RU2264634C1

RU2264634C1 - Furnace for producing thermo-phosphor

Info

Publication number: RU2264634C1
Application number: RU2004108644/28A
Authority: RU
Inventors: Б.В. Шульгин (RU); Б.В. Шульгин; Т.С. Королева (RU); Т.С. Королева; А.Н. Черепанов (RU); А.Н. Черепанов; М.М. Кидибаев (RU); М.М. Кидибаев
Original assignee: ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-11-20
Also published as: RU2004108644A

Abstract

FIELD: production of phosphor.

SUBSTANCE: furnace has sodium fluoride, carbonic sodium and chlorous scandium with following ratio of components in molecular mass percents: chlorous scandium 0,1-0,6; carbonic sodium 0,003-0,01; sodium fluoride - the rest.

EFFECT: higher sensitivity in low working temperature zone (30-80K), lower costs.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области низкотемпературной дозиметрии заряженных частиц, в частности электронных пучков и пучков ионов водорода и гелия, включая космические пучки, а также дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения, особо для случаев низкотемпературной дозиметрии при определении дозозатрат элементов и устройств, изготовленных на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), работающих в полях ионизирующих излучений, в частности в установках термоядерного синтеза, и при контроле дозозатрат элементов и устройств космического базирования, в частности дозозатрат солнечных батарей космического развертывания от действия космических лучей.The invention relates to the field of low-temperature dosimetry of charged particles, in particular electron beams and beams of hydrogen and helium ions, including space beams, as well as x-ray and gamma radiation dosimetry, especially for cases of low-temperature dosimetry when determining the dose costs of elements and devices made on the basis of high-temperature superconductors (HTSC) operating in the fields of ionizing radiation, in particular in thermonuclear fusion plants, and in monitoring the dose-related costs of space elements and devices eskogo based, in particular solar cosmic dose rates of deployment of the action of cosmic rays.

Известна шихта для получения термолюминофора на основе фтористого кальция (Иванов В.И. Курс дозиметрии. М.: Атомиздат. 1970. 320 с.), для которого кривые высвечивания имеют три главных максимума при 70-100, 150-190 и 250-300°С. Термолюминофор, получаемый из известной шихты, пригоден для регистрации экспозиционных доз рентгеновского и гамма-излучения от 1 мР до 5000 Р с погрешностью ±2%. Однако рабочая температура дозиметрических измерений с использованием термолюминофора, получаемого из шихты на основе фтористого кальция, т.е. температура облучения этого термолюминофора высокая, она равна 20°С (293 К), т.е. термолюминофор, получаемый из известной шихты, непригоден для низкотемпературной (<80 К) дозиметрии. О возможности применения известного термолюминофора для дозиметрии пучков заряженных частиц информации нет.There is a known mixture for producing thermoluminophore based on calcium fluoride (Ivanov V.I. Dosimetry course. M: Atomizdat. 1970. 320 p.), For which the emission curves have three main maximums at 70-100, 150-190 and 250-300 ° C. A thermoluminophore obtained from a known charge is suitable for recording exposure doses of x-ray and gamma radiation from 1 mR to 5000 R with an error of ± 2%. However, the operating temperature of dosimetric measurements using a thermoluminophore obtained from a mixture based on calcium fluoride, i.e. the irradiation temperature of this thermoluminophore is high, it is equal to 20 ° C (293 K), i.e. a thermoluminophore obtained from a known charge is not suitable for low-temperature (<80 K) dosimetry. There is no information on the possibility of using the known thermoluminophore for dosimetry of charged particle beams.

Известна шихта для получения термолюминофора на основе фторида кальция, активированного марганцем (Иванов В.И. Курс дозиметрии. М.: Атомиздат. 1970. 320 с.). Получаемый из такой шихты термолюминофор имеет максимум термовысвечивания при 260°С (533 К). Спектр свечения имеет максимум при 500 нм. Однако получаемый из известной шихты термолюминофор CaF₂-Mn используется для персональной дозиметрии, осуществляемой при комнатной рабочей температуре облучения. Его нецелесообразно использовать при низких (<80 К) рабочих температурах облучения, он практически непригоден для низкотемпературной дозиметрии. О возможности применения известного термолюминофора CaF₂-Mn для дозиметрии пучков заряженных частиц информации нет.A known mixture for producing thermoluminophore based on calcium fluoride activated by manganese (Ivanov V.I. Dosimetry course. M.: Atomizdat. 1970. 320 p.). The thermoluminophore obtained from such a mixture has a thermal emission maximum at 260 ° C (533 K). The luminescence spectrum has a maximum at 500 nm. However, the thermoluminophore CaF ₂ -Mn obtained from the known charge is used for personal dosimetry carried out at room operating temperature. It is impractical to use at low (<80 K) operating irradiation temperatures; it is practically unsuitable for low-temperature dosimetry. There is no information on the possibility of using the known thermoluminophore CaF ₂ -Mn for dosimetry of charged particle beams.

