Цветовой индикатор-дозиметр ионизирующего излучения

 

Со:,оз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.11.73 (21) 1972212/26-25 (51),ч К, G 01Т 1 01 с присосдинением заявки ¹

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.09.78. Бюллетень N 3G (45) Дата опубликования описания 30.09.78 (53) УДК 539.04,08 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы

«ç0ápетения

Г. М. Панченков, Л. Л. Козлов, А. А. Молин, 3. Ф. Ершова, А. Г. Юзвяк, Л. М. Михайлов, Р. Б. Валитов, В. П. Чуров и М, 11. Гринев

Москогский ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина (71) Заяв«тель (54) ЦВЕТОВОЙ ИНДИКАТОР-ДОЗИМЕТР

ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к промышленному цветовому индикатору-дозиметру из окрашенной полимерной пленки для определения и контроля дозы ионизирующего излучения (гамма-, рентгеновского и элект- 5 ронного) в широком диапазоне доз. Дозу определяют визуально или объективно с помощью фотоденситометра.

Известен цветовой индикатор дозы, состоящий из полимерной пленки — сополиме- 1О ра винилхлорида с винилацетатом или пропиленом, или хлорированного полиэтилена, пластификатора (дибутилоловодилаурата или эпоксидированного соевого масла), наполнителя (жидкого парафина); 15 стабилизатора (типа малеата TUS N-2000E или смеси стеаратов цинка и кадмия) и красителя — кислотно-чувствительного индикатора (типа P-диметиламиноазобензола, метилового желтого). Пленку получа- 20 ют горячим вальцеванием смеси; температура прокатки смеси 150 †1 С, Необлученная индикаторная пленка чувствительна к свету, ее поэтому покрывают специальным светозащитным покрытием. Раба- 25 ч«й диапазон доз 4,5 0" — 10 рад.

Исходный цвет пленки желтый, «рп облучении дозами выше 1,5 10 рад красный.

Известные индикаторы излучения обладают низкой чувствительностью к излучению (изменение окраски происходит при дозах 1,5 — 2,0 мрад), точность оценки поглощенной 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.

Используемыс 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 повышенной 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.

478544 с1 но тг о с1

0,007 — 0,01 2О соон

1 (CH ),N (. 1., с

Радиационно-химический выход обесцвечивания красителя рассчитывают по следуG5 ющей формуле:

2. Индигоидные

Пр имер: индиго

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/100эВ, характеризующихся максимумами поглощения в спектральных областях 600 — 720 нм и 450 — 590 им соответственно, при следую- 10 щем содержании компонентов, вес. ч.:

Полимер 70 — 100

Пластификатор 10 — 40

Стабилизатор (стеарат

Са)

Краситель с радиационно-химическим выходом обесцвечивания 0,05 — 0,1 мол/

/100 эВ

Краситель с радиационно-химическим выходом обесцвечивания 0,15 — 1,5 мол/

/100 эВ 0,015 — 0,030 25

Предлагаемый цветовой индикатор-дозиметр ионизирующего излучения представляет собой пленку полимера, в которую введены два красителя с максимумами по- 30 глощения в указанных выше областях видимого спектра, относящиеся к различным группам по химическому строению и отличающиеся по радиационно-химическим выходам обесцвечивания в полимерной матрице индикатора-дозиметра в указанных выше интервалах.

В качестве полимерной матрицы для производства цветового индикатора-дозиметра можно использовать поливинилхло- 4О рид, 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 выше 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. Индофенолы

Пример: краситель Тиломанса

Красители с радиционно-химическим выходом обесцвечивания 0,05 — 0,1 мол/100 эВ; максимум поглощения в области 450—

590 нм

1. Ксантеновые красители

Пример: родамин С (гнб) н - о N(C2Hrj)g с1 с

2. Полиметиновые

Пример: красный астразои СБ сн, сн, Си= — CH м СМ2 Сн,С1

N 1 си, си, 3. Пиразолоновые

Пример: кислотный желтый светопрочный о

1 — N=i C==C он — (C м (=

4. Индамины

Пример: зеленый Биндшлера,СН ) N N M(CHg) С

5. Инданилины

Пример: нафтоловый синий

6, Тиазиновые

Пример: метиленовый голубой

478544 где 6,О„„, — радиационно-химический выход обесцвечивания красителя молекул/100 эВ;

Л — изменение оптической плотности пленки, измеренное при длине волны, соответствующей максимуму поглощения данного красителя в пленке; в — молярный десятичный коэффициент экстинкции красителя, мОль см

d — плотность материала пленки, /с з.

1 — толщина окрашенной пленки, см;

Д вЂ” поглощенная доза, рад.

