Цветовой индикатор-дозиметр ионизирующего излучения Советский патент 1978 года по МПК G01T1/04 

1

Изобретение относится к промышленному цветовому индикатору-дозиметру из окрашенной полимерной пленки для определения и контроля дозы ионизирующего излучения (гамма-, рентгеновского и электронного) в широком диапазоне доз. Дозу определяют визуально или объективно с номош,ью фотоденситометра.

Известен цветовой индикатор дозы, состояший из полимерной пленки-сополимера винилхлорида с винилацетатом или пропиленом, или хлорированного полиэтилена, пластификатора (дибутилоловодилаурата или эпоксидирозанного соевого масла), наполнителя (жидкого парафина); стабилизатора (тина малеата TUS N-2000E или смеси стеаратов цинка и кадмня) и красителя - кислотно-чувствительного нндикатора (тнпа Р-диметиламиноазобензола, метилового желтого). Иленку получают горячим вальцеванием смеси; температура прокатки смеси 150-IBS C. Необлученная индикаторная нленка чувствительна к свету, ее поэтому покрывают специальным светозащитным покрытием. Рабочий диапазон доз 4,5-Ю--Ш рад. Исходный цвет нленки желтый, при облучении дозами выше 1,5-105 рад - красный.

2

Известные индикаторы излучения обладают низкой чувствительностью к излученню (изменение окраски происходит при дозах 1,5-2,0 мрад), точность оценки поглошенной дозы также низкая: обычно дается лишь информация о том, облучен предмет или нет. Низкая устойчивость окраски индикаторов до и после облучения не позволяет долго хранить информацию об

облучении и требует дорогостоящих светозащитных покрытий.

Используемые красители являются в основном кислотно-чувствительными индикаторами, для производства индикаторов-дозиметров требуется высокая степень их очистки. Ассортимент красителей ограничен, что ограничивает возможности цветовых индикаторов в определении широких интервалов поглощенных доз.

Цель изобретения - разработка индикатора-дозиметра ионизирующего излучения, отличающегося новышенной чувствительностью и позволяющего не только качественно, но и количественно определить степень

облучения, с повышенной светостойкостью, а также расширить ассортимент красителей, используемых в дозиметрии, и тем самым - диапазон доз, измеряемый индикатором-дозиметром. Это достигается тем, что в качестве чувствительного к излучению компонента цветового индикатора-дозиметра используют смесь двух красителей с радиационно-химическими выходами обесцвечивания в полимере-матрице дозиметра в интервалах 0,05-1,0 мол/100 эВ и 0,15-1,5 мол/ЮОэВ, характеризующихся максимумами поглондения в снектральных областях 600-720 нм и 450-590 нм соответственно, при следуювес. ч.: щем содержании компонентов. Полимер70 Пластификатор10 Стабилизатор (стеарат 0,5 - 3,0 Краситель с радиационно-химическим выходом обесцвечивания 0,05-0,1 мол/ 0,007- 0,01 /100 эВ Краситель с радиационно-химическим выходом обесцвечивания 0,15-1,5 мол/ /100 эВ0,015- 0,030 25 Предлагаемый цветовой индикатор-дозиметр ионизирующего излучения представляет собой пленку полимера, в которую введены два красителя с максимумами поглощения в указанных выще областях видимого спектра, относящиеся к различным группам по химическому строению и отличающиеся по радиационно-химическим выходам обесцвечивания в полимерной матрице индикатора-дозиметра в указанных выще интервалах. В качестве полимерной матрицы для производства цветового индикатора-дозиметра можно использовать поливинилхлорид, сополимеры винилхлорида с пропиленом, винилацетатом, перхлорвиниловую смолу, полиметилметакрилат и полиэтилентерефталат. В состав индикатора-дозиметра могут входить красители различных групп по химическому строению. Ниже приведены исследованные группы красителей, отличающиеся по спектральным характеристикам и радиационно-химическим выходам обесцвечивания в указанных выще полимерах. Красители с радиационно-химическим выходом обесцвечивания 0,15-1,5 мол/ /100 эВ; максимум поглощения в области 600-720 нм 1. Триарилметановые Пример: основной ярко-зеленый 3. П К ходо макс 590 1. П 2. П 3. П проч 4. И П 5. П 6. Пр Р1ндофенолы имер: краситель Тиломанса Ci -о асители с радициопно-химическим вым обесцвечивания 0,05-0,1 мол/100 эВ; имум поглощеиия в области 450- м Ксантеновые красители имер: родамин С гГ %|-СООН Полиметиновые имер: красный астразог( ГБ : 6н;-/ -и-СНг-СН2Й1 /СгН5Пиразолоновые имер: кислотный желтый светоый1чг- (;,й-он I С N Sa.N дамины имер: зеленый Биндщлера K(CH3)jCr Ипданилины имер: нафтоловый синий (ен4« -{ { иазиновые имер: метиленовый голубой

()

