РАБОЧЕЕ ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ДОЗИМЕТРА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01T1/11 C09K11/08 

Изобретение относится к термолюминесцентной дозиметрии и может быть использовано при индивидуальном дозиметрическом контроле и радиоэкологическом мониторинге.

Известны дозиметры с рабочим веществом на основе LiF [1], которые обладают довольно высокой чувствительностью (5•10^-2 рад), дающей возможность применять их в индивидуальной дозиметрии. Однако повторное применение этих дозиметров возможно только после длительной температурной обработки, что усложняет их использование. Кроме того, массовое применение дозиметров данного класса затруднено в связи со сложной технологией изготовления и высокой стоимостью исходных материалов.

Наиболее близким к предлагаемому является рабочее вещество для термолюминисцентного дозиметра на основе силикатного стекла, содержащее добавки BeO и Al₂O₃ [2].

Однако дозиметр с таким рабочим веществом имеет невысокую чувствительность (нижний предел измеряемых доз 10 рад), что делает невозможным его использование в индивидуальной дозиметрии и ограничивает в радиоэкологическом мониторинге.

Задачей данного изобретения является повышение чувствительности рабочего вещества дозиметра и увеличение времени сохранения дозиметрической информации.

Поставленная задача решается за счет использования рабочего вещества для термолюминесцентного дозиметра ионизирующих излученный на основе силикатного стекла, содержащего Al₂O₃, которое дополнительно содержит Na₂O и P₂O₅ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 60 - 65
Al₂O₃ - 6 - 12
Na₂O - 12 - 22
P₂O₅ - 10 - 13
Введение в состав силикатного стекла (основы) активирующей примеси, содержащей фосфор в заранее определенной концентрации, создает в матрице стекла молекулярные центры захвата носителей заряда, термическая глубина которых соответствует положению максимума пика ТСЛ в районе 500 К, а также центры люминесценции. В этом случае, с одной стороны, обеспечивается достаточная длительность сохранения дозиметрической информации (низкий фединг) и, с другой стороны, считывание полезного сигнала происходит в области сравнительно слабого термического фона нагревателя. Создание достаточно больших концентраций эффективных центров люминесценции, не испытывающих в этой области термического тушения и излучающих в области 400 - 500 нм, позволяет достичь высокой чувствительности рабочего вещества дозиметра.

Формирование рабочего вещества дозиметра с заданными рабочими характеристиками (фединг, спектральный состав излучения и т.д.) экспериментально определено подбором состава основы (SiO₂, Al₂O₃, Na₂O), активирующей примеси (P₂O₅) и их концентрациями.

Уменьшение количества активирующей добавки P₂O₅ менее 10% и увеличение более 13% снижает чувствительность рабочего вещества.

Снижение количества основы SiO₂ менее 60% повышает фединг дозиметра, также как и увеличение его количества более 65%. Уменьшение количества Al₂O₃ менее 6% и увеличение более 12% также снижают время сохранения дозиметрической информации рабочего вещества дозиметра.

Введение в состав Na₂O в количестве менее 12% и более 22% снижают чувствительность рабочего вещества дозиметра.

Способ осуществляется следующим образом. Шихту из химически чистых SiO₂, Al₂O₃, Na₂O и P₂O₅ готовят путем тщательного растирания и перемешивания компонентов в агатовой ступке (со спиртом) и последующего высушивания. Варку стекла производят в атмосфере аргона в алундовых тиглях при температуре 1400 - 1500^oC с выдержкой при конечной температуре в течение 1 ч в атмосфере фтора при давлении 0,1 мм рт.ст. По окончании выдержки расплав выливают в предварительно нагретую до 600 - 650^oC форму из нержавеющей стали. После затвердевания заготовки шлифуют и нарезают образцы нужных размеров. После механической обработки образцы отжигают в течение 10 ч при температуре 400^oC.

Испытания проводят в поле γ -излучения аттестованных источников кобальт-60 и цезий-137, обеспечивающих возможность получения исследуемыми образцами доз в диапазоне 1•10^-3 - 10⁵ рад. После облучения измеряется кривая ТСЛ образца (см. чертеж).

Измерение фединга проводят следующим образом: 24 образца облучают в однородном поле γ - излучения и ежемесячно в течение года проводят измерение запасенных светосумм двух образцов.

Пример 1.

В ступке перемешивают со спиртом 60 г SiO₂, 12 г Al₂O₃, 18 г Na₂O и 10 г P₂O₅, высушивают. Производят варку стекла, расплав выливают в форму из нержавеющей стали. После затвердевания заготовку шлифуют до достижения толщины 0,5 мм. Затем ее разрезают на элементы квадратной формы размером 3•3±0,5 мм, отжигают и проводят испытания диапазона регистрируемых доз с последующей сортировкой образцов.

Средний диапазон регистрируемых доз для образцов данной партии составил 1•10^-3 - 10^-4 рад.

Максимум пиков ТСЛ - 170^oC.

Фединг в течение года - 2,4%
Средний вес образцов - 11±0,5 мг.

Примеры выполнения образцов рабочего вещества с другими концентрациями исходных компонентов сведены в таблицу.

Таким образом, диапазон измеряемых поглощенных доз предлагаемым рабочим веществом для термолюминесцентного дозиметра при однократном воздействии составляет (1-2)•10^-3 - 10^-4 рад. Данный диапазон обеспечивает измерение обычно встречающихся доз, что позволяет использовать его для индивидуальной дозиметрии, а в случае аварийных ситуаций производить измерение чрезвычайных доз радиации (верхний предел измеряемых доз 10⁴).

У предлагаемого рабочего вещества отсутствуют низкотемпературные пики, т. е. при нормальных условиях хранения исключена возможность самоотжига за счет перекачки энергии через мелкие ловушки. Температура дозиметрического пика составляет 170^oC. Изменение показателей за год хранения в естественных условиях после однократного воздействия тестовой дозой (фединг) составляет 2-3% за год.

Технология изготовления предлагаемого рабочего вещества для термолюминесцентного дозиметра отличается простотой и дешевизной, что обеспечивает возможность изготовления в массовом порядке индивидуальных дозиметров для населения. Дозиметры на основе данного вещества прошли метрологическую аттестацию во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева (Заключение N 94/94 от 28 июня 1994 г.) и успешно используются для массового дозиметрического контроля населения.

Использование: в термолюминесцентной дозиметрии, в частности при индивидуальном дозиметрическом контроле и радиоэкологическом мониторинге. Сущность изобретения: в рабочее вещество для термолюминесцентного дозиметра ионизирующих излучателей на основе силикатного стекла, содержащего Al₂O₃, дополнительно вводят Na₂O и P₂O₅ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 60 - 65
Al₂O₃ - 6 - 12
Na₂O - 12 - 22
P₂O₅ - 10 - 13
Тем самым в рабочем вещества создаются эффективные центры люминесценции, что позволяет повысить его чувствительность и снизить фединг. 1 ил., 1 табл.

Рабочее вещество для термолюминесцентного дозиметра ионизирующих излучений на основе силикатного стекла, содержащего Al₂O₃, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Na₂O и P₂O₅ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 60 - 65
Al₂O₃ - 6 - 12
Na₂O - 12 - 22
P₂O₅ - 10 - 13