RU214129U1 - Радиолюминесцентный источник оптического излучения - Google Patents
Радиолюминесцентный источник оптического излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU214129U1 RU214129U1 RU2022118569U RU2022118569U RU214129U1 RU 214129 U1 RU214129 U1 RU 214129U1 RU 2022118569 U RU2022118569 U RU 2022118569U RU 2022118569 U RU2022118569 U RU 2022118569U RU 214129 U1 RU214129 U1 RU 214129U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radioluminescent
- optical radiation
- radioluminescent source
- source
- doped
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 239000011222 crystalline ceramic Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910002106 crystalline ceramic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 150000003755 zirconium compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- OYEHPCDNVJXUIW-VENIDDJXSA-N plutonium-238 Chemical compound [238Pu] OYEHPCDNVJXUIW-VENIDDJXSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 17
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910006501 ZrSiO Inorganic materials 0.000 claims description 10
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 abstract description 6
- -1 phosphor ions Chemical class 0.000 abstract description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000000941 radioactive substance Substances 0.000 description 4
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000005395 radioluminescence Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001255 actinides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VJNBQNKBLZXMQD-UHFFFAOYSA-N [Eu].[Tb] Chemical compound [Eu].[Tb] VJNBQNKBLZXMQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000010987 cubic zirconia Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- UJVRJBAUJYZFIX-UHFFFAOYSA-N nitric acid;oxozirconium Chemical compound [Zr]=O.O[N+]([O-])=O.O[N+]([O-])=O UJVRJBAUJYZFIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATYZRBBOXUWECY-UHFFFAOYSA-N zirconium;hydrate Chemical class O.[Zr] ATYZRBBOXUWECY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области создания твердотельных самосветящихся люминофоров, состоящих из монофазных матриц, в которые вместе с ионами-люминофорами входят изотопы радиоактивных элементов. Радиолюминесцентный источник оптического излучения включает защитный корпус (1), в котором размещен радиолюминофор (2). Радиолюминофор выполнен из монофазной высокотемпературной кристаллической керамики на основе соединения циркония Zr, легированной редкоземельным элементом и допированной плутонием 238Pu с содержанием (0,01-0,10) мас.%. Защитный корпус (1) выполнен прозрачным для оптического излучения. Радиолюминесцентный источник оптического излучения имеет повышенную твердость, высокую химическую стойкость и долговременный срок эксплуатации. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Полезная модель относится к области создания твердотельных самосветящихся люминофоров, состоящих из монофазных матриц, в которые вместе с ионами-люминофорами входят изотопы радиоактивных элементов.
Известен радиолюминесцентный источник оптических фотонов (RU 97111612, МПК G21H 3/02, опубл. 10.06.1999), содержащий сцинтиллирующее вещество и радиоактивное вещество, находящиеся в твердой фазе и образующие радиатор оптических фотонов. Радиатор оптических фотонов выполнен в виде световода-концентратора из сцинтиллирующего вещества с высокой оптической плотностью, причем радиоактивное вещество и сцинтиллирующее вещество распределены в радиаторе оптических фотонов гомогенно или упорядоченно гетерогенно. Распределенные гомогенно в радиаторе оптических фотонов радиоактивное вещество и сцинтилирующее вещество могут быть химически связаны.
Недостатком радиолюминесцентного источника является низкая радиационная и химическая стойкость.
Известна композиция для получения светопреобразующего материала (RU2319728, МПК С09К 11/08, С09К 11/77, С08К 13/06, опубл. 20.03.2008), включающая матрицеобразующий компонент и светопреобразующее соединение. В качестве светопреобразующего соединения композиция содержит люминофор формулы Mex aAy bRz c, где
Me - иттрий, лантан, церий, празеодим, европий, гадолиний, диспрозий, эрбий, иттербий, алюминий, висмут, марганец, кальций, стронций, барий, цинк, цезий;
А - церий, празеодим, европий, гадолиний, диспрозий, эрбий, иттербий, титан, марганец;
R - кислород, сера, фосфор, бор, ванадий, титан, алюминий, индий и/или их соединения друг с другом;
a, b и с обозначают заряд соответственно иона Me, А или R;
х - имеет значение ≥1; 1,0≥у≥0,0001, z - соответствует ax+by=cz. имеющий размеры частиц от 0,3 до 0,8 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| светопреобразующее соединение - люминофор с размером частиц 0,3-0,8 мкм | 0,001-10,0 |
| матрицеобразующий компонент | остальное. |
Из-за присутствия в известной композиции 63Ni как источника бета-частиц при использовании такого радиолюминофора требуется более сложная защита от проникающей радиации, к тому же сам люминофор имеет малую радиационную стойкость.
