РАЗРАБОТКА НОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДОЗИМЕТРИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Калинкин М.О.⁽¹⁾, Акулов Д.А.⁽¹⁾, Келлерман Д.Г.⁽¹⁾, Зубков В.Г.⁽¹⁾,
Абашев Р.М.^(1,2), Медведева Н.И.⁽¹⁾, Сюрдо А.И.^(1,2)

⁽¹⁾ Институт химии твердого тела УрО РАН

620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, д. 91

⁽²⁾ Институт физики металлов УрО РАН

620108, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, д. 18

В связи с широким распространением источников ионизирующих излучений в промышленности и повседневной жизни человека, высокоточная оценка дозы ионизирующего излучения, накопленной тканями человеческого организма, является актуальной задачей. Ключевую роль в качественной оценке полученной дозы методами люминесцентной дозиметрии играет материал детектора.

В работе рассмотрен ряд оптических матриц состава LiMgPO₄, LiMgBO₃, MgB₄O₇, Li₉Mg₃[PO₄]₄F и Na₅B₂P₃O₁₃, причем, что некоторые из них рассматривались в качестве дозиметрических материалов впервые. Показано, что рассматриваемые матрицы соответствуют критериям, предъявляемым к дозиметрическим детекторам, они химически и термически стабильны и имеют эффективные атомные номера, сопоставимые с тканями человеческого тела, в них присутствуют дефекты способные захватывать носители заряда. При помощи совокупности теоретических и экспериментальных методов установлены детали электронного строения рассматриваемых соединений. Для всех оптических матриц предложены механизмы термически- и оптически стимулированной люминесценции.

Для увеличения интенсивности дозиметрического сигнала в работе успешно осуществлено допирование LiMgPO₄, LiMgBO₃, MgB₄O₇, Li₉Mg₃[PO₄]₄F и Na₅B₂P₃O₁₃ рядом РЗЭ. Впервые обнаружено, что люминесценция в рассмотренных матрицах может осуществляться по двум сценариям: для одной группы РЗЭ спектры рентгено-, фото-, и термолюминесценции содержат набор линий, отражающих 4f‒4f переходы соответствующего РЗЭ, а для другой группы этих линий нет, и наблюдается многократно усиленный спектр, характерный для чистой матрицы. Высказано предположение о том, что в последнем случае происходит передача энергии от РЗЭ молекулярным комплексам, включающим в себя дефекты. Предложена схема, объясняющая наличие двух механизмов высвечивания при РЛ, ФЛ и ТСЛ.

Для соединений, обладающих наибольшей интенсивностью высвечивания (LiMgPO₄:Er, LiMgBO₃:Tm, Li₉Mg₃[PO₄]₄F: Dy, Na₅B₂P₃O₁₃: Dy), показано, что они обладают линейной дозовой зависимостью в области, необходимой для персональной дозиметрии, малой потерей дозиметрической информации при хранении. Кроме того, подтверждена возможность использования разработанных нами материалов как при термической, так и при оптической стимуляции.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда
№ 25-73-00083, https://rscf.ru/project/25-73-00083/