Известна шихта для получения термолюминофора CaSO₄-Mn, который имеет простую кривую термовысвечивания с одним максимумом при 80-100°С (Иванов В.И. Курс дозиметрии. М.: Атомиздат. 1970. 320 с.). Диапазон измеряемых поглощенных доз рентгеновского и гамма-излучения до 10² Гр. Однако получаемый из известной шихты термолюминофор имеет комнатную рабочую температуру облучения, его нецелесообразно использовать при низких (<80 К) рабочих температурах облучения. Получаемый из известной шихты термолюминофор непригоден для низкотемпературной дозиметрии. О возможности применения известного термолюминофора для дозиметрии пучков заряженных частиц информации нет.A known mixture for producing a thermoluminophore CaSO ₄ -Mn, which has a simple thermal emission curve with one maximum at 80-100 ° C (Ivanov V.I. Dosimetry course. M .: Atomizdat. 1970. 320 p.). The range of measured absorbed doses of x-ray and gamma radiation up to 10 ² Gy. However, a thermoluminophore obtained from a known charge has a room operating temperature of irradiation; it is not practical to use it at low (<80 K) operating temperatures of irradiation. The thermoluminophore obtained from a known charge is not suitable for low-temperature dosimetry. There is no information about the possibility of using the known thermoluminophore for dosimetry of charged particle beams.

Известна шихта для получения термолюминофора, пригодного для дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения, на основе LiF-Na (Непомнящих А.И., Раджабов Е.А., Егранов А.В. Центры окраски и люминесценция кристаллов LiF. Наука, Новосибирск, 1984, 112 с.), который имеет низкотемпературный пик при 107-115 К, обусловленный разрушением H_A(Na)-центров окраски. Эти центры окраски наблюдаются также в кристаллах LiF-Mg, Na и не образуются в чистых кристаллах LiF и в кристаллах, легированных магнием LiF-Mn, что доказывает их связь с примесью натрия во фториде лития. Однако рабочий термопик расположен при недостаточно низкой температуре, интенсивность пика термолюминесценции при 107-115 К и соответственно чувствительность вышеназванных термолюминофоров, получаемых из известной шихты, при низкотемпературных дозиметрических измерениях невелика. О возможности применения известного термолюминофора для дозиметрии пучков заряженных частиц информации нет.A known mixture for producing a thermoluminophore suitable for dosimetry of x-ray and gamma radiation based on LiF-Na (Nepomnyashchikh A.I., Radzhabov E.A., Egranov A.V. Color centers and luminescence of LiF crystals. Nauka, Novosibirsk, 1984 , 112 pp.), Which has a low-temperature peak at 107-115 K, due to the destruction of H _A (Na) -centers of color. These color centers are also observed in LiF-Mg, Na crystals and do not form in pure LiF crystals and in crystals doped with magnesium LiF-Mn, which proves their relationship with an admixture of sodium in lithium fluoride. However, the working thermopik is located at a temperature that is not low enough, the intensity of the thermoluminescence peak at 107-115 K and, accordingly, the sensitivity of the above-mentioned thermoluminophores obtained from the known charge is low during low temperature dosimetric measurements. There is no information about the possibility of using the known thermoluminophore for dosimetry of charged particle beams.

