Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии гамма- и электронного излучения

Изобретение относится к области дозиметрии гамма- и электронного излучения и может быть пригодно для систем радиационного контроля биологической защиты ядерно-энергетических установок, для мониторинга радиационной обстановки в зоне захоронения радиоактивных отходов, для оценки и прогнозирования радиационной обстановки в помещениях. Сущность: предложенное рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии включает в себя соединение алюминия в виде нитрида алюминия с добавкой оксида, в качестве которого используют оксид иттрия, при определенном соотношении компонентов. Технический результат изобретения заключается в том, что предложенное рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии имеет эффективный атомный номер Zэфф=11.57, близкий к Zэфф костной ткани (10.5), отличается повышенной термической и химической стойкостью и высокой твердостью. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области дозиметрии гамма- и электронного излучения и может быть пригодно для систем радиационного контроля биологической защиты ядерно-энергетических установок, для мониторинга радиационной обстановки в зоне захоронения радиоактивных отходов, для оценки и прогнозирования радиационной обстановки в помещениях торговых центров и спортивных комплексов, в больницах и медицинских диагностических центрах, в церковных храмах, банках, а также для контроля радиационной обстановки в местах базирования электронно-лучевой техники.

Известно рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии рентгеновского излучения (Авт. свид. СССР № 723470) на основе ванадата кальция Са3(VO4)2. Это рабочее вещество имеет пики ТЭЭ при 497-507°С (770-780 К). Оно обеспечивает измерение доз рентгеновского излучения до 105 Гр (107рад). Однако недостатком известного рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии ванадата кальция является его повышенный Zэфф=18.48, превышающий Zэфф (биологической и костной ткани) в несколько раз, что с метрологической точки зрения делает его непригодным для использования в индивидуально дозиметрии. Кроме того, применение Са3(VO4)2 в качестве рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии электронного излучения неизвестно.

Известно рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии (Phys. Stat. Sol(a) 1973, v.19, p.243) на основе MgO. Оно имеет пики ТЭЭ в области 150-300°С. Известное рабочее вещество на основе MgO имеет эффективный атомный номер Zэфф=10.75, близкий к Zэфф биологической ткани. Однако известное рабочее вещество на основе MgO обладает низкой химической стойкостью по отношению к плавиковой кислоте, под действием которой MgO переходит во фторид магния и теряег свои свойства как рабочего вещества для ТЭЭ.

Известно рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии (J.Kramer, J.Angew. Phys. 1966, Bd 20, № 5, р.411; А.И.Слесарев и др. Письма в ЖТФ, 2000, т.26, в.9, с.60-64) на основе LiF. Оно имеет пик ТЭЭ при 210°С (по Крамеру), при 90, 126, 148, 270, 337 и 464°С (по Слесареву) и пригодно для индивидуальной дозиметрии, поскольку его Zэфф близок к Zэфф биологической ткани. Однако известное рабочее вещество на основе LiF имеет низкую предельную температуру хранения, не превышающую 846°С. При более высокой температуре оно плавится и теряет свою форму.

Известен термолюминофор на основе керамики нитрида алюминия AlN-Y2О3, получаемый при 1785°С из порошков AlN и Y2О3 методом плазменного синтеза. Содержание кислородного компонента в нитриде алюминия, допированного крупинками Y2О3, составляло от 0,15 до 0,7 мол.% (S.Schweizer, U.Rogulis, J.-M.Spaeth, L.Trinkler, B.Berzina. Proceedings of Fifth Int. Conf. On Inorganic Scintillators and their Applications. M. Moscow State University, 2000, p.715-719; L.Trinkler, P.Christensen, N.A.Larsen, B.Berzina. Radiation Measurements 1998, v.29, p.341; B.Berzina, L.Trinkler, E.Palcevskis, J.Sils. Science Forum 1996, v.239-241, p. 145). Однако для известного состава AlN-Y2O3 (0,15-0,7 мол.%) известны только термолюминесцентные свойства. Возможность использования состава AlN-Y2O3 (0,15-0,7 мол.%) в качестве экзоэлектронного дозиметра в вышеперчисленных работах не оговаривалась. Такая возможность была неизвестна.