Известен радиолюминесцентный источник оптического излучения (RU 169881, МПК G21H 1/12, опубл. 05.04.2017), который представляет собой гранулированный радиолюминофор с металлическими частицами радиоизотопа 63Ni со средним размером менее 3 мкм и содержанием более 0,1%, которые растворены в оптически прозрачном компаунде, выполненном в виде слоя толщиной 100-150 мкм.
Недостатками известного радиолюминесцентного источника являются низкая радиационная стойкость люминофора и необходимость использования более сложной защиты от проникающей радиации из-за присутствия 63Ni как источника бета-частиц.
Известен радиолюминесцентный источник оптического излучения (US 8294023, МПК H01L 31/00, Н01М 14/00, G21H 1/00, C09K 11/54, C09K 11/72, опубл. 23.10.2012), в котором внутри поликристаллических сцинтилляторов из группы CaF2:Eu, ZnS:Ag, Y2SiO5:Ce помещены радиоизотопные наночастицы из группы 3Н, 90Sr, 148Gd, 241Am, 232U, 137Cs, 238Pu. Эта сборка окружена дополнительным слоем поликристаллического сцинтиллятора.
Известный радиолюминесцентный источник имеет значительные габариты и небольшой срок службы из-за низкой радиационной стойкости используемых материалов.
Известно устройство для преобразования энергии ядерного распада (RU 2626324, МПК G21H 1/12, опубл. 26.07.2017), выполненное в виде чередующихся объемов радиоактивного материала и люминофора, при этом характерный размер объемов радиоактивного материала не превышает длины свободного пробега эмитируемых частиц в нем или, по крайней мере, сравним с ним, а характерный размер объемов люминофора не меньше длины свободного пробега эмитируемых частиц в люминофоре.
В связи с использованием в известном устройстве бета-радиоактивного материала необходимо обеспечить дополнительную защиту от проникающей радиации, а окруженный (снаружи либо внутри) радиоактивным материалом люминофор подвержен быстрой деградации под воздействием частиц высоких энергий, испускаемых радиоактивным материалом.
Известен радиолюминесцентный источник оптического излучения (WO 2017054031, МПК G21H 1/00, G21H 1/12, H01L 31/00, опубл. 06.04.2017), в котором радиоактивное вещество в форме жидкости или в виде ядерного топливного стержня вместе с веществом-люминофором помещены в металлический контейнер. Контейнер имеет дополнительную защиту от радиоактивного излучения.
К недостаткам известного устройства можно отнести существенные габариты и высокую радиационную нагрузку на конструкционные материалы.
Известен радиолюминесцентный источник оптического излучения (ЕР 0476845, МПК G21H 3/02, G21H 3/00, опубл. 25.03.1992), в котором в качестве в качестве радиолюминесцентного источника используют радиоактивный элемент, заключенный в аморфный полупроводник. Радиолюминесцентный источник света содержит бета-излучающий радиоактивный элемент, такой как тритий, окклюдированный в матрице аморфного полупроводникового материала, такого как аморфный кремний, с легирующими добавками или без них. Матрица может служить в качестве собственного радиолюминесцентного источника света, или в качестве источника электронов для облучения отдельного люминофора.
Недостатком известного радиолюминесцентного источника является использование короткоживущего радионуклида (трития), а также радиационно-нестойкой матрицы (аморфного кремния).
