Способ изготовления термолюминесцентного дозиметрического элемента на основе фторида магния

 

Использование: технология изготовления термолюминесцентных дозиметров ионизирующих излучений. Сущность: термолюминисцентный дозиметрический элемент изготавливают следующим образом. Сначала в порошок MgF2 добавляют водный раствор КМп04 до соотношения массовых долей ионов Мп и MgF2 (2:3): 10000, затем проводят термообработку под давлением при 600-700°С, после чего давление снимают и проводят термообработку при 750- 850°С в течение 2-3 ч, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 Т 1/11

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (l OCllATEHT CCCP) (21) 5022268/25 (22) 22.07.91 (46) 23.05.93. Бюл. Nã 19 (73) Институт монокристаллов АН Украины (75) Н,Д.Зверев, Г.Ч.Ким, Ю.Б.Малко и

М.Д.Хотамов и Э,М.Гасанов (56) Физика твердого тела, 1966, т. 8, % 1, с, 231-233.

P.Braunlich, W.Hàn!å. und А. Seharmann

7. Naturforschg 16п, 869 — 872, 1961. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА HA ОСНОВЕ ФТОРИДА

МАГНИЯ

Изобретение относится к технологии производства термолюминесцентных элементов (далее по тексту ТЛД элементов) дозиметров ионизирующих излучений для контроля работы атомных энергетических установок, ускорителей заряженных частиц, рентгеновской аппаратуры, промышленных дефектоскопов и т.п.

Цель изобретения — повышение качества термолюминесцентного дозиметрического элемента на основе фторида магния за счет расширения диапазона измеряемых доз и устранения эксплуатационных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в способе-прототипе, включающем добавление марганецсодержащего неорганического вещества в порошок фторида магния; термообработку полученной смеси при температуре ниже точки плавления фторида магния; охлаждение до температуры в помещении, берут в качестве добавки марганецЯ2„, 1817855 А3 (57) Использование: технология изготовления термолюминесцентных дозиметров ионизирующих излучений. Сущность: термолюминисцентный дозиметрический элемент изготавливают следующим образом.

Сначала в порошок MgF2 добавляют водный раствор КМп04 до соотношения массовых долей ионов Мп и MgFz (2:3):10000, затем проводят термообработку под давлением при 600 — 700 С, после чего давление снимают и и роводят терм ооб работку и ри 750850 С в течение 2-3 ч, 2 ил. содержащего неорганического вещества водный раствор перманганата калия

КМпО4, а термообработку ведут на воздухе при температуре ниже 1000 С в две стадии; вначале под давлением при 600 — 700ОС для образования спека, а затем без давления при температуре 750 — 850 С в течение двухтрех часов.

Выявление и детальное описание механизмов, ответственных за достигаемый эффект, требует проведения специального исследования. В настоящее время можно только предполагать, что в результате термоиндуцируемых физико-химических взаимодействий и диффузионных процессов при реализации заявляемого способа образуются в кристаллической решетке фторида магния не только одиночные примесные центры из ионов марганца (как при изготовлении порошковых и монокристаллических элементов), но и сложные примесные центры, в том числе включающие примесные

1817855 ионы различной химической природы. Такие центры могут быть "аккумуляторами" радиационных повреждений да доз 5.10 Р э (без термовысвечивания на длине волны 580 нм), а после доз свыше 5.10 Р радиационэ ные повреждения могут приводить к последовательному распаду сложных примесных центров с образованием "одиночных" ионов марганца и термовысвечиванием на длине волны 580 нм. В итоге может быть обеспечено расширение диапазона измеряемых доз по сравнению с известными ТЛД элементами.

Что касается устранения эксплуатационных недостатков элементов, изготавливаемых способом-прототипом, то при реализации заявляемого способа это достигается стимулированием, процесса спекания частиц порошка путем увеличения площади контактов между ними в результа- 20 те сжатия смеси при термообрабатке.

При этом положительный эффект достигается при строгом соблюдении разработанных условий процесса.

Фиг. t и 2 иллюстрируют предлагаемый 25 способ.

Предлагаемый способ включает следующие основные операции. Вначале в порошок MgFz добавляют водный раствор

КМП04 да соотношения массовых далей

CKMn04:CMgF2 = (5,7-0,5):10000, т.е, до расчетного соотношения См . Смцг2 = (2-3):10000, что находится в пределах, оговоренных способам-прототипом — (1,2 — 5,9):10000. Затем термообрабатывают полученную смесь на 35 воздухе при 600 — 700 С пад давлением для образования спека. Затем снимают давление и термообрабатывают полученный спек на воздухе при 750 — 850 С в течение 2-3 ч, после чего охлаждают полученный элемент 40 до температуры в помещении.