Из всех известных рабочих веществ для термоэкзоэмиссионной дозиметрии наиболее близким к заявляемому по составу является рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии на основе соединения алюминия Al2О3-Cr3+ (З.Г.Цинцадзе и др. Сообщения АН Грузинской ССР, 1976, т.84, №2, с.341). Пики ТЭЭ известного рабочего вещества на основе Al2О3-Cr для ТЭЭ дозиметрии рентгеновского излучения находятся при 127 и 227°С. Эффективный атомный номер Al2О3-Cr, равный 11.59, близок к Zэфф биологической ткани. Однако известное рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии неустойчиво при хранении в парах плавиковой кислоты HF, вещество разлагается и теряет свои свойства.

Предложенное рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии включает в себя соединение алюминия в виде нитрида алюминия с добавкой оксида, в качестве которого выступает оксид иттрия, при следующем соотношении компонентов (объемные %):

AlN 97÷98

Y2О3 2÷3.

Предложенное рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии имеет пики ТЭЭ при 78, 107.9, 151.4, 174.0, 282.0°С, фиг.1 (облучение электронами). На фиг.1 приведены кривые ТЭЭ с разложением общего спектра на составляющие. Разложение сложного спектра ТЭЭ на элементарные полосы проведено после его предварительного сглаживания в предположении кинетики первого порядка (по методу Мохарила: S.V.Moharil. J.Phys. D.: Appl. Phys. 1983, v.16, p.2017-2025). Основной рабочий пик ТЭЭ для AlN-Y2О3 расположен при температурах 70-110°С, что обеспечивает быстрый съем дозиметрической информации при термостимуляции. Диапазон измеряемых флюенсов электронов изменяется от 108 до 1012 см-2.

Предложенное рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии на основе нитрида алюминия имеет Zэфф=11.57, близкий к Zэфф костной ткани (10.5), отличается повышенной термической и химической стойкостью и высокой твердостью: твердость по Моосу 9. Холодная плавиковая кислота на AlN не действует. На нитрид алюминия не действуют расплавленный алюминий (до 2000°С), галлий (до 1300°С), борный ангидрид (до 1400°С), он устойчив в контакте с вольфрамом и молибденом - до 1800°С (G.Long, L.M.Foster. Journ. Elektrochem. Soc. - 1962, N109, p.1176).

Основные пики термостимулированной экзоэлектронной эмиссии рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии на основе нитрида алюминия (температура пиков ТЭЭ Тm, значения интенсивности экзоэмиссионного тока Iэкз и энергии активации Е) приведены в таблице 1. Основной рабочий пик ТЭЭ находится при температуре 107.9°С, его интенсивность в 1.5-6 раз превышает интенсивность остальных пиков ТЭЭ.

Пример 1.

Рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии имеет состав (объемн. %):

AlN 98.0, Y2О3 2.0. Эффективный атомный номер Zэфф˜11.57. Плотность 3,12 кг/м3, структура типа вюртцита с параметрами а=3,104, с=4,965Å.

Измерения ТЭЭ выполнены на автоматизированном экзоэмиссионном спектрометре (АЭЭС) в вакууме ˜10-5 Па. Измерительный тракт экзоэмиссионного спектрометра включает в себя систему термостимуляции, обеспечивающую линейный нагрев образцов в диапазоне 300-800 К со скоростью 0.1÷1.0 К/с и термостатирование. Спектрометр имеет систему возбуждения, состоящую из электронной пушки (энергия - 150 кэВ; плотность тока - 150 A/см2; длительность импульса 10 нс; флюенс электронов за один импульс - 1012 см-2 при использовании диаграммы флюенс электронов составляет 10 см-2). С помощью применения специальных диафрагм были проведены измерения экзоэмиссии образцов, облученных электронами с флюенсами от 108 см-2 до 1012 см-2. Для рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии вышеуказанного состава термоэкзоэмиссионные характеристики приведены в таблице для флюенса 1012 см-2. В таблице 1 указаны позиции максимумов пиков ТЭЭ (Тm) и, соответствующие им интенсивности экзоэмиссионного тока Iэкз, а также энергии активации (Е) процессов экзоэмиссии.