Известна также шихта для получения термолюминофора на основе LiF-Mg, Ti (ДТГ-4) (Непомнящих А.И., Раджабов Е.А., Егранов А.В. Центры окраски и люминесценция кристаллов LiF. Наука, Новосибирск, 1984, 112 с.), пригодная для дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения. Такой термолюминофор имеет низкотемпературный пик термолюминесценции при 140 К. Однако рабочий пик термолюминофора расположен при недостаточно низкой температуре, требуемой для решения задач низкотемпературной дозиметрии. О возможности применения известного термолюминофора для дозиметрии пучков заряженных частиц информации нет.A mixture is also known for producing thermoluminophores based on LiF-Mg, Ti (DTG-4) (Nepomnyashchikh A.I., Radjabov E.A., Egranov A.V. Color centers and luminescence of LiF crystals. Nauka, Novosibirsk, 1984, 112 C.), suitable for dosimetry of x-ray and gamma radiation. Such a thermoluminophore has a low-temperature peak of thermoluminescence at 140 K. However, the working peak of a thermoluminophore is located at an insufficiently low temperature required to solve the problems of low-temperature dosimetry. There is no information on the possibility of using the known thermoluminophore for dosimetry of charged particle beams.

Известна шихта для получения термолюминофора на основе фторида лития LiF-Mg (ТЛД-100) (Cooke D.W., Rhodes J.F. J. Appl. Pfys 1981, v.52 (6), p.4244-4247.), который имеет низкотемпературные пики термолюминесценции при 20, 40, 60 и 138 К. Однако интенсивность этих низкотемпературных пиков невысока, их использование неэффективно для низкотемпературной дозиметрии, поскольку основным рабочим пиком термолюминофора ТЛД-100 является высокотемпературный пик при 385 К. О возможности применения известного термолюминофора для дозиметрии пучков заряженных частиц информации нет.A known mixture for producing thermoluminophore based on lithium fluoride LiF-Mg (TLD-100) (Cooke DW, Rhodes JFJ Appl. Pfys 1981, v.52 (6), p.4244-4247.), Which has low temperature peaks of thermoluminescence at 20 , 40, 60, and 138 K. However, the intensity of these low-temperature peaks is low, their use is ineffective for low-temperature dosimetry, since the main working peak of the TLD-100 thermoluminophore is the high-temperature peak at 385 K. There is no information on the possibility of using the known thermoluminophore for dosimetry of charged particle beams.

Наиболее близкой по составу к заявляемой является шихта для получения рабочих веществ для детектирования излучения на основе фторида натрия, имеющая состав (мол.%): фторид натрия - 0,99; фторид скандия - 0,01 (А.Н.Черепанов, Б.В.Шульгин и др. Эволюция агрегатных центров свечения кристаллов (Li,Na)F под действием радиации. В сборнике Проблемы спектроскопии и спектрометрии. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2003, выпуск 12. с.27-3 8). Получаемые из известной шихты радиационно-чувствительные рабочие вещества обладают под действием пучков ионов гелия He⁺ (энергия 3.0 МэВ, ток пучка 7 мкА) яркой ионолюминесценцией с максимумами свечения в областях 415 и 600 нм. Этот состав NaF - 0.1% Sc известен в качестве детектора электронных и ионных пучков с обычной и фотодиодной регистрацией. Однако сведений о возможном применении известной шихты для получения термолюминофора, пригодного для низкотемпературной дозиметрии, не имеется, какие-либо сведения о низкотемпературных пиках термостимулированной люминесценции этого состава отсутствуют.The closest in composition to the claimed is a mixture to obtain working substances for the detection of radiation based on sodium fluoride, having the composition (mol.%): Sodium fluoride - 0.99; scandium fluoride - 0.01 (A.N. Cherepanov, B.V. Shulgin et al. Evolution of aggregate centers of luminescence of crystals (Li, Na) F under the influence of radiation. In the collection Problems of spectroscopy and spectrometry. Ekaterinburg, UGTU-UPI, 2003 Issue 12. p. 27-3 8). Radiation-sensitive working substances obtained from a known charge exhibit bright ionoluminescence with luminescence maxima in the regions of 415 and 600 nm under the influence of He ⁺ He ⁺ ion beams (energy 3.0 MeV, beam current 7 μA). This composition of NaF - 0.1% Sc is known as a detector of electron and ion beams with conventional and photodiode detection. However, there is no information on the possible use of the known charge for producing a thermoluminophore suitable for low-temperature dosimetry; there is no information on the low-temperature peaks of thermally stimulated luminescence of this composition.