Вводя в указанные полимеры, например смесь красителей трифенилметановых и ксантеновых, получим окрашенную полимерную систему, в которой под действием ионизирующего излучения процесс обесцвечивания красителей происходит с различной скоростью. Менее устойчивые трифенилметановые красители с большим выходом обесцвечивания обесцвечиваются с большей скоростью, чем ксантеновые, что позволяет получить изменение цвета облучаемой пленки, соответствующее определенной дозе. Так для пары малахитовый зеленый (трифенилметановый краситель зеленого цвета, максимум поглощения

630 нм, выход обесцвечивания, рассчитанный по формуле (1) в поливинилхлориде

G,„ = 0,90) и родамин С (ксантеновый краситель красного цвета, максимум поглощения 560 нм, выход обесцвечивания в поливинилхлориде бр = 0,05) после смешения в одном из указанных выше соотношений цвет необлученной 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 обссцвечивается полностью и возникает цветовой переход от синего или фиолетового до красного или оранжевого. Промежуточные оттенки цвета позволяют визуально оценить значение дозы от 0,5 мрад до дозы, вызывающей обесцвечивание малахитовой зелени с точностью порядка

25 /О. Возможно объективное определение поглощенной дозы от 0,5 мрад по изменению оптической плотности при длине волны Х = 630 нм — максимуме поглощения малахитового зеленого, и по оптической плотности при максимуме поглощения родамина С Х = 560 нм с точностью +-10 /О.

Общий замеряемый с помощью этой системы интервал доз составляет 0,5. 10 —

3,5 10 рад.

Предлагаемые цветовые индикаторы-до5

ЗО

65 зиметры могут найти применение для контроля поглощенных доз в ряде процессов радиационного модифицирования полимеров (сшивка полиэтилена, прививка мономеров) и процессе радиационной стерилизации медицинских изделий.

Рассмотренный ниже на примере системы — поливинилхлорид, малахитовый зеленый, родамин С вЂ” способ производства цветовых индикаторов-дозиметров заключается в горячей переработке на вальцах или каландрах смеси промышленного порошка

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 полученной пленки 300 — 500 мк, исходный цвет пленки синий или фиолетовый. Для укрепления пленки на облучаемом объекте на одну из сторон ее можно нанести слой долгосохнущего клея. Цвет пленки стабилен, и светозащитного покрытия не требуется. Подобным методом могут производиться индикаторы-дозиметры излучения на основе полимерных матриц, указанных выше.

Состав смеси в вес. ч. для приготовления дозиметричсской пленки приведен в примерах 1 и 2.

Пример 1.

Поливинилхлорид (суспен- 100 зионный С-70)

Диоктилфталат 40

Стеарат кальция 3

Водный раствор малахито- 30 с;.;ого вого зеленого (концентрация кр а си-, ., я

0,10/О ) 0,03

Водный раствор родамипа 2 сухого

С (концентрация 0,5О/О) кр а c I |Tел я

0,01

Необлученная пленка синего цвета, при облучении дозой 10 10 рад — фиолетового цвета, при облучении дозой 15 10 рад— красного цвета, при облучении дозой

20 10 рад — оранжевого цвета.

Пример 2.

Поливинилхлорид (суспен- 70 зпонный С-70)

Диоктилфталат 10

Стеарат кальция 0,5

Водный раствор малахито- 15 с лого вого зеленого (концентрация красптсля

0,10/О) 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 облучении дозой 2,0 10 рад— красно-фиолетового цвета, при облучении дозой 2,5 10 рад — красного цвета, при

478544

0,015 — 0,030

Составитель А. Борцова

Техред Н. Рыбкина

Корректоры: В, Дод и О. Данишева

Редактор П. Горькова

Заказ 2224/5 Изд. Ка 654 Тираж 708 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 твпограгрня, пр. Сапунова, 2 облучении дозой 10 10 р ад — ор а нжевого 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 покрытий не требуется.

Формула изобретения

Цветовой индикатор-дозиметр ионизирующего излучения, содержащий полимер, пластификатор, стабилизатор и чувствительный к излучению краситель, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности индикатора-дозиметр а, 5 точности измерения дозы излучения и его светостойкости, в качестве чувствительного к излучению компонента использована смесь двух красителей с радиационно-химическими выходами обесцвечивания

i0 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 нм соответственно при следующем содержании компонентов, 15 вес. ч.:

Полимер 70 — 100

Пластификатор 10 — 40

Стабилизатор 0,5 — 3

Краситель с радиационно-химическим выходом обесцвечивания 0,05 — 0,1 мол/

/100 эВ 0,007 — 0,01

Краситель с радиаци25 онно-химическим выходом обесцвечивания 0,15 — 1,5 мол/

100 эВ