Известен радиолюминесцентный источник оптического излучения (US 7482533, МПК H01L 31/00, опубл. 27.01.2009), имеющий сферическую сердцевину из радиоактивного материла, испускающего гамма- или бета-, или альфа-излучение, окруженную керамическим люминофором, так что керамический материал керамического люминофора используется для защиты и поглощения излучения.
Недостатком известного радиолюминесцентного источника оптического излучения является наличие разделительной границы между радиоактивным ядром и люминесцентным материалом, что приводит к энергетическим потерям и понижает радиационную стойкость всей конструкции.
Известен радиолюминесцентный источник оптического излучения (см. RU 207579, МПК G21H 1/04, опубл. 02.11.2021), совпадающий с настоящим техническим решение по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Радиолюминесцентный источник-прототип содержит защитный корпус, в котором заключен гранулированный радиолюминофор, легированный химическим элементом и допированный радиоизотопом, распределенный в слое оптически прозрачного компаунда. Гранулированный радиолюминофор выполнен из высокотемпературной кристаллической керамики на основе фосфата, допированной альфа-излучающим изотопом актиноида с содержанием (0,01-0,10) мас. % и легированной редкоземельным элементом с содержанием (1-2) мас. %.
Недостатком известного радиолюминесцентного источника-прототипа является его недостаточная твердость и сравнительно невысокая химическая и термическая стойкость из-за использования кристаллической керамики на основе фосфата.
Задачей настоящего технического решения является разработка радиолюминесцентного источника оптического излучения, который бы имел повышенную твердость, высокую химическую стойкость и долговременный срок эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что радиолюминесцентный источник оптического излучения включает защитный корпус, в котором размещен радиолюминофор, выполненный из монофазной высокотемпературной кристаллической керамики, легированный редкоземельным элементом и допированной плутонием 238Pu с содержанием (0,01-0,10) мас. %. Новым является то, что радиолюминофор выполнен из монолитной керамики на основе соединения циркония Zr, а защитный корпус выполнен прозрачным для оптического излучения.
Высокотемпературная кристаллическая керамика на основе соединения циркония может быть выполнена из ортосиликата циркония ZrSiO4.
Высокотемпературная кристаллическая керамика на основе соединения циркония может быть выполнена из стабилизированного иттрием Y диоксида циркония ZrO2.
В качестве редкоземельного элемента может быть введен европий Ей3 и/или тербий Tb3+.
Европий Eu3+может быть введен с содержанием (0,3-3,0) мас. %.
Тербий Tb3+ может быть введен с содержанием мае. (1-4) мас. %.
Допирование монолитного радиолюминофора радиоизотопом плутония 238Pu с периодом полураспада 87,7 лет и энергией испускаемых α-частиц в тысячи кэВ обеспечивает более высокую удельную мощность источника излучения по сравнению с бета-частицами, требует меньшую толщину сцинтилляционного материала, что снижает собственное поглощение и паразитное рассеяние генерируемого света.
Выполнение радиолюминофора из монолитной монофазной высокотемпературной кристаллической керамики на основе соединения циркония Zr механически, химически и радиационно-стойкой, являющейся минералоподобной матрицей для иммобилизации радиоизотопа 238Pu, который изоморфно входит вместе с ионами-люминофорами в состав кристаллической матрицы, и легирующей примеси активных центров люминесценции, позволяет в значительно мере снизить аморфизацию и разрушение радиолюминофора под действием высоких дозовых нагрузок, что приводит к увеличению срока службы радиолюминесцентного источника оптического излучения.
Содержание альфа-излучающего радиоизотопа 238Pu (0,01-0,10) мас. % обусловлено тем, что при содержании менее 0,01 мас. % снижается интенсивность радиолюминесценции. При содержании альфа-излучающего изотопа актиноида более 0,10 мас. % снижается экологическая безопасность, и ограничиваются условия его применения.
Содержание европия Eu3+ (0,3-3,0) мас. % обусловлено тем, что при содержании европия Eu3+ менее 0,3 мас. % снижается интенсивность радиолюминесценции. При содержании европия Eu3+ более 3,0 мас. % происходит подавление люминесценции и снижение ее интенсивности.
