и формировании детекторов в виде таблеток, отличающийся тем, что к термолюминофору добавляют порошок неактивированного фторида лития в количестве 20 ± 5 мас. от общей массы исходной смеси.