Общим для всех известных аналогов и прототипа является то, что приготовленные из известных шихт термолюминофоры (включая эталонные ТЛД-100 и ДТГ-4), даже обладая достаточно интенсивными пиками ТСЛ, либо не имеют низкотемпературных термопиков (<80 К), либо имеют, такие, например, как ТЛД-100, но с очень низкой интенсивностью. Термопики при 107-115, 125, 138-140 или 200-205 К не являются низкотемпературными, что требует увеличения времени и энергозатрат для разогрева термолюминофоров от рабочей температуры (78 К или более низкой, температуры соответствующей режиму их базирования в космическом пространстве) до температуры съема дозиметрической информации. Для известных термолюминофоров температура съема дозиметрической информации должна быть хотя бы на 10 К выше температуры рабочего термопика, то есть более 120 К, что создает проблемы, связанные с возможным (из-за высоких температур разогрева) нарушением функционирования ВТСП устройств, если термолюминофоры как детекторы сопровождения расположены в непосредственной близости от них.Common to all known analogues and prototype is that thermoluminophores prepared from known blends (including reference TLD-100 and DTG-4), even having sufficiently intense TSL peaks, either do not have low-temperature thermopics (<80 K), or they have such , for example, as TLD-100, but with a very low intensity. Thermopics at 107-115, 125, 138-140 or 200-205 K are not low-temperature, which requires an increase in time and energy consumption for heating thermoluminophores from the operating temperature (78 K or lower, the temperature corresponding to the mode of their base in outer space) to the temperature removal of dosimetric information. For well-known thermoluminophors, the temperature of the readout of dosimetric information should be at least 10 K higher than the temperature of the working thermopik, i.e. more than 120 K, which creates problems associated with the possible (due to high heating temperatures) disruption of the functioning of HTSC devices if thermoluminophors are tracking detectors located in close proximity to them.

Предлагаемая шихта для получения термолюминофора решает эти проблемы, поскольку получаемые из нее термолюминофоры имеют низкотемпературные термопики. В предлагаемую шихту на основе фторида натрия, содержащую хлористый скандий, дополнительно вводят углекислый натрий, так что шихта имеет состав (мол.%):The proposed mixture for producing thermoluminophores solves these problems, since thermoluminophores obtained from it have low temperature thermopics. In the proposed mixture based on sodium fluoride containing scandium chloride, sodium carbonate is additionally introduced, so that the mixture has the composition (mol.%):

хлористый скандийscandium chloride 0,1-0,60.1-0.6 углекислый натрийsodium carbonate 0,003-0,01;0.003-0.01; фторид натрияsodium fluoride остальное.rest.

Получаемый из предложенной шихты термолюминофор после облучения пучками ионов гелия или водорода до флюенсов 5·10¹⁵ см^-2, а также после облучения рентгеновским или гамма-излучением, или после облучения импульсным электронным пучком до доз 10³ Гр, обладает достаточно интенсивным низкотемпературным термовысвечиванием в области 30-150 К с максимумами при ~50 и 80 К. Имеется также более высокотемпературный пик ТСЛ при 190 К, который при низкотемпературной дозиметрии не является рабочим термопиком. Кривые ТСЛ термолюминофора, полученного из предлагаемой шихты, приведены на фиг.1, кривая 1 в сравнении с кривыми ТСЛ для других составов NaF-U, 0.01 Cu (флюенс до 5·10¹⁵ см^-2), кривая 2, и LiF - 0.1 Zn (флюенс до 2.5·10¹⁴ см^-2), кривая 3, у которых интенсивность ТСЛ в области 30-100 К в 3-6 раз ниже.The thermoluminophore obtained from the proposed charge after irradiation with helium or hydrogen ion beams to fluences of 5 · 10 ¹⁵ cm ^-2 , and also after irradiation with x-ray or gamma radiation, or after irradiation with a pulsed electron beam to doses of 10 ³ Gy, has a fairly intense low-temperature thermal emission in regions of 30-150 K with maxima at ~ 50 and 80 K. There is also a higher-temperature TSL peak at 190 K, which is not a working thermo peak at low-temperature dosimetry. The TSL curves of the thermoluminophore obtained from the proposed mixture are shown in Fig. 1, curve 1 in comparison with the TSL curves for other compositions of NaF-U, 0.01 Cu (fluence up to 5 · 10 ¹⁵ cm ^-2 ), curve 2, and LiF - 0.1 Zn (fluence up to 2.5 · 10 ¹⁴ cm ^-2 ), curve 3, in which the TSL intensity in the region of 30-100 K is 3-6 times lower.

