СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2013 года по МПК C09K11/55 C09K11/63 C09K11/78 G01T1/11 

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 (Z_эфф) термолюминофоров (Табл.1.) к мягкой биологической ткани (Z_эфф=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%год^a LiF:Na,Mg 8.3 200 400 1 5%/год^a LiF:Mg,Cu,P 8.3 210 400 25 5%/год Li₂B₄O₇:Mn 7.3 220 605 0.20^b 4%/месяц Li₂B₄O₇:Cu 7.3 205 368 2^b 10%/2 месяца^a MgB₄O₇:Dy 8.4 190 490 10^b 4%/месяц^a BeO 7.1 190 200-400 0.20^b 8%/2 месяца CaSO₄:Dy 14.5 220 480-570 30^b 1%/2 месяца CaSO₄:Tm 14.5 220 452 30^b 1-2%/2 месяца CaF₄:Mn 16.3 260 500 5^b 16%/2недели CaF₄ природный 16.3 260 380 23^b очень слабое CaF₄:Dy 16.3 215 480-570 15^b 8%/2 месяца^a Al₂O₃ 10.2 360 699 4^b 5%/2недели^a

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 CuK_α-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.

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.

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.