Цветовой визуальный индикатор поглощенной дозы ионизирующего излучения
Владельцы патента RU 2454681:
Закрытое акционерное общество по разработке и внедрению новых информационных материалов и технологий "БИТ" (RU)
Изобретение относится к химической дозиметрии ионизирующих излучений, а именно к цветовым визуальным индикаторам дозы ионизирующих излучений. Сущность изобретения заключается в том, что цветовой визуальный индикатор поглощенной дозы ионизирующего излучения содержит гибкую подложку, адгезионный подслой, отражающий слой, радиационно-чувствительный слой, состоящий из полимерного связующего, включающего полимеры и сополимеры винилового ряда, люминофора пиразолинового ряда, бромсодержащего сенсибилизатора и пластификатора, и фильтровый слой, при этом в радиационно-чувствительном слое в качестве бромсодержащего сенсибилизатора используют декабромдифенилоксид. Технический результат - повышение чувствительности индикатора, позволяющего определять дозы менее 1,0 кГр. 1 табл.
Изобретение относится к химической дозиметрии ионизирующих излучений, а именно к цветовым визуальным индикаторам дозы ионизирующих излучений, и может быть использовано для экспрессного определения поглощенной дозы гамма- и электронного излучения в радиационной химии и технологии. Широкое применение указанные индикаторы могут найти при массовой радиационной стерилизации изделий медицинского назначения.
Известны индикаторы дозы ионизирующих излучений, которые состоят из галогенсодержащего полимера и кислоточувствительного красителя. Существенный недостаток таких индикаторов - чувствительность к УФ и видимому свету и пороговая двухцветная индикация поглощенной дозы [1].
Наиболее близким к заявляемому индикатору является визуальный индикатор дозы, позволяющий визуально определять поглощенную дозу по изменению окраски [2]. Он выбран в качестве прототипа.
Известный индикатор представляет собой гибкую подложку, на одну сторону которой последовательно нанесены адгезионный подслой, отражающий радиационно-чувствительный и защитный слои. Адгезионный подслой состоит из сополимеров винилового ряда или их смеси; отражающий слой состоит из полимерного связующего, пластификатора и металлов (или их солей и/или оксидов) I-VIII групп; радиационно-чувствительный слой состоит из люминофора, пластификатора, полимерного связующего и бромсодержащего сенсибилизатора; защитный слой - из полимерного связующего и абсорбера ультрафиолетового света (УФ-абсорбера). Переход от одного цветового тона к другому происходит плавно, через множество цветовых оттенков. Цвета до и после облучения достаточно устойчивы во времени при хранении в темноте или при искусственном освещении или рассеянном солнечном свете.
Принцип действия заключается в изменении окраски под действием ионизирующего излучения люминесцирующего красителя ряда 1,3,5 триарилпиразолина - Δ2 общей формулы:
где R и R1 - арил или арил, имеющий заместители
R2 - 1,8-нафтоилен-1',2'-бензимидазолил-4,1,8-нафтоилен-1',2'-бензимидазолил-5 (НБИ*)
или остаток N-фенилнафтальимида, замещенный в положении 4 нафталинового ядра (ФНИ**).
или 
В качестве пластификатора как в радиационно-чувствительном, так и в отражающем слоях используют пластификаторы формул (2,3):
где R3, R4=алкил (C1-C12), аралкил, циклоалкил; n≥2.
Известный индикатор стабильно и устойчиво работает в диапазоне доз от 1,0 до 200 кГр, обладает хорошей разрешающей способностью при визуальном определении поглощенных доз.
Указанный индикатор не позволяет определять дозы менее 1,0 кГр. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении чувствительности индикатора, позволяющей определять дозы менее 1,0 кГр.
Технический результат достигается тем, что в цветовом индикаторе поглощенной дозы ионизирующего излучения, содержащем гибкую подложку, адгезионный подслой из сополимеров винилового ряда или их смеси, отражающий слой из полимерного связующего, пластификатора и металлов (или их солей и/или оксидов) I-VIII групп, радиационно-чувствительный слой из люминофора формулы (1), пластификатора формулы (2,3), полимерного связующего, включающего полимеры формулы (4) или их сополимеры,
,
где R5=H, СН3; R6=арил(C6-С10), карбалкоксил(С1-C8), карбоксил;
бромсодержащий сенсибилизатор, и защитный слой из полимерного связующего и абсорбера ультрафиолетового света (УФ-абсорбера), в радиационно-чувствительном слое в качестве бромсодержащего сенсибилизатора используют декабромдифенилоксид (5):
В предложенном техническом решении радиационно-чувствительный слой имеет следующий состав, мас.%:
| пластификатор | 2,0-4,0 |
| декабромдифенилоксид | 5,0-45,0 |
| люминофор | 0,04-0,08 |
| полимерное связующее | остальное |
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию «новизна». При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и потому обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «Существенные отличия».
Визуальные индикаторы поглощенной дозы испытывают следующим образом. Изготавливают образцы индикаторов методом полива композиций на полиэтилентерефталатную подложку на поливной машине МП-300 таким образом, чтобы толщины адгезионного, отражающего, радиационно-чувствительного и защитного слоев были идентичны. Образцы индикаторов крепят с помощью клеевого слоя на объект, предназначенный для облучения. Облучают на промышленных радиационных установках с радионуклидными источниками и ускорителями электронов. Поглощенную дозу определяют сравнением цвета облученного образца с дозно-цветовой шкалой, прилагаемой к индикатору.