Ниже приведены примеры реализации предлагаемого способа.

Пример 1. Порцию 5,1 мг перманганата калия растворяют в 2 мл дистиллира- 45 ванной воды и пропитыва от этим раствором порцию 6 r порошка фторида магния квалификации "химически чистый". Высушивают полученную смесь (в которой расчетное соотношение CMn .CMgF2

=3: i0000) и перемешивают, После этого загружают смесь в цилиндрическу;о форму с внутренним диаметром 30 мм, нагревают до

700 С, прикладывают одноосное давление

196 МПа и выдерживают в течение 10 мин.

Затем снимают давление, догревают полученный спек до 750 С и выдерживают 3 ч, Извлекают полученный элемент из формы и охлаждают да температуры в помещении.

Элемент, полученный согласно примеру

1, представляет собой твердое тело — поликристаллический диск диаметром 30 мм и толщиной 2 мм. В процессе облучения гамма-квантами этот элемент излучает свет с максимумом на длине волны 580 нм, а в результате последующего нагревания проявляет термолюминесцентные свойства с рабочими пиками излучения при 128 С и при 216 С (й3"С), Дазиметрические характеристики приведены на фиг.2. Видно, что до доз 10 Р оба указанных пика радиацион5 но наведенной термолюминесценции увеличивают сваю интенсивность линейно в логарифмических координатах.

Таким образом, элемент, изготовленный согласно заявляемому способу, может быть использован для термал аминесцентнай дозиметрии в более шираком диапазоне доз (в 20 раз), чем порошковый элемент, изготавливаемый па способу-прототипу.

Вместе с тем "очевидны эксплуатационные преимущества твердотельного дозиметрического элемента перед порошковым, поскольку нет необходимости принимать меры по предотвращени а рассыпания порошка ва время установки элемента в зону, заданную для контроля, при извлечении его из зоны контроля, при подготовке к термолюминесцентному анализу, и др.

Пример 2. Выполняют операции аналогично примеру 1 до термоабработки смеси. Нагревают смесь в форме да темпераryp!! 600 С, прикладывают одноаснае давление 294 МПа и выдерживают 30 мин.

Затем снимают давление, дагревают полученный спек до 850 С и выдерживают 2 ч.

После этого извлекают полученный элемент из формы и охлаждают до температуры в помещении.

Доэиметрические характеристики изготовленного элемента совпадают в пределах погрешностей измерений с характеристиками, приведенными на фиг.2.

Пример 3. Порцию 4,25 мг перманганата калия растворяют в 2 мл дистиллированной воды и пропитывают этим растворам порцию 6 г порошка фтарида магния квалификации "химически чистый".

Высушивают полученную смесь (в которой расчетное соотношение Смд Cvgp2 = 2,5. 10000) и перемешивают. После этого загружают смесь в цилиндрическую форму с внутренним диаметром 30 мм, нагревают да температуры 600"С, при.".ладывают однаосное давление 245 МПа и выдерживают в течение

15 мин. ЗатеМ снимают давление, догревают полученный спек до температуры 800ОС и выдерживают 2,5 ч, После этого извлекают

18 17855 полученный элемент из формы и охлаждают до температуры в помещении.

Дозиметрические характеристики изготовленного элемента совпадают в пределах погрешностей измерений с характеристиками, приведенными на фиг,2, Пример 4. Выполняют операции аналогично примеру 3 до термообработки смеси. Нагревают смесь в форме до 630 С, прикладывают одноосное давление 176

МПа и выдерживают а течение 20 мин. Затем снимают давление, догревают полученный спек до 770 С, выдерживают 3 ч, извлекают полученный элемент из формы и охлаждают до температуры в помещении.

Дозиметрические характеристики изготовленного элемента Я30 х 2 мм совпадают в пределах погрешностей измерений с характеристиками, приведенными на фиг.2.

Пример 5. Выполняют операции аналогично примеру 1 до термообработки смеси. Нагревают смесь а форме до 750 С (т.е. выше верхнего заявляемого предела) и выполняют последующие операции аналогично примеру 1.

У изготовленного элемента интенсивность радиационно наводимой термолюминесценции в 1,2 раза меньше, чем у элементов, изготавливаемых по примерам

1 — 4. Следовательно, повышение температуры термообработки смеси под давлением выше заявленного предела 7000С ведет к ухудшению качества элементов.

Пример 6, Выполняют операции аналогично примеру 2 до термообработки смеси. Нагревают смесь а форме до 550 С (т,е, ниже нижнего заявляемого предела), и выполняют последующие операции аналогично примеру 2.