Содержание тербия Tb3+ (1-4) мас. % обусловлено тем, что при содержании европия тербия Tb3+ менее 1 мас. % снижается интенсивность радиолюминесценции. При содержании тербия Tb3+ более 4 мас. % происходит подавление люминесценции и снижение ее интенсивности.
Настоящее изобретение поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 схематически изображен настоящий радиолюминесцентный источник оптического излучения;
на фиг. 2 в таблице 1 показана зависимость интенсивности самосвечения от концентрации активаторных ионов, плутония керамики на основе ортосиликата циркония ZrSiO4;
на фиг. 3 в таблице 2 показана зависимость интенсивности самосвечения от концентрации активаторных ионов, плутония керамики на основе стабилизированной иттрием Y, из диоксида циркония ZrO2;
на фиг. 4 приведен спектр самосвечения монолитной керамики на основе ортосиликата циркония ZrSiO4 с плутонием 238Pu и активатором - тербием Tb3+;
на фиг. 5 представлен спектр люминесценции диоксида циркония с плутонием 238Pu и двумя соактиваторами - тербием Tb3+и европием Eu3+;
на фиг. 6 приведена фотография самосвечения монолитной керамики, стабилизированной иттрием Y, из диоксида циркония ZrO2, легированной европием Eu3+ и тербием Tb3+, и допированной радиоизотопом плутония 238Pu.
Настоящий радиолюминесцентный источник оптического излучения (см. фиг. 1) включает защитный корпус 1, прозрачный для оптического излучения, в котором расположен радиолюминофор 2, выполненный из монолитной монофазной высокотемпературной кристаллической керамики на основе соединения циркония Zr, например, из ортосиликата циркония ZrSiO4 или из стабилизированного иттрием Y диоксида циркония ZO2. Радиолюминофор 2 допирован плутонием 238Pu с содержанием (0,01-0,10) мас. %, и легированной редкоземельным элементом, например, европием Eu3+с содержанием (0,3-3,0) мас. % или тербием Tb3+с содержанием (1-4) мас. %. Защитный корпус 1 снабжен крышкой 3 и может быть выполнен, например, из монокристаллического корунда Al2O3 или фианита (Zr,Y)O2.
Настоящий радиолюминесцентный источник оптического излучения изготавливают следующим образом.
Был проведен синтез таких самосветящихся соединений как ZrSiO4:Tb, Pu; ZrSiO4:Eu,Tb,Pu; (структура циркона, твердость по шкале Мооса - 7,5) и (Zr,Y)O2:Eu, Pu; (Zr,Y)O2:Eu,Tb,Pu (кубическая модификация, твердость по шкале Мооса - 8,0). Автономные радиолюминесцентные источники оптического излучения со структурой циркона были получены в виде монофазной керамики. Для синтеза керамики на основе циркона ZrSiO4 применяли золь-гель процесс с использованием нитратного общего раствора Zr, Eu, Tb, Pu и желирующего агента (источника кремния) в виде тетраэтоксисилана SiC8H20O4. После желирования раствора в течение 2 суток твердый гель подвергался сушки при 60°С в течение 6 часов, и далее прокаливался на воздухе при 600°С в течение 1 часа. Полученный материал перетирали в агатовой ступке, затем подвергали холодному прессованию. Отпрессованные таблетки спекали на воздухе при 1500°С в течение 3 часов. Рентгенофазовым анализом было подтверждено, что монофазные керамические таблетки соответствовали ортосиликату циркония. Получению высокотемпературной кубической модификации оксида циркония способствовала стабилизация этой структуры оксидом иттрия. Для гомогенного распределения в керамике из диоксида циркония всех вводимых компонентов применяли совместное осаждение их из раствора. Смешивали растворы цирконилнитрата ZrO(NO3)2 и нитратов иттрия и редких земель. Затем избытком гидроксида аммония из этого раствора осаждали осадок гидратированных гидратов циркония и активаторов. Осадок отфильтровывали, высушивали, спекали при 600°С, перетирали в агатовой ступке, затем подвергали холодному прессованию. Отпрессованные таблетки отжигали на воздухе при 1500°С в течение 6 часов. Рентгенофазовым анализом было подтверждено, что монофазные керамические таблетки соответствовали кубической модификации диоксида циркония. Во все керамические образцы 238Pu добавляли на стадии синтеза шихты совместно с редкоземельными активаторами (Eu, Tb). Работы с исходными плутонийсодержащими препаратами осуществляли в перчаточном боксе. Исследование состава синтезированных материалов проводили методом рентгеноспектрального микроанализа с использованием микроанализатора Camebax фирмы САМЕСА.
