Способ химического проявления треков в поликарбонатном трековом детекторе Советский патент 1990 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к технике регистрации ионизирующих излучений, конкретно к способу регистрации заряженных частиц с помощью твердотельных трековых детекторов, и может быть исНЭльзовано в экспериментальной ядерной физике, а также в физике космических лучей, дозиметрии, геохимии, геофизике, при исследовании элементного состава минералов космических объектовв

Известно, что. при исследовании различных ядерных превращений, например, при изучении деления ядер, используются пучки ускоренных заряженных частиц, а для регистрации продуктов ядерных реакций прнменяются диэлектрические твердотельные трековые детекторы (ТТД), которые в эави-j

симости от порога регистрации могут регистрировать заряженные частицы начиная с протонов и альфа-частиц

to 1C вплоть до осколков делення и ядер отдачи. В конкретных физических экснпериментах тип ТТД выбирают таким

tc образом, чтобы регистрируемые про-.

00 дукты по массе и энергии находились . выше порога чувствительности даниого детектора, а фоновые частицы (лег кие фрагменты, ядра отдачи, рассеянные бомбардирующие ионы) оставались ниже порога и не регистрировались де тектором. На практике, однако, эти условия часто не могут быть выполнены.

Известны способы визуализации (выявления) треков заряженных частиц в ТТД путем травления облученных де- . текторрв в соответствующих растворителях, чаще всего в растворах плавиковой кислоты или щелочей При это выявляются треки всех частиц, масса и энергия которых выше порога регист рации данного детекторао Таким образом, наряду с исследуемыми событиями, например осколками деления ядер могут оказаться выявленными треки частиц, которые в данном случае рассматриваются как фон (ядра отдачи, рассеянные бомбардирующ.ие ионы и То Наиболее близким к заявляемому является способ xи.ичecкoгo проявления треков в поликарбонатном трековом детекторе, включающей в себя про травление облученных ядepны ш частицами детекторов в щелочи. Способ позволяет достичь полносо или частичного устранения треков ядерных частиц в облученном детекторе путем термической обработ1си его до начала химического травления Эти способом удается устранять треки в любых типах ТТД (стекла, кристаллы, пластики) при соответствующем подборе температуры и длительности отжигаНедостатком этого способа является отжиг искомых событий одновременно с устранением или подавлением фона слабоионизирующих излучений, что приводит к уменьшению эффективности регистрации. Наилучший эффект достигается при использовании кристаллических веществ в качестве детектора В этом случае удается проводить избирательный отжиг для устранения фона, сохраняя треки осколков деленияо Однако, область применения при этом существенно сужается вследствие довольно высокого порога .регистрации у детекторов такого типа (Z Э; 14)о Кро ме того, продолжительность отжига составляет, от нескольких часов до нескольких суток Целью изобретения является повышение экспрессности способа и изменение порога регистрации Поставленная цель достигается тем что при химическом проявлении треков в поликарбонатном трековом детек торе, включающем в себя протравливание облученнБК ядерными частицами детекторов в щелочи, перед травлени ем в щелочи детекторы обрабатывают в водном растворе ацетона, а также тем, что травление начинают при равномерном повышении температуры щелочи от комнатной до 60-70 с в течение 25-30 мин, а затем продолжают травление в течение 1,5 ч Интервал концентраций раствора ацетона в воде и время выдержки в растворе ацетона взаимосвязаны и определяются устойчивостью детектора к воздействию ацетона и природой фона Использование концентрированных растворов сокращает время выдержки, но приводит к разрушению поверхности детектора появлению микротрещин, которые выявляются в процессе травления в щелочи и мешают просмотру детектора. Введение стадии постепенного увеличения температуры травителя (щелочи) от комнатной до 60 - 70°С в течение не менее 25-30 мин позволяет поднять верхний предел концентрации ацетона, при которой еще не наблюдается появ- f ления микротрещин, до 80% Предлагае- мый способ отличается от избирательного термического отжига тем, что дает возможность использовать полимерные пленки на основе поликарбонатов в качестве детектора с изменяемым порогом регистрации:. Облад;ая более низким порогом регистрации (Z « 2-8) по сравнению с кристаллами, поликарбонатные детекторы позволяют расширить область исследований, в котЪрой возможна дискриминация заряженных частиц разной .массы и энергии до Z«2-50o Пример 1 о Отработка методики проводилась на образцах M krofol-E, облученных ионами неона-2,2, аргона-40 ксенона-132, под углом к првёрхности 30 о Облучение детекторов под углом к поверхности, дает возможность после химического травления измерять пробеги ионов и следить за .измене1шем этих характеристик в щгоцессе обработки. Ионы, неона и аргона-в экспериментах по изучению деления -ядер часто используются в качестве бомбардирующих частиц и могут служить источником фона Ионы ксенона можно рассматривать как аналог осколков давления о После облучения образцьГ-обрабатывались в 60%-ном водном раётворе .ацетона в течение 10 мин, а затем помещались в 6,25 N раствор ЯаОН при комнатной температуре, В течение 30 мин температура щелочи равномерно овьшалась до 70 С и при этой темпеатуре травление продолжали еще в теение 1,5 ч Контрольные образцы не I

подвергались обработке в растворе ацетона:. Результаты опыт а. приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при указанном режиме обработки с использованием ацетона треки ионов неона и аргона удается полностью устранить,тогда как треки ионов ксенона сохраняются о.