Основным достоинством предлагаемого рабочего вещества для ТЭЭ является его повышенная химическая и термическая стойкость и повышенная чувствительность к малым флюенсам электронного излучения на уровне 108 см-2. Предлагаемое рабочее вещество чувствительно также к гамма- и рентгеновскому излучению.

Таблица 1
Характеристики рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии, имеющего состав (объемн. %): AlN - 98, Y2О3 - 2
Тm, °CIэкз, имп/секЕ, эВ
28210701,725
1745001,724
151,416401,222
107,931001,124
78,517250,756

Пример 2.

Рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии имеет состав (объемн. %): AlN 97.0, Y2О3 3.0. Основные физико-химические свойства рабочего вещества такие же, как и в Примере 1. Измерения характеристик рабочего вещества данного состава проводились так же, как и в Примере 1. Позиции пиков ТЭЭ расположены при температурах, близких к температурам рабочего вещества в Примере 1, а именно при ˜78-80, 107-110, 151-152, 174-175, 280-285°С. Основным рабочим пиком остается пик при 107-110°С. Линейный диапазон измеряемых флюенсов электронов составляет 108-1012 см-2.

Пример 3.

Рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии имеет состав (объемн. %): AlN 96.4, Y2О3 2.6. Измерения характеристик рабочего вещества данного состава проводились так же, как и в предыдущем примере. Позиции пиков ТЭЭ расположены при температурах, близких к температурам рабочего вещества, описанного в примере 1, а именно пики ТСЭ расположены при ˜78-80, 107-110, 151-152, 174-175, 280-285°С. Основным рабочим пиком остается пик при 107-110°С. Линейный диапазон измеряемых флюенсов электронов составляет 108-1012 см-2.

Пример 4.

Рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии имеет состав (объемн. %): AlN 99.5, Y2О3 0.5. Измерения экзоэмиссионных характеристик рабочего вещества данного состава для ТЭЭ дозиметрии проводились так же, как в примере 1. Однако чувствительность данного рабочего вещества к флюенсу электронов оказалась на 30-40% ниже, чем в примере 1.

Пример 5.

Рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии имеет состав (объемн. %): AlN 96.0, Y2O3 4.0. Измерения эхарактеристик рабочего вещества данного состава для ТЭЭ дозиметрии проводились так же, как в примере 1. Однако чувствительность данного рабочего вещества к флюенсу электронов оказалась на 35-42% ниже, чем в примере 1. Синтез керамических образцов нитрида алюминия с добавкой оксида иттрия, используемых в примерах 1-5, проводили путем спекания исходной шихты в атмосфере азота при температуре 1800°С в течение часа в графитовом тигле с внутренним диаметром 15 мм. Шихта состояла из исходных порошков нитрида алюминия, полученного из Института макрокинетики (г.Черноголовка), и оксида иттрия. Оксид иттрия использовался как активатор спекания. Исходная крупность порошка нитрида алюминия составляла минус 5 мкм. После синтеза образцы извлекались из графитового тигля, разрезались на диски диаметром 10-15 мм, толщиной 2 мм.

Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии на основе соединений алюминия и оксида, отличающееся тем, что в качестве соединения алюминия используют нитрид алюминия, а в качестве оксида - оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, об.%:

AlN97-98
Y2О32-3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу измерения дозиметрического сигнала в термолюминесцентной дозиметрии (ТЛД) ионизирующих излучений, использующей в качестве чувствительного вещества детекторы на основе оксида алюминия, и может быть использовано для повышения надежности, точности и достоверности метода ТЛД и проводимых с его помощью измерений.