Примеры конкретного выполнения:
Пример 1 (прототип)
а) В смеси 900 мл ацетона, 250 мл этилцеллозольва растворяют 17 г (25,0 мас.% состава сухого адгезионного подслоя) сополимера винилиденхлорида с акрилонитрилом и 51 г (75,0 мас.% состава сухого адгезионного подслоя) сополимера бутилметакрилата с метилметакрилатом. Полученную композицию адгезионного подслоя наносят методом полива на полиэтилентерефталатную основу и сушат при 70±10°С в течение 30±10 мин. Получают адгезионный подслой толщиной 1,0 мкм.
б) В 1550 мл толуола растворяют 450 г (66,67 мас.% состава сухого отражающего слоя) полистирола, 25 мл (3,70 мас.% состава сухого отражающего слоя) динонилфталата, добавляют при перемешивании 200 г (29,63 мас.% состава сухого отражающего слоя) диоксида титана, диспергируют смесь в бисерной мельнице в течение 45±5 мин, наносят композицию отражающего слоя на адгезионный подслой методом полива и сушат при 60±10°С в течение 30±10 мин. Получают отражающий слой толщиной 40 мкм.
в) В 2600 мл толуола растворяют 48 мл (3,71 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) диоктилфталата, 0,88 г (0,07 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) люминофора красного 2Ж 600 RT формулы (1), 830 г (64,14 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) полистирола и 140 мл (32,08 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) тетрабромэтана, наносят композицию радиационно-чувствительного слоя на отражающий слой методом полива при комнатной температуре в 3 слоя. Сушку 1-го и 2-го слоев проводят при комнатной температуре в течение не менее 1 часа, затем при 60±5°С в течение 1 часа. Сушку 3-го слоя проводят при комнатной температуре в течение не менее 2 часов, затем при 60±5°С в течение 2 часов. Получают радиационно-чувствительный слой толщиной 250±20 мкм.
г) В смеси 900 мл ацетона, 250 мл этилцеллозольва растворяют 34 г (43,59 мас.% состава сухого защитного слоя) сополимера винилиденхлорида с акрилонитрилом, 34 г (43,59 мас.% состава сухого защитного слоя) сополимера бутилметакрилата с метилметакрилатом и 10 г (12,82 мас.% состава сухого защитного слоя) 2-(21-оксифенил)бензтриазола, наносят композицию защитного слоя на регистрирующий слой при комнатной температуре. Получают защитный подслой толщиной 3,0 мкм. Окончательную сушку пленки проводят при комнатной температуре в течение 40±5 часов. Окончательная толщина готовой пленки составляет 270±30 мкм.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 2
Образцы цветового визуального индикатора поглощенной дозы ионизирующего излучения изготавливают и испытывают, как в примере 1, но в состав радиационно-чувствительного слоя вводят 415 г декабромдифенилоксида (32,08 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) вместо тетрабромэтана.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 3
Образцы цветового визуального индикатора поглощенной дозы ионизирующего излучения изготавливают и испытывают, как в примере 2, но в состав радиационно-чувствительного слоя вводят 34,0 мл (3,71 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) диоктилфталата, 0,65 г (0,07 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) люминофора красного 2Ж 600 RT формулы (1), 844 г (91,22 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) полистирола и 46,26 г (5,0 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) декабромдифенилоксида.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 4
Образцы цветового визуального индикатора поглощенной дозы ионизирующего излучения изготавливают и испытывают, как в примере 2, но в состав радиационно-чувствительного слоя вводят 59 мл (3,71 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) диоктилфталата, 1,12 г (0,07 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) люминофора красного 2Ж 600 RT формулы (1), 818 г (51,22 мас.% сухого радиационно-чувствительного слоя) полистирола и 719 г (45,0 мас.% состава сухого радиационно-чувствительного слоя) декабромдифенилоксида.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Как следует из представленных в таблице данных, образец индикатора-прототипа не изменяет свой цвет вплоть до поглощенной дозы 1,0 кГр. Образцы, изготовленные согласно изобретению, показывают визуально-различимую градацию цвета, начиная с поглощенной дозы 0,2 кГр.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент Франции №2226671, МКИ G01T 1/4.
2. Патент РФ №2225625, МКИ G01T 1/04.
Цветовой визуальный индикатор поглощенной дозы ионизирующего излучения, содержащий гибкую подложку, адгезионный подслой из сополимеров винилового ряда или их смеси, отражающий слой из полимерного связующего, пластификатора и металлов (или их солей и/или оксидов) I-VIII групп, радиационно-чувствительный слой, включающий люминофор формулы (1),
где R и R1 - арил или арил, имеющий заместители
R2-1,8-нафтоилен-1',2'-бензимидазолил-4,1,8-нафтоилен-1',2'-бензимидазолил-5 (НБИ*)
или остаток N-фенилнафтальимида, замещенный в положении 4 нафталинового ядра (ФНИ**),
или
пластификатор формулы (2, 3)
где R3, R4=алкил (C1-C12), аралкил, циклоалкил; n≥2,
полимеры формулы (4) или их сополимеры:
где R5=H, СН3; R6=арил(C6-С10), карбалкоксил(С1-C8), карбоксил;
бромсодержащий сенсибилизатор, и защитный слой из полимерного связующего и абсорбера ультрафиолетового света (УФ-абсорбера), в радиационно-чувствительном слое в качестве бромсодержащего сенсибилизатора используют декабромдифенилоксид (5):
при следующем соотношении компонентов радиационно-чувствительного
слоя, мас.%:
| пластификатор | 2,0-4,0 |
| декабромдифенилоксид | 5,0-45,0 |
| люминофор | 0,04-0,08 |
| полимерное связующее | остальное |