Пример 1. Были изготовлены самосветящиеся керамические таблетки циркона, в состав которого входили тербий и плутоний. Спектры самосвечения керамики на основе циркона ZrSiO4:Tb3+,Pu4+, ZrSiO4:Eu3+,Pu4+и керамики из диоксида циркония (Zr,Y)O2:Tb3+,Pu4+, (Zr,Y)O2:Eu3+,Pu4+регистрировали спектрометром на специальном оптическом стенде. Зависимость интенсивности самосвечения от концентрации активаторных ионов и плутония продемонстрирована на фиг. 2 и фиг. 3.
Пример 2. Для увеличения интенсивности люминесценции самосветящихся образцов использовали введение в эти люминофоры наряду с 238Pu не одного, а двух ионов-активаторов. Так, для усиления свечения в красной области спектра в шихту вводили одновременно ионы тербия Tb3+ и европия Eu3+. В данной паре тербий являлся сенсибилизатором для европия. В соактивированных образцах интенсивность люминесценции европия в 2 раза выше, чем в образцах, активированных одним европием. На фиг. 4 представлен спектр люминесценции циркона с плутонием и активатором - тербием, а на фиг. 5 спектр люминесценции диоксида циркония с плутонием и двумя соактиваторами - тербием Tb3+ и европием Eu3+. При оптимально подобранных соотношениях компонентов в оксиде циркония максимальное свечение наблюдается у европия, при этом тербия как примесного иона в спектре не наблюдается (фиг. 6). Во всех образцах с высоким световыходом достаточно было использовать такое количество радионуклида (238Pu), что какой-либо специально усиленной защиты от излучения не требовалось.
Claims (7)
1. Радиолюминесцентный источник оптического излучения, включающий защитный корпус, в котором размещен радиолюминофор, выполненный из монофазной высокотемпературной кристаллической керамики, легированной редкоземельным элементом и допированной плутонием 238Pu с содержанием (0,01-0,10) мас.%, отличающийся тем, что радиолюминофор выполнен из монолитной керамики на основе соединения циркония Zr, а защитный корпус выполнен прозрачным для оптического излучения.
2. Радиолюминесцентный источник по п. 1, отличающийся тем, что монофазная высокотемпературная кристаллическая керамика на основе соединения циркония выполнена из ортосиликата циркония ZrSiO4.
3. Радиолюминесцентный источник по п. 1, отличающийся тем, что монофазная высокотемпературная кристаллическая керамика на основе соединения циркония выполнена из стабилизированного иттрием Y диоксида циркония ZrO2.
4. Радиолюминесцентный источник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве редкоземельного элемента введен европий Eu3+.
5. Радиолюминесцентный источник по п. 4, отличающийся тем, что европий Eu3+ введен с содержанием (0,3-3,0) мас.%.
6. Радиолюминесцентный источник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве редкоземельного элемента введен тербий Tb3+.