Спектр ионолюминесценции полученного термолюминофора имеет два характерных максимума: один при 400-415 нм (обусловлен электронно-дырочными дефектами решетки) и 600 нм (обусловлен примесью Sc) и слабый максимум при 650-660 нм (полоса свечения F₂-центров окраски, обнаруживаемая при разложении спектра ТСЛ на составляющие). Такая особенность спектра свечения представляется уникальной. Она позволяет использовать для считывания дозиметрической информации как фотоприемники (фотоэлектронные умножители - ФЭУ) на сурьмяно-цезиевой основе с максимумом чувствительности в области 400-420 нм (почти стопроцентное совпадение с положением первого максимума свечения), так и на основе мультищелочных фотоприемников с максимальной чувствительностью в области 500-600 нм. Наличие полос свечения с максимумами в красной области спектра 600 и 650 нм, неплохо согласующихся с областью чувствительности фотодиодов, позволяет на базе предлагаемой шихты и получаемых из нее термолюминофоров изготавливать компактные ТЛД-детекторы с фотодиодной (PIN-структуры) регистрацией.The ion luminescence spectrum of the obtained thermoluminophore has two characteristic maxima: one at 400–415 nm (due to electron – hole lattice defects) and 600 nm (due to an Sc impurity) and a weak maximum at 650–660 nm (luminescence band of F ₂ color centers detected at decomposition of the TSL spectrum into components). This feature of the emission spectrum seems unique. It makes it possible to use for reading dosimetric information both photodetectors (photomultiplier tubes - PMTs) on an antimony-cesium base with a maximum sensitivity in the region of 400-420 nm (almost one hundred percent coincidence with the position of the first maximum of the glow), and based on multi-alkaline photodetectors with a maximum sensitivity in areas of 500-600 nm. The presence of luminescence bands with maxima in the red spectral region of 600 and 650 nm, which are in good agreement with the sensitivity region of photodiodes, makes it possible to produce compact TLD detectors with photodiode (PIN structure) detection based on the proposed mixture and thermoluminophores obtained from it.

Рабочая температура предлагаемого термолюминофора не превышает 78-80 К, что соответствует температуре функционирования высокотемпературных сверхпроводников, а также элементов и устройств на их основе. Требуемые энергозатраты для получения дозиметрической информации путем термонагрева предлагаемого термолюминофора в полтора-два раза меньше, чем для всех известных аналогов, включая прототип.The operating temperature of the proposed thermoluminophore does not exceed 78-80 K, which corresponds to the functioning temperature of high-temperature superconductors, as well as elements and devices based on them. The required energy consumption for obtaining dosimetric information by thermal heating of the proposed thermoluminophore is one and a half to two times less than for all known analogues, including the prototype.

