Способ химического проявления треков в поликарбонатном трековом детекторе

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Т 5/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (2!) 3636408/18-25, :(22) 24 ° 08 ° 83 (46) 23.11.90. Бнш. EE 43 (72) В.Д.Дмитриев и О.E.Øèãàåâ (53) 621.387.424(088.8) (56) RoL.Fleisher, P.Â.Price, R,M.Walker, "Nuclear Tracks in So1Ив", Univercity of California

Press, 1975, part 1, р.4.

R.L.Р1е1.зЬег, P.Â.Price, R,NoMalker "Nuclear Tracks in Solids", Univercity of California

Press, 1975, part I, р.81. (54) (57) 1. СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ТРЕКОВ В ПОЛИКАРБОНАТНОМ

ТРЕКОВОМ ДЕТЕКТОРЕ, включаннций в сеИзобретение относится к технике регистрации ионизируннцих излучений, конкретно к способу регистрации за ряженных частиц с помощью твердотельных трековых детекторов, и может быть исйдльзовано в экспериментальной ядерной физ.-;ке, а также в физике космических лучей, дозиметрии, геохимии, геофизике, при исследовании элементкого состава минералов космических обьектов

Известно, что при исследовании различных ядерных превращений, например, при изучении деления ядер, используются пучки ускоренных заряженных частиц, а для регистрации продуктов ядерных реакций применяются диэлектрические твердотельные треко-!

:вые детекторы (ТТД), которые в эави-, „„Я0„„1122123 A 1 бя протравливание облученных ядерными частицами детекторов в щелочи, отличающийся тем, что, с целью повьппения ткспрессности спо- соба и изменения порога регистрации, перед травлением в щелочи детекторы обрабатывают в водном растворе ацетона.

2. Способ по п.l ° о т л и ч а юшийся тем, что, с целью устранения механических повреждений поверхности детектора под-воздействием ацетона травление начинают при равномерном повьапении температуры щелочи от комнатной до 60 - 70 С в течение 25-30 мнн, а затем продолжают травление в течеЖ г l,5 ч. Ф симости от порога регистрации неэгут регистрировать заряженные частицы начиная с протонов и альфа-частиц вплоть до осколков деления и ядер отдачи. В конкретных физических экс- © периментах тип ТТД выбирают таким образом, чтобы регистрируемые про- : М дукты по массе и энергии находились CO вьппе порога чувствительности данного детектора, а фоновые частицы (лег" кие фрагменты, ядра отдачи, рассеян-. ные бомбардирующие ионы) оставались ниже порога и не регистрировались детектором. На практике, однако, эти, Й условия часто не могут быть выполнены.

Известны способы визуализации (выявления) треков заряженных частиц в ТТД путем травления обрученных детекторов в соответствующих раство-

1122123

Ф .ч

C", i рителях, чаще всего в растворах плавиковой кислоты или щелочей. При этом выявляются треки всех частиц, масса и энергия которых выше порога регистрации данного детектора. Таким об-.

5 разом, наряду с исследуемыми событиями, например осколками деления ядер, могут оказаться выявленными треки частиц, которые в данном случае рассматриваются как фон (ядра отдачи, рассеянные бомбардирующие ионы и т. до) о

Наиболее близким к заявляемому является способ химического проявления треков в поликарбонатном трековом детекторе, включающей в себя протравление облученных ядерными частицами детекторов в щелочи.

Способ позволяет достичь полного или частичного устранения треков ядерных частиц в облученном детекторе путем термической обработки его до начала химического травления. Этим способом удается устранять треки в 25 любых типах ТтД (стекла, кристаллы, пластики) при соответствующем подборе температуры и длительности отжига.

Недостатком этого способа является отжиг искомых событий одновременно с устранением или подавлением фона слабоионизирующих излучений, что приводит к уменьшению эффективности регистрации. Наилучший эффект дости35 гается при использовании кристаллических веществ в качестве детектора.

В этом случае удается проводить избирательный отжиг для устранения фона, сохраняя треки осколков деления. 40

Однако, область применения при этом существенно сужается вследствие довольно высокого порога регистрации у детекторов такого типа (Z 14) . Кроме того, продолжительность отжига составляет. от нескольких часов до нескольких суток.