Пр им е р 2, Образцы детекторов из Makrofol-E облучались в вакууме осколкакш спонтанного деления калифорния-252 перпендикулярно к поверхности детектора В этой же геометрии образцы затем облучались осколками деления калифорния, заторможенными слоем воздуха толщиной 24,5 мм. Заторможенные осколки имитировали фон ядер отдачио Длительность облучения выбиралась из условия, чтобы соотношение эффект-фон составляло ЛЮО, Облученные образцы выдерживались в 60%-ном водном растворе ацетона в течение 10 мин, а затем помещались в 6,25 N раствор NaOH при комнатной температуре В течение 25 мин температура раствора повышалась до 60°С и далее травление продолжалось при этой температуре в течение 1,5 Чо В детекторе, подвергавшемся обработке в ацетоне, фоновые треки были полностью устранены, а треки осколков деления имели диаметр на 25-30% меньше, чем на контрольном образце Эффективность регистрации осколков деления определялась подсчетом числа треков на заданной площади контрольного и обработанного в ацетоне детекторов и оказалась равной 100% со статистической точностью+2%,, J.

П р и м е р 3. Облученные в аналогичных условиях детекторы вьздерживались в 50%-ном водном растворе ацетона в течение 40 мин и затем помещались в 6,25 N раствор NaQHi При травлении температура щелочи повышапсь от комнатной до в течение 30 мин и затем при этой температуре травление продолжалось в течение 1,5 ч Эффективность регистрации осколков детектора, обработанного ацетоном, оказалась равной 100% при полном устранении фона

Пример 4о Такой же результат (тое полное устранение фона при сохранении 100% эффективности регистрации осколков деления калифорния) бьш

получен при следующем режиме обра- ,. ботки: 5 мин в 80%-ном растворе ацетона и травление в щелочи при условиях, указанных в предыдущем примере В этом случае уменьшение диаметров треков осколков деления по отношению к контрольному образцу достигло 40%о

I-

Базовым объектом является способ регистрации осколков деления с помощью ТТД, включающий избирательный отжиг треков осколков деления и тяжелых ионов с целью устранения фона Этот способ был разработан для кристаллических ТТД, порог регистрации которых лежит в области Z 14 15. и Bbmieg Отжиг детекторов ведут при температуре, сйставляклцей 90-95% от температуры, необходимой для полного отжига треков осколков деления в данном типе ТТДо Продолжительность отжига составляет от нескольких часов до нескольких суток oi После отжига проводят химическое травление детекторов о В этом случае удается устранить фоновые треки бомбардирунщих тяжелых ионов вплоть до криптона (), сохранив треки осколков деления укороченными по сравнению с контрольным образцом на 20-25%

Недостатком указанного способа является то, что в качестве детектора выбраны полудрагоценные кристаллы (оливин), имеющие ограниченную площадь и высокий порог регистрации (), что ограничивает область применения способа исследованием деления тяжелых и сверхтяжелых ядер (эаряд осколка Z я: 50), тогда как для решения ряда физических задач, например, при излучении деления легких и средних ядер (заряд осколка Zar20-30) необходимо использовать детекторы с более низким порогом регистрации,Кроме того, процедура термического от- жига, как отмечалось вьш1е, занимает много времени - до нескольких суток.

По сравнению с базовым предлагав-; мый способ обладает следующими преимуществами «;

Изменение пороговой чувствительности осуществляется в более широкомГ интервале от Z 2 Z 50, Экспрессность способа повышаетс-я примерно, в 50раЗо

Используется более доступный и дешевый тип детектора на основе поликарбонатных пленоко

4 . .

Есть возможность использовать де«текторы большой площади.

Исключается использование спеЕЦ шьного оборудования для термического отжига и термостабилизации,

Виэ1уализация треков в детекторе осуществляется с помощью доступных химических реактивов.

1 о СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ТРЕКОВ В ПОЛИЮАРБОНАТЫОМ ТРЕКОВОМ ДЕТЕКТОРЕ, включающий в сеI ьлгля -;: яп I ;aiL;- j4i:4,.s. ;.i. бя протравливание облученных ядер.ныtm частицами детекторов в щелочи, отличающийся тем, что, с целью повышения гкспрессности способа и изменения порога регистрации, перед травлением в щелочи детекторы обрабатывают в водном растворе ацетона. 2о Способ по ПвI, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью устранения механически повреяздений поверхности детектора под воздействием ацетона травление начинают при равномерном повипенин температуры щелочи от комнатной до 60 - 70С в, течение 25-30 мин, а затем продолжают g травление в течение 1,5 ч.

Ne Ar Хе

10 18 54

22 40 132

21,5 О 30,0 О 12,2 8,1