У изготовленного элемента интенсив. ность радиационно наводимой термолюминесценции в 3 раза меньше, чем показано на фиг.2. Следовательно, снижение температуры термообработки смеси под давлением ниже заявленного предела 600 С ведет к ухудшению качества элементов, П р и M е р 7, Выполняют операции аналогично примеру 1 до термообработки смеси. Нагревают смесь в форме до 660 С, прикладывают одноосное давление 196

МПа и выдерживают в течение 20 мин. Затем снимают давление, догревают полученный спек до 700 С (т.е. ниже нижнего заявляемого предела) и выдерживают 3 ч, После этого извлекают полученный элемент из формы и охлаждают до температуры в помещении.

У изготовленного элемента интенсивность радиационно наводимой термолюминесценции в 2 раза меньше, чем у элементов, изготавливаемых при заявленных режимах. Следовательно, термообработка спека при температуре ниже заявленного предела 750 С ведет к ухудше5 нию качества элементов.

Пример 8. Выполняют операции аналогично примеру 1 до термообработки смеси. Нагревают смесь а форме до 660 С, прикладывают одноосное давление 196

10 МПа и выдерживают 20 мин. Затем снимают давление, догревают полученный спек до

900 С (т.е. выше верхнего заявляемого предела} и выдерживают 2 ч. После этого извлекают полученный элемент из формы и

15 охлаждают до температуры в помещении.

Изготовленный элемент не пригоден дпя использования, так как при извлечении из формы разрушился из-за малой механической прочности.

20 Пример 9. Выполняют операции по примеру 8 до снятия давления. Снимают давление, догревают полученный спек до температуры 750 С и выдерживают 3,5 ч (т.е. больше верхнего заявляемого предела).

25 После этого извлекают полученный элемент из формы и охлаждают до температуры в помещении.

Дозиметрические характеристики изготовленного элемента совпадают в пределах

3О погрешностей измерений с характеристиками, приведенными иа фиг.2. Однако при этом удлиняется технологический цикл.

Следовательно, нецелесообразно увеличивать время термообработки спека сверх за35 явленного верхнего предела.

Пример 10. Выполняют операции по примеру 9 до термообработки спека. Догое-, вают спек до 850 С и выдерживают в течение 1,7 ч (т.е. меньше нижнего заявляемого

40 предела), После этого извлекают полученный элемент из формы и охлаждают до температуры в помещении.

У изготовленного элемента интенсивность радиационно наводимой термолю45 минесценции а 1,1 раза меньше, чем у элементов, изготавливаемых при заявленных режимах. Следовательно, уменьшение времени термообработки спека по сраанеwe с заявленным нижним пределом приво50 дит к ухудшению качества элементов, Приведенные примеры и графические иллюстрации показывают, что использование заявляемого способа обеспечивает повышение качества ТЛД элементов по

55 сравнению с.элементами, изготавливаемыми способом-прототипом. Это достигнуто за счет расширения в 20 раз диапазона измеряемых доз радиации и за счет устранения эксплуатационных недостатков порошковых элементов. Вместе с тем заяв1817855

4 ф 10 о Е с

Ф-а

Чэ

Х ь F»

4

Составитель Н. Зверев

Техред M. Моргентал Корректор Л. Ливринц

Редактор Т, Иванова

Заказ 1741 Тираж Подйисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ляемый способ менее трудоемкий и энергоемкий, а также более производительный, чем способ, основанный на выращивании монокристаллов MgFz:Mn. Следовательно, ТЛД элементы, изготавливаемые заявляемым способом, могут иметь более широкую область практического применения, чем имеют порошковые и монокристаллические элементы. Сравнительно низкая ожидаемая себестоимость элементов по заявляемому способу может стимулировать промышленность к использованию этого способа для оснащения поликристаллическими ТЛД элементами контрольных служб атомной энергетики, ускорителей заряженных частиц, медицинской рентгеновской диагностики и лечения, промышленной дефектоскопии, производств радиоактивных препаратов и т.п.

Формула изобретения

Способ изготовления термолюминес5 центного дозиметрического элемента на основе фторида магния, включающий добавление марганецсодержащего неорганического вещества в порошок фторида магния до соотношения массовых долей ионов

10 марганца и фторида магния. (2 — 3):10000, термообработку смеси и охлаждение, о т л и ч аю щи йс я тем, что, в качестве марганецсодержащего вещества используют водный раствор перманганата калия, а термообра15 ботку осуществляют на воздухе вначале под давлением при 600-700 С, а затем при 750850 С в течение 2 — 3 ч.