Целью изобретения является повышение экспрессности способа и изменение порога регистрации. 50

Поставленная цель достигается тем, что при химическом проявлении треков B поликарбонатном трековом детек" торе, включающем в себя протравливание облученных ядерными частицами

55 детекторов в щелочи, перед травлением 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 появления микротрещин, до 80%. Предлагаемый способ отличается от избирательного термического отжига тем, что дает возможность использовать полимерные пленки на основе поликарбонатов в качестве детектора с изменяемым порогом регистрации. Облацая более низким порогом регистрации (Е 2-8} по сравнению с кристаллами, поликарбонатные детекторы позволяют расширить область исследований, в которой возможна дискриминация заряженных частиц разной массы и энергии до Z 2-50, Пример 1. Отработка методики проводилась на образцах Makroiol-E, облученных ионами неона-22, аргона-40 ксенона-132, под углом к поверхности о

30 . Облучение детекторов под углом к поверхности дает возможноать после химического травления измерять пробеги ионов и следить за .изменением этих характеристик в процессе 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. После облучения образцьГ-обрабатывались в 60Е-ном водном растворе ацетона в течение 10 мин, а затем помещались в 6,25 N раствор ЯаОН при комнатной температуре. В течение

30 мин температура щелочи равномерно о повышалась до 70 С и при этой температуре травление продолжали еще в течение 1,5 ч. Контрольные образцы не

5 11221 подвергались обработке в растворе ацетона. Результаты опьn а.приведены в таблице.

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

Tf р и м е р 2. Образцы детекторов из Nakrofol-Е облучались в вакууме осколками 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 отдачи. Длительность облучения 20 выбиралась из условия, чтобы соотношение "эффект-фон" составляло 100.

Облученные образцы выдерживались в

60%-ном водном растворе ацетона в течение 10 мин, а затем помещались в 25

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 ч. 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 статисти- 40 ческой точностью +2%. !

Пример 3. Облученные в аналогичных условиях детекторы выдерживались в 50%-ном водном растворе аце- 45 тона в течение 40 мин и затем помещались в 6,25 N раствор NaQH, При травлении температура щелочи повышапсь от комнатной до 60 С в течение 30 мин и затем lrpH этой температуре травле- 50 ние продолжалось в течение 1,5 ч, Эффективность регистрации осколков де.тектора, обработанного ацетоном, оказалась равной 100% при полном устранении фона.

Пример 4. Такой же результат (т.е. полное устранение фона при сохранении 100% эффективности регистрации осколков деления калифорния) бып гз получен при следующем режиме обработки: S 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%.

Базовым обьектом является способ регистрации осколков деления с помощью ТТД, включающий избирательный отжиг треков осколков деления и

t тяЖелых ионов с целью устранения фона. Этот способ был разработан для кристаллических ТТД, порог регистрации которых лелеет в области Е =14—

15.и выше. Отжиг детекторов ведут при температуре, составляющей 90-95% от температуры, необходимой для полного отжига треков осколков деления в данном типе ТТД, Продолжительность отжига составляет от нескольких часов до нескольких суток. После отжига проводят химическое травление детекторов. В этом случае удается устранить фоновые треки бомбардирующих тяжелых ионов вплоть до криптона (Z=36), сох" ранив 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 (Z=14) что ограничивает область применения способа исследованием деления тяжелых и сверхтяжелых ядер (заряд осколка Е 50), тогда как для ренения ряда физических задач, например при излучении деления легких и средних ядер (заряд осколка Е =20-30) необходимо использовать детекторы с более низким порогом регистрации.Кроме того, процедура термического отжига, как отмечалось вьппе, занимает много времени — до нескольких суток, l

По сравнению с базовым предлагае-:, мый способ обладает следующими преимуществами.

Изменение пороговой чувствительности осуществляется в более широком. интервале от Z =-- 2 Е = 50, /

Экспрессность способа повьнпаетбя примерно..в 50 раз. !

1122 123

Ион

Заряд

Длина трека, мкм

Ne 10 22 )00 21 5 0

Ar 18 40 220 30,0 0

Хе 54 132 120 12 2 8 1

Редактор Л.Письман Техред-Л Олийнык Еорректор С ШевкУн

Заказ 4343 Тираж 345 .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.ужгород, у . р

ФМт ti л. Гага ина 101

Используется более доступный н дешевый тип детектора íà основе поликарбонатных пленок.

Есть воэможность использовать детекторы большой площади.

Исключается использование специального оборудования для термического отжига и термостабнлизации.

Визуализация треков в детекторе осуществляется с.помощью доступных химических реактивов. без об с обработработ- кой в ки в ацетоне ацетоне