7. Радиолюминесцентный источник по п. 6, отличающийся тем, что тербий Tb3+введен с содержанием (1-4) мас.%.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU214129U1 true RU214129U1 (ru) | 2022-10-12 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4962995A (en) * | 1989-06-16 | 1990-10-16 | Gte Laboratories Incorporated | Glasses for high efficiency erbium (3+) optical fiber lasers, amplifiers, and superluminescent sources |
| RU2351046C2 (ru) * | 2007-03-19 | 2009-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Люминесцентный источник оптического излучения с гребенчатым спектром |
| US8294023B2 (en) * | 2009-10-29 | 2012-10-23 | General Electric Company | Radioisotope power source |
| RU169881U1 (ru) * | 2016-06-20 | 2017-04-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Электросервис" | Радиоизотопный источник электрического питания |
| RU2694362C1 (ru) * | 2018-10-04 | 2019-07-12 | Евгений Михайлович Стельмахович | Способ преобразования ядерной энергии (энергии радиоактивного распада и/или деления атомных ядер и/или энергии термоядерных нейтронов) в электрическую энергию и устройство для его осуществления |
| RU207579U1 (ru) * | 2021-08-30 | 2021-11-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Радиоизотопный источник электрической энергии |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4962995A (en) * | 1989-06-16 | 1990-10-16 | Gte Laboratories Incorporated | Glasses for high efficiency erbium (3+) optical fiber lasers, amplifiers, and superluminescent sources |
| RU2351046C2 (ru) * | 2007-03-19 | 2009-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Люминесцентный источник оптического излучения с гребенчатым спектром |
| US8294023B2 (en) * | 2009-10-29 | 2012-10-23 | General Electric Company | Radioisotope power source |
| RU169881U1 (ru) * | 2016-06-20 | 2017-04-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Электросервис" | Радиоизотопный источник электрического питания |
| RU2694362C1 (ru) * | 2018-10-04 | 2019-07-12 | Евгений Михайлович Стельмахович | Способ преобразования ядерной энергии (энергии радиоактивного распада и/или деления атомных ядер и/или энергии термоядерных нейтронов) в электрическую энергию и устройство для его осуществления |
| RU207579U1 (ru) * | 2021-08-30 | 2021-11-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Радиоизотопный источник электрической энергии |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yanagida | Inorganic scintillating materials and scintillation detectors | |
| McGregor | Materials for gamma-ray spectrometers: inorganic scintillators | |
| US9279891B2 (en) | Transparent glass scintillators, methods of making same and devices using same | |
| Blasse | Scintillator materials | |
| KR102087857B1 (ko) | 발광 중심의 섬광 응답을 단축시키는 방법 및 단축된 섬광 응답을 갖는 신틸레이터 물질 | |
| US9121952B2 (en) | Scintillators and applications thereof | |
| Nieto | Present status and future trends in the development of thermoluminescent materials | |
| EP3592825B1 (en) | Garnet scintillator co-doped with monovalent ion | |
| Korzhik et al. | Towards effective indirect radioisotope energy converters with bright and radiation hard scintillators of (Gd, Y) 3Al2Ga3O12 family | |
| Nikl | Nanocomposite, ceramic, and thin film scintillators | |
| Mori et al. | Scintillation and optical properties of Ce-doped YAGG transparent ceramics | |
| CN106673639B (zh) | 共掺杂钇铝石榴石闪烁透明陶瓷及其制备方法 | |
| Zamoryanskaya et al. | Self-glowing crystals–radioactive decay energy converters into optical emission | |
| Kalinkin et al. | The role of defects in thermoluminescence of pure and rare-earth-doped magnesium tetraborate phosphor | |
| DE102007057886A1 (de) | Szintillator-Zusammensetzungen, enthaltend Cer- und Praseodym-Aktivatorionen und dazugehörige Verfahren und Gegenstände | |
| Vinodkumar et al. | Influence of interstitial UO22+ doping on the valence control of Eu and energy transfer to substitutional Eu3+ and Sm3+ in SrBPO5 | |
| CN108877983A (zh) | 一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源及制备方法 | |
| RU207579U1 (ru) | Радиоизотопный источник электрической энергии | |
| CN100412157C (zh) | 一种x射线激发的掺杂稀土离子的钨酸盐闪烁发光材料及其制备方法 | |
| Nikl et al. | Single-crystal scintillation materials | |
| CN118360058A (zh) | 一种钾冰晶石型稀土闪烁材料及其制备方法、探测设备 | |
| Sidorenko et al. | Storage properties of Ce 3+ doped haloborate phosphors enriched with B 10 isotope | |
| CN101591537A (zh) | 包含铈和镨活化剂离子的闪烁体组合物以及相关制造方法和制品 | |
| Li et al. | Scintillators | |
| RU2781041C1 (ru) | Сцинтилляционная композиция для регистрации нейтронов |