Изобретение относится к области ядерного приборостроения, оно связано с разработкой дозиметрических комплексов интегрирующего типа, а именно с разработкой термолюминесцентных дозиметрических комплексов для регистрации рентгеновского, гамма- и электронного излучения, комплексов, используемых в стационарных условиях, в том числе и для индивидуальной дозиметрии, а также в качестве контролирующих дозиметрических комплексов сопровождения транспортных ядерно-энергетических установок наземного, подводного и космического базирования.

Изобретение относится к области низкотемпературной дозиметрии заряженных частиц, в частности электронных пучков и пучков ионов водорода и гелия, включая космические пучки, а также дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения, особо для случаев низкотемпературной дозиметрии при определении дозозатрат элементов и устройств, изготовленных на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), работающих в полях ионизирующих излучений, в частности в установках термоядерного синтеза, и при контроле дозозатрат элементов и устройств космического базирования, в частности дозозатрат солнечных батарей космического развертывания от действия космических лучей.

Изобретение относится к области термолюминесцентной дозиметрии и может быть использовано в различных областях: при работе с радиационно-химическими, физическими, биологическими установками при исследовании радиационного воздействия на вещества, материалы и биологические объекты; при проведении ядерно-физического анализа, а также в аппаратуре дозиметрического контроля при мониторинге окружающей среды и др.

Изобретение относится к ядерному приборостроению, а именно к созданию индивидуальных дозиметров ионизирующих излучений, и может быть использовано для индивидуальной дозиметрии в условиях промышленных предприятий, исследовательских лабораторий, атомных станций и других объектов.

Изобретение относится к способу обработки твердотельных детекторов ионизирующих излучений, основанных на явлении термостимулированной люминесценции (ТЛ)

Изобретение относится к области термолюминесцентной дозиметрии (ТЛД) фотонного излучения рентгеновского и гамма-диапазонов, а также электронного излучения, а именно к способам приготовления рабочих веществ термолюминесцентных детекторов

Изобретение относится к способу измерения накопленной дозы или мощности дозы ионизирующего излучения твердотельными детекторами, облученными при высокой температуре окружающей среды

Изобретение относится к неразрушающим методам определения физико-технических характеристик материалов, подвергающихся в процессе работы воздействию ультразвуковых вибраций, сильных электрических полей, облучению различными видами электромагнитных излучений

Изобретение относится к радиационной физике, а именно к способам оценки накопленной дозы ионизирующего -излучения с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов, и может быть использовано в индивидуальной и клинической дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки на ядерных реакторах, ускорителях, в лабораториях и на производствах с источниками заряженных частиц, при археологическом и геологическом датировании, в аварийной и ретроспективной дозиметрии

Изобретение относится к радиационной физике, а именно к устройствам для оценки накопленной дозы ионизирующего -излучения с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов, и может быть применено в индивидуальной и клинической дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки на ядерных реакторах, ускорителях, в лабораториях и на производствах с источниками заряженных частиц, при археологическом и геологическом датировании, в аварийной и ретроспективной дозиметрии

Изобретение относится к способам измерения дозы, накопленной в твердотельных термолюминесцентных детекторах ионизирующих излучений на основе кристаллов и нанокерамики оксида алюминия, и может быть использовано для повышения надежности, точности и достоверности метода, проводимых с его помощью измерений

Изобретение относится к получению рабочего вещества, которое может быть использовано для изготовления термолюминесцентного детектора ионизирующего излучения, использующегося в индивидуальной дозиметрии для определения поглощенных доз персонала; для определения поглощенных доз пациентов при проведении рентгеновской диагностики и терапии; при определении поглощенных доз в поле облучения высокодозовых технологических установок

Изобретение относится к медицине, стоматологии, онкологии и радиологии, и может быть использовано для улучшения качества стоматологической помощи пациентам со злокачественными новообразованиями области головы и шеи после проведения лучевой терапии

Изобретение относится к радиационной физике, является способом оценки накопленной дозы ионизирующего -излучения с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов и может быть использовано при персональной дозиметрии при мониторинге радиационной обстановки в различных условиях
Наверх