ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЕ ВЕЩЕСТВО
THERMOLUMINESCENT SUBSTANCE

Изобретение относится к материалам для оптоэлектроники и может быть использовано в производстве сцинтилляционных устройств и приборов регистрации излучений, датчиках контроля радиационного фона окружающей среды.
2
6
12
3
3
2
3
3+
Термолюминесцентный материал соответствует химической формуле PbCdBO: Eu и содержит, мас.%: PbO - 24,99, CdO - 30,27, НВО - 43,71, EuO - 1,03. Интенсивность термолюминесценции 0,31 отн. ед., таблица.
Термолюминесценция (ТЛ) - один из методов дозиметрического контроля ионизирующих излучений. В некоторых веществах под действием излучения образуются носители зарядов (электроны и дырки), локализующиеся в центрах захвата. В результате происходит накопление поглощенной энергии, которая высвобождается при внешнем воздействии (стимулировании). Для термолюминесценции внешним воздействием является нагрев вещества. При нагревании вещества наблюдается свечение только в случае, если кристаллы предварительно облучались любым ионизирующим излучением.
6
7
2
4
7
Известны термолюминесцентные материалы на основе фторида лития LiF: Mg, Ti (TLD-100), его изотопные варианты с Li и Li (TLD-600 и TLD-700) (производство Harshaw, США) [1] и тетрабората лития LiBO: Mn [2].
[1]. The Harshaw Chemical Company. Crystal and Electronic Products. 6801 Cochran Rd. Solon, Ohio 44139, USA.
[2]. Schulman J.H., Kirk. R.D., West E.J. Use of lithium borate for thermoluminescence dosimetry. Proceedings of the International Conference on Luminescence Dosimetry, Stanford University, CONF-650637, 1967, pp. 113-118).
Основным недостатком этих материалов является гигроскопичность из-за наличия в их химическом составе щелочного металла. Поэтому влажность является препятствием для получения материалов, а также оказывает неблагоприятное влияние на их термолюминесцентные характеристики.
2
4
7
2
4
7
Наиболее близким по составу к заявляемому изобретению, прототипом, является термолюминесцентный материал на основе тетрабората лития LiBO, легированного ионами марганца Mn [2]. Термолюминесцентный фосфор LiBO: Mn был произведен для измерения радиационной дозы.
Недостатком материала является низкая интенсивность (чувствительность) термолюминесценции, а эмиссия (ТЛ), наблюдаемая при 600 нм, далека от максимума чувствительности большинства фотоумножителей.
Целью изобретения является разработка влагоустойчивого материала и увеличение его интенсивности термолюминесценции.
3+
3+
3+
3+
2
6
12
3
3
2
3
2
6
12
2
3
Поставленная цель достигается тем, что термолюминесцентное вещество содержит в основе смешанный борат свинца-кадмия, дополнительно содержит ионы Eu, образуя при этом вещество состава PbCdBO: Eu. Состав термолюминесцентного вещества соответствует мас.%: PbO - 24,99, CdO - 30,27, НВО - 43,71, EuO - 1,03. Соотношение компонентов заявляемого состава обусловлено областью фазовой однородности двойного бората PbCdBO: Eu, образующегося в системе PbO-CdO-BO: Eu.
2
6
12
2
6
12
1
2
6
12
5
10
3+
Термолюминесцентный материал PbCdBO: Eu изоструктурен борату PbCdBO и кристаллизуется в моноклинной сингонии с пр. гр. Р 2/n [3]. ([3] Нао Y.-C., Xu X., Kong F., Song J.-L. and Mao J.-G. PbCdBO and EuZnBO: syntheses, crystal structures and characterizations of two new mixed metal borates // Crys EngComm, 2014, V. 16, P. 7689-7695).
2
6
12
2
6
12
6
12
n
7
6
3+
2-
6-
2+
3+
Кристаллическая структура PbCdBO: Eu представляет собой трехмерный каркас [CdBO], состоящий из [(BO)] слоев, параллельных плоскости ab, димеров из Cd(1)O - полиэдров и одномерных цепочек Cd(2)O - октаэдров, а ионы Pb и Eu расположены в пустотах каркаса.
Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами:
3
3
2
3,
Пример 1. Шихту, содержащую 0,9450 г (25,48 мас.%) PbO, 1,1190 г (30,23 мас.%) CdO, 1,6191 г (43,66 мас.%) НВО и 0,0231 г (0,63 мас.%) EuO гомогенизировали тщательным растиранием в агатовой ступке в среде этилового спирта. Полученную смесь подвергали трехступенчатому отжигу в платиновом тигле на воздухе при 200°C, затем 400°C и 600°C в течение 10, 20 и 80 часов соответственно.