N(tH,)/l

2. Индигоидные Пример: индиго

Радиационно-химический выход обесцвечивания красителя рассчитывают по следующей формуле: Собесц 09б5-1о :Y: где Собесц. - радиационно-химический выход обесцвечивания красителя 5 молекул/100 эВ; AD - изменение оптической плотности пленки, измеренное при длине волны, соответствующей максимуму поглощения ю данного красителя в пленке; е - молярный десятичный коэффициент экстинкции красителя, моль-1-см 1; d - плотность материала пленки, 15 / - толщина окрашенной пленки, Д - поглощенная доза, рад. Вводя в указанные полимеры, например 20 смесь красителей трифенилметановых и ксантеновых, получим окрашенную полимерную систему, в которой под действием ионизирующего излучения процесс обесцвечивания красителей происходит с различ- 25 ной скоростью. Менее устойчивые трифенилметановые красители с больщим выходом обесцвечивания обесцвечиваются с большей скоростью, чем ксаитеновые, что позволяет получить изменение цвета облу- зо чаемой илеики, соответствуюшее определенной дозе. Так для пары малахитовый зеленый (трифеиилметановый краситель зеленого цвета, максимум поглошеиия 630 нм, выход обесцвечивания, рассчитан- 35 ный по формуле (1) в поливинилхлориде GMS 0,90) и родамин С (ксантеновый краситель красного цвета, максимум поглошения 560 нм, выход обесцвечивания в поливинилхлориде Gp 0,05) после смешения в 40 одном из указанных выше соотношений цвет иеоблученной пленки синий или фиолетовый. Малахитовый зеленый обесцвечивается с большей скоростью и по достижении определенной дозы выцветает полностью. При достижении этой же дозы родамин С не обесцвечивается полностью и возникает цветовой переход от синего или фиолетового до красиого или ораижевого. Промел уточные оттенки цвета позволяют визуал)НО оценить значение дозы от 0,5 мрад до дозы, вызывающей обесцвечиваиие малахитовой зелени с точностью иорядка 25%. Возможно объективное определение gg поглощенной дозы от 0,5 мрад по изменению онтической плотности ири длине волиы Л 630 нм - максимуме иоглощения малахитового зеленого, и по оптической плотности при максимуме поглощения ро- go дамина С 560 нм с точностью ±10%. Общий замеряемый с помощью этой системы интервал доз составляет 0, 3,5-107 рад Предлагаемые цветовые индикаторы-до- 65 50 зиметры могут найти применение для контроля поглощенных доз в ряде процессов радиационного модифицирования полимеров (сшивка полиэтилена, прививка мономеров) и процессе радиационной стерилизации медицинских изделии. Рассмотренный ниже на примере системы-поливинилхлорид, малахитовый зеленый, родамин С - способ производства цветовых индикаторов-дозиметров заключается в горячей переработке на вальцах или каландрах смеси промышленного порощка ПВХ (суспензионной, С-70), водных растворов красителей, пластификатора (диоктилфталата), стабилизатора, предохраняющего от термической деструкции (стеарат кальция), согласно приведенному выше соотношению компонентов. Температура переработки смеси 145-150°С, толщина иолученной пленки 300-500 мк, исходный цвет пленки синий или фиолетовый. Для укреплеиия пленки на облучаемом объекте на одну из сторон ее можно нанести слой долгосохнущего клея. Цвет пленки стабилен, и светозащитного покрытия не требуется. Подобиым методом могут производиться индикаторы-дозиметры излучения иа основе полимерных матриц, указанных выше. Состав смеси в вес. ч. для приготовления дозиметрической пленки приведен в примерах 1 и 2. Пример 1. Поливинилхлорид (сусиеи- 100 зионный С-70) Диоктилфталат40 Стеарат кальция3 Водный раствор малахито- 30 сухого вого зелеиого (концентрация красителя 0,1%)0.03 Водиый раствор родамина 2 сухого С (концентрация 0,5%)красителя 0,0 Необлученная пленка сииего цвета, ири облучении дозой 10- 10 рад - фиолетового цвета, при облучении дозой 15-10рад - красного цвета, при облучении дозой 20-10 рад - оранжевого цвета. Пример 2. Поливинилхлорид (суспен- 70 зионный С-70) Диоктилфталат10 Стеарат кальция0,5 Водный раствор малахито- 15 сухого вого зеленого (концентрация красителя 0,1%)0,015 Водный раствор родамина 1,5 сухого С (концентрация 0,5%)красителя 0,007 Необлученная пленка синего цвета, при облучении дозой 0,5-10 рад - фиолетового цвета, при облучеиии дозой 2, красно-фиолетового цвета, при облучении дозой 2,5-10 рад - красного цвета, при облучении дозой 10-10 рад - оранжевого цвета. В примерах приведены крайние концентрации компонентов, оптимальная концентрация определяется назначением цветового индикатора-дозиметра. Принцип построения предлагаемого индикатора-дозиметра позволяет решать задачи измерения доз в широких интервалах. Помимо этого при производстве можно использовать компоненты смесей, приготовляемых при производстве обычных полимерных пленок (пластификаторы, стабилизаторы), что позволяет использовать для получения предлагаемого объекта любое заводское оборудование для производства полимерных пленок. Промышленный выпуск предлагаемых цветовых индикаторов-дозиметров может быть осуществлен без создания специального оборудования на любом предприятии, выпускающем полимерные пленки. Окраска необлученных образцов очень устойчива, облученные образцы сохраняют окраску в течение года. Специальных светозащитных добавок и нокрытий не требуется. Формула изобретения Цветовой индикатор-дозиметр ионизирующего излучения, содержащий полимер. 4 пластификатор, стабилизатор и чувствительный к излучению краситель, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности индикатора-дозиметра, точности измерения дозы излучения и его светостойкости, в качестве чувствительного к излучению компонента использована смесь двух красителей с радиационно-химическими выходами обесцвечивания 0,05-0,1 мол/100 эВ и 0,15-1,5 мол/ /100 эВ, характеризующихся максимумами поглощения в спектральных областях 600- 720 нм и 450-590 им соответственно при следующем содержании компонентов, вес. ч.: Полимер70 -100 Пластификатор10 - 40 Стабилизатор0,5 - 3 Краситель с радиационно-химическим выходом обесцвечивания 0,05-0,1 мол/ /100 эВ0,007- 0,01 Краситель с радиационно-химическим выходом обесцвечивания 0,15-1,5 мол/ 100 эВ0,015- 0,030