Пример 1. Из шихты, состоящей из фторида натрия с добавкой 0,3% хлористого скандия и 0,005% углекислого натрия (все реактивы марки о.с.ч.), выращивают методом Киропулоса на воздухе в платиновом тигле кристалл термолюминофора и охлаждают до комнатной температуры вместе с печью. Из полученной кристаллической були выкалывают образцы термолюминофора размерами 5×5×1 мм. Образцы, полученные путем выкалывания из були, отжигаются при температуре 200°С. После отжига один из образцов помещают в специальную камеру с криостатом, охлаждают до температуры, близкой к температуре жидкого гелия, облучают с помощью рентгеновской установки (W-антикатод, 55 кВ, ток 12 мА) до доз 0,1÷10 Гр или облучают пучком ионов Не⁺ (3 МэВ) до флюенса 5·10¹²÷5·10¹⁵ см^-2. При нагревании облученного образца с постоянной скоростью 1,0 К·с^-1 зарегистрирована кривая термолюминесценции с широким термопиком в области 30-150 К с максимумами при 50 и 80 К, фиг.1. Как видно из фиг.1, интенсивность термовысвечивания в области 50-100 К в десятки раз превышает такую для всех аналогов, включая ТЛД-100 (у многих аналогов термопиков в этой области вообще не наблюдается), она достаточна для регистрации доз электронного, рентгеновского и гамма-излучения на уровне 0,01 Гр и выше, а при регистрации пучков ионов достаточна для регистрации флюенсов на уровне 5·10¹²-5·10¹⁵ см^-2.Example 1. From a mixture consisting of sodium fluoride with the addition of 0.3% scandium chloride and 0.005% sodium carbonate (all reagents of the r.h.h. grade), a thermoluminophore crystal is grown in the platinum crucible by the method of Kyropoulos and cooled to room temperature along with the stove. Samples of thermoluminophore 5 × 5 × 1 mm in size are punctured from the obtained crystalline boule. Samples obtained by puncturing from boules are annealed at a temperature of 200 ° C. After annealing, one of the samples is placed in a special chamber with a cryostat, cooled to a temperature close to the temperature of liquid helium, irradiated with an X-ray system (W-cathode, 55 kV, current 12 mA) to doses of 0.1 ÷ 10 Gy or irradiated with a beam He ⁺ ions (3 MeV) to a fluence of 5 · 10 ¹² ÷ 5 · 10 ¹⁵ cm ^-2 . When heating the irradiated sample with a constant speed of 1.0 K · s ^-1 , a thermoluminescence curve was recorded with a wide thermal peak in the region of 30-150 K with peaks at 50 and 80 K, FIG. As can be seen from figure 1, the intensity of thermal emission in the region of 50-100 K is ten times higher than that for all analogs, including TLD-100 (many analogs of thermopikes are not observed in this region at all), it is sufficient to record doses of electronic, x-ray and gamma radiation at a level of 0.01 Gy and above, and when registering ion beams, it is sufficient to register fluences at a level of 5 · 10 ¹² -5 · 10 ¹⁵ cm ^-2 .

Если принять, что рабочей температурой облучения должна быть 15-30 К (космос) или 78 К, то в сравнении с аналогами, требующими нагрева до 125, 205 или даже 400 К, термолюминофор, получаемый из предлагаемой шихты, требующий нагрева лишь до 80-90 К, характеризуется гораздо меньшим временем съема дозиметрической информации. Например, при скорости нагрева 1,0 К·с^-1 от 30 К аналоги требуют (125-30)/1,0=95 с или (205-30)/1,0=175 с, тогда как предлагаемая шихта обеспечивает время обработки информации (40÷80-30)/1,0=10÷50 с, то есть на полпорядка-порядок меньше, соответственно и требуемые энергозатраты будут на полпорядка-порядок меньше.If we accept that the working temperature of the irradiation should be 15-30 K (space) or 78 K, then in comparison with analogs that require heating to 125, 205 or even 400 K, a thermoluminophore obtained from the proposed charge, requiring heating only to 80- 90 K, characterized by a much shorter time of removal of dosimetric information. For example, at a heating rate of 1.0 K · s ^-1 from 30 K, analogues require (125-30) / 1.0 = 95 s or (205-30) / 1.0 = 175 s, whereas the proposed charge provides time information processing (40 ÷ 80-30) / 1,0 = 10 ÷ 50 s, that is, half an order of magnitude less, respectively, and the required energy consumption will be half an order of magnitude less.