3
3
2
3,
Пример 2. Шихту, содержащую 0,9270 г (24,99 мас.%) PbO, 1,1229 г. (30,27 мас.%) CdO, 1,6215 г (43,71 мас.%) HBO и 0,0384 г (1,03 мас.%) EuO гомогенизировали тщательным растиранием в агатовой ступке в среде этилового спирта. Полученную смесь подвергали трехступенчатому отжигу в платиновом тигле на воздухе при 200°C, затем 400°C и 600°C в течение 10, 20 и 80 часов соответственно.
Полученное термолюминесцентное вещество имеет интенсивность термолюминесценции почти в 2 раза выше [1, 4], чем прототип. Результаты измерений интенсивности термолюминесценции приведены в таблице.
3
3
2
3
Пример 3. Шихту, содержащую 0,9090 г (24,49 мас.%) PbO, 1,1247 г (30,30 мас.%) CdO, 1,6242 г (43,76 мас.%) HBO и 0,0231 г (1,45 мас.%) EuO, гомогенизировали тщательным растиранием в агатовой ступке в среде этилового спирта. Полученную смесь подвергали трехступенчатому отжигу в платиновом тигле на воздухе при 200°C, затем 400°C и 600°C в течение 10, 20 и 80 часов соответственно.
Термолюминесцентный анализ проводили на установке, регистрирующей интенсивность излученного света в зависимости от температуры. Установка состояла из печи, терморегулятора, самописца и фотоэлектронного умножителя ФЭУ-85 (область спектральной чувствительности 300-600 нм).
-3
В качестве источника облучения использовали контрольный стронций-иттриевый β-источник с дозой облучения 7,5⋅10 Гр. Результаты измерений термолюминесцентной чувствительности нормировались по сигналу от эталона, которым служил промышленный фторид лития LiF: Mg, Ti (ТД-100).
отн
2
6
12
На фиг. 1 показаны зависимости интенсивности термолюминесценции I образцов с различным содержанием ионов активатора от времени воздействия β-источником облучения. Из фиг. 1 видно, что максимальный выход ТЛ наблюдается для всех образцов при минимальной выдержке их под действием излучения β-источника, соответствующей 0,5 ч. В двух других образцах интенсивность ТЛ ниже приблизительно в 3 раза и практически не зависит от продолжительности воздействия облучением. На фиг. 2 представлены кривые термического высвечивания образцов PbCdBO с разным содержанием ионов активатора (1-0,63, 2-1,03, 3-1,45 мас.%) при минимальном воздействии облучателя - 0,5 ч. Сравнительный анализ экспериментальных данных (фиг. 1 и фиг. 2) показывает, что максимальная интенсивность ТЛ наблюдается при содержании активатора 1,03 мас.%.
2
6
12
2
6
12
2
4
7
3+
3+
Как следует из полученных результатов, техническим результатом изобретения является повышение интенсивности термолюминесценции заявляемым составом вещества PbCdBO: Eu. Интенсивность свечения термолюминесцентного бората состава PbCdBO: Eu с содержанием ионов активатора 1,03 мас.% превышает интенсивность термолюминесценции прототипа - промышленного термолюминофора LiBO: Mn (ТЛД-800).
Полученное соединение может найти техническое применение как материал для дозиметрии слабого ионизирующего излучения.
отн
*
Примечание: источник возбуждения - контрольный стронций-иттриевый β-источник; I соответствует интенсивности термолюминесцентного материала относительно эталона (промышленного термолюминофора LiF: Mg, Ti (ТД-100)); b - чувствительность к свету.
([4]. Серия норм МАГАТэ по безопасности. Оценка профессионального облучения от внешних источников ионизирующего излучения № RS-g-1.3; http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1076r_web.pdf.).
Краткое описание чертежей
3+
Фиг. 1. Зависимости интенсивности термолюминесценции для образцов с разным содержанием ионов Eu (1-0,63, 2-1,03, 3-1,45 мас.%) от времени облучения.
2
6
12
Фиг. 2. Кривые термического высвечивания образцов PbCdBO с разным содержанием ионов активатора (1-0,63, 2-1,03, 3-1,45 мас.%) при минимальном воздействии облучателя - 0,5 ч.