Пример 2. Из шихты, состоящей из фторида натрия с добавкой 0,1% хлористого скандия и 0,003% углекислого натрия (все реактивы марки о.с.ч.), выращивают методом Киропулоса на воздухе в платиновом тигле кристалл термолюминофора и охлаждают до комнатной температуры вместе с печью. Из полученной кристаллической були получают образцы путем выкалывания. Образцы имеют размеры 5×5×1 мм. Затем образцы, полученные путем выкалывания из були, отжигают при температуре 200°С. После отжига один из образцов помещают в специальную камеру с криостатом, охлаждают до температуры, близкой к температуре жидкого гелия, облучают с помощью рентгеновской установки (W-антикатод, 55 кВ, ток 12 мА) до доз 0,1÷10 Гр или облучают пучком ионов He⁺ (3 МэВ) до флюенса 5·10¹²÷5·10¹⁵ см^-2. При нагревании облученного образца с постоянной скоростью 1,0 К·с^-1 зарегистрирована кривая термовысвечивания с широким термопиком в области 30-150 К с максимумами при 50 и 80 К, однако по сравнению с примером 1 интенсивность термовысвечивания в области 50-100 К снизилась на 8-10%, а интенсивность более высокотемпературного пика ТСЛ выросла на 5%. Получаемый из предлагаемой шихты термолюминофор обладает такими же короткими временами съема (несколько секунд) дозиметрической информации, как и в примере 1, хотя и при меньшей (на 8-10%) чувствительности.Example 2. From a charge consisting of sodium fluoride with the addition of 0.1% scandium chloride and 0.003% sodium carbonate (all reagents of the r.h.h. grade), a thermoluminophore crystal is grown in the platinum crucible by the method of Kyropoulos and cooled to room temperature along with the stove. From the obtained crystalline boules, samples are obtained by puncturing. Samples have dimensions 5 × 5 × 1 mm. Then, the samples obtained by puncturing from boules are annealed at a temperature of 200 ° C. After annealing, one of the samples is placed in a special chamber with a cryostat, cooled to a temperature close to the temperature of liquid helium, irradiated with an X-ray system (W-cathode, 55 kV, current 12 mA) to doses of 0.1 ÷ 10 Gy or irradiated with a beam He ⁺ ions (3 MeV) to a fluence of 5 · 10 ¹² ÷ 5 · 10 ¹⁵ cm ^-2 . Upon heating of the irradiated sample with a constant rate of 1.0 s ^-1 · K registered thermoluminescence curve with a wide thermal spike in 30-150 K with peaks at 50 and 80 K, however, in comparison with Example 1 in the thermoluminescence intensity 50-100 decreased K by 8-10%, and the intensity of the higher-temperature peak TSL increased by 5%. The thermoluminophore obtained from the proposed charge has the same short removal times (several seconds) of dosimetric information as in Example 1, although at a lower (by 8-10%) sensitivity.

Пример 3. Из шихты, состоящей из фторида натрия с добавками 0,6% хлористого скандия и 0,01% углекислого натрия (все реактивы марки о.с.ч.), выращивают методом Киропулоса на воздухе в платиновом тигле кристалл термолюминофора и охлаждают до комнатной температуры вместе с печью. Из полученной кристаллической були получают образцы путем выкалывания из выращенной були. Образцы имеют размеры 5×5×1 мм. Затем образцы отжигаются при температуре 200°С. Далее один из образцов помещают в специальную камеру с криостатом, охлаждают до температуры, близкой к температуре жидкого гелия, облучают с помощью рентгеновской установки (W-антикатод, 55 кВ, ток 12 мА) до доз 0,1÷10 Гр или облучают пучком ионов Не⁺ (3 МэВ) до флюенса 5·10¹²÷5·10^-5 см^-2. При нагревании облученного образца с постоянной скоростью 1,0 К·с^-1 зарегистрирована кривая термовысвечивания с широким гермопиком в области 30-150 К с максимумами при 50 и 80 К, однако при этом происходит перераспределение запасенной светосуммы в пользу более высокотемпературных светопиков 125 и 190 К, так что интенсивность термовысвечивания в области 50-100 К снизилась на 7-8%. Получаемый из предлагаемой шихты термолюминофор обладает такими же быстрыми временами съема дозиметрической информации, как и в примере 1, хотя и при меньшей (на 7-8%) чувствительности.Example 3. From a mixture consisting of sodium fluoride with the addition of 0.6% scandium chloride and 0.01% sodium carbonate (all reagents of the o.s.ch. brand), a thermoluminophore crystal is grown in the platinum crucible by the method of Kyropoulos and cooled to room temperature with the oven. Samples are obtained from the obtained crystalline boule by gouging from the grown boule. Samples have dimensions 5 × 5 × 1 mm. Then the samples are annealed at a temperature of 200 ° C. Next, one of the samples is placed in a special chamber with a cryostat, cooled to a temperature close to the temperature of liquid helium, irradiated with an X-ray system (W-cathode, 55 kV, current 12 mA) to doses of 0.1 ÷ 10 Gy or irradiated with an ion beam Not ⁺ (3 MeV) to a fluence of 5 · 10 ¹² ÷ 5 · 10 ^-5 cm ^-2 . When the irradiated sample was heated at a constant speed of 1.0 K · s ^-1 , a thermal emission curve was recorded with a wide heropic peak in the region of 30-150 K with peaks at 50 and 80 K, however, the stored light sum was redistributed in favor of higher-temperature light paths 125 and 190 K, so that the intensity of thermal emission in the region of 50-100 K decreased by 7-8%. Obtained from the proposed mixture thermoluminophore has the same fast removal times of dosimetric information as in example 1, although at a lower (7-8%) sensitivity.

Свойства других термолюминофоров, полученных из шихты с граничными концентрациями углекислого натрия, ниже 0,003 мол.% или выше 0,01 мол.%, а хлористого скандия ниже 0,1 мол.% или выше 0,6 мол.%, уступают свойства термолюминофоров, полученных из предлагаемой шихты. Так повышенное содержание углекислого натрия в шихте, например 0,025 мол.%, обеспечивающего формирование кислородосодержащих центров захвата и приводит к значительному (до 30%) снижению интенсивности низкотемпературных пиков ТСЛ в области 30-120 К и соответственно к увеличению погрешности измерений. Пониженное содержание углекислого натрия (например 0,001 мол.%) также приводит к снижению интенсивности рабочего пика в области 30-120 К из-за снижения концентрации сложных кислородосодержащих центров свечения, оказывающих существенное влияние на выход ТСЛ.The properties of other thermoluminophors obtained from a mixture with boundary concentrations of sodium carbonate are below 0.003 mol% or above 0.01 mol%, and scandium chloride below 0.1 mol% or above 0.6 mol% are inferior to the properties of thermoluminophores, obtained from the proposed mixture. Thus, the increased content of sodium carbonate in the mixture, for example, 0.025 mol.%, Which provides the formation of oxygen-containing capture centers and leads to a significant (up to 30%) decrease in the intensity of low-temperature TSL peaks in the range of 30-120 K and, accordingly, to an increase in the measurement error. A reduced content of sodium carbonate (for example, 0.001 mol.%) Also leads to a decrease in the intensity of the working peak in the region of 30-120 K due to a decrease in the concentration of complex oxygen-containing glow centers, which have a significant effect on the TSL yield.

При пониженном <0,1 мол.% или повышенном >0,6 мол.% содержания хлорида скандия в шихте интенсивность низкотемпературных термопиков уменьшается на 15-35%, что не позволяет проводить низкотемпературные измерения дозы электронного или гамма-излучения или флюенса заряженных частиц (гелия или водорода) с достаточно высокой чувствительностью.With a reduced <0.1 mol% or increased> 0.6 mol% of the content of scandium chloride in the charge, the intensity of low-temperature thermopiks decreases by 15-35%, which does not allow low-temperature measurements of the dose of electron or gamma radiation or fluence of charged particles ( helium or hydrogen) with a fairly high sensitivity.

Дополнительным преимуществом получаемого из предлагаемой шихты термолюминофора является его повышенная эффективность регистрации бета-излучения и электронных пучков из-за невысокого эффективного атомного номера Z_эфф=10,2 и соответственно из-за пониженных значений альбедо.An additional advantage of the thermoluminophore obtained from the proposed mixture is its increased detection efficiency of beta radiation and electron beams due to the low effective atomic number Z _eff = 10.2 and, accordingly, due to lower albedo values.

Достоинством предлагаемой шихты для получения термолюминофора является наличие достаточно интенсивного низкотемпературного пика ТСЛ при 30-80 К. Такие термолюминофоры можно использовать в качестве детекторов сопровождения устройств на базе высокотемпературных сверхпроводников, работающих при температуре жидкого азота в полях ионизирующих излучений для определения дозозатрат от гамма и электронного излучения, а также ионных пучков.The advantage of the proposed mixture for thermoluminophore is the presence of a sufficiently intense low-temperature peak TSL at 30-80 K. Such thermoluminophores can be used as detectors for tracking devices based on high-temperature superconductors operating at a temperature of liquid nitrogen in the fields of ionizing radiation to determine dose rates from gamma and electron radiation as well as ion beams.

Claims

A mixture for producing a thermoluminophore containing sodium fluoride and scandium, characterized in that it contains scandium in the form of scandium chloride and additionally contains sodium carbonate in the following ratio of components, mol.%:

Scandium chloride 0.1-0.6 Sodium carbonate 0.003-0.01 Sodium fluoride Rest