RU2449316C2 - Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии - Google Patents
Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449316C2 RU2449316C2 RU2010122939/28A RU2010122939A RU2449316C2 RU 2449316 C2 RU2449316 C2 RU 2449316C2 RU 2010122939/28 A RU2010122939/28 A RU 2010122939/28A RU 2010122939 A RU2010122939 A RU 2010122939A RU 2449316 C2 RU2449316 C2 RU 2449316C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dosimetry
- exoelectronic
- srf
- working substance
- thermoexoelectronic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области дозиметрии электронного излучения и может быть пригодно для персональной дозиметрии операторов, обслуживающих комплексы радиационного контроля при мониторинге территорий, акваторий и зон захоронения радиоактивных отходов, а также для лиц, работающих с излучением в медицинских радиологических центрах и в лабораториях ускорительной техники. Сущность изобретения заключается в том, что рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения на основе фторида стронция с добавкой фторида тербия дополнительно содержит фторид диспрозия и имеет состав, ат.%: SrF2 99,5-99,8; TbF3 0,1-0,2; DyF3 0,1-0,3. Технический результат -увеличение выхода экзоэлектронной эмиссии в рабочем пике термостимулированной экзоэлектронной эмиссии, расширение диапазона линейной зависимости выхода термоэкзоэлектронной эмиссии от флюенса импульсных пучков электронов до значений 108-1014 см-2. 2 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к области дозиметрии электронного излучения и может быть пригодно для персональной дозиметрии операторов, обслуживающих комплексы радиационного контроля при мониторинге территорий, акваторий и зон захоронения радиоактивных отходов, а также для лиц, работающих с излучением в медицинских радиологических центрах и в лабораториях ускорительной техники.
Известно рабочее вещество для термоэкзоэлектронной (ТЭЭ) дозиметрии рентгеновского излучения (А.с. 723470 СССР) на основе ванадата кальция Са3(VO4)2. Рабочее вещество на основе ванадата кальция имеет пики термостимулированной экзоэлектронной эмиссии (ТСЭЭ) при 497-507°C. Оно обеспечивает измерение доз рентгеновского излучения до 105 Гр (107 рад). Однако известное рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии имеет рабочие пики термостимулированной экзоэлектронной эмиссии ТСЭЭ, расположенные при весьма высокой температуре ~500°C, что увеличивает время съема дозиметрической информации и предъявляет очень высокие требования к надежности ТЭЭ-дозиметрической аппаратуры и, кроме того, известное рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии не применялось для регистрации электронного излучения.
Известно рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии для регистрации электронного излучения на основе LiF (Kramer J., Angew J. // Phys. 1966. Bd.20. №5. P.411.; Слесарев А.И. [и др.] // Письма в ЖТФ. 2000. Т.26, вып.9. С.60-64). Оно имеет пик ТСЭЭ при 210°C по Крамеру, а по Слесареву при 90, 126, 148, 270, 337 и 464°C. Оно пригодно для индивидуальной дозиметрии, поскольку Zэф фторида лития близок к Zэф биологической ткани. Однако интенсивность пиков ТСЭЭ рабочего вещества на основе LiF и соответственно чувствительность ТЭЭ детектора на его основе невысока.
Известно рабочее вещество для термозкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения на основе объемных, волоконных и наноразмерных кристаллов NaF (A.H.Черепанов, В.Ю.Иванов, Т.С.Королева, Б.В.Шульгин. Люминесценция объемных, волоконных и наноразмерных кристаллов LiF и NaF. Екатеринбург. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 304 с.). Однако известное рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии на основе NaF имеет множество пиков ТСЭЭ в области от 80 до 430°C, что затрудняет выбор оптимального рабочего пика ТСЭЭ, имеет недостаточно высокий выход термоэкзоэлектронной эмиссии, а также недостаточно широкий диапазон линейной зависимости выхода термоэкзоэлектронной эмиссии от флюенсов электронов, который составляет 108-1012 см-2.
Известно рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии гамма- и электронного излучений на основе нитрида алюминия с добавкой оксида иттрия при следующем соотношении компонентов (объемные %): AlN 97-98; Y2O3 2-3 (Слесарев А.И., Шульгин Б.В. Патент RU 2282212, МПК G01T 1/20, 3/06. Заявл. 04.05.2005, опубл. 20.08.2008. Бюл. №23). Позиции пиков ТСЭЭ и их интенсивность приведены в табл.1.
Таблица 1 | ||
Характеристики рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии, имеющего состав, об.%: AlN - 98, Y2O3 - 2 | ||
Tm, °C | Iэкз, имп/сек | Е, эВ |
282 | 1070 | 1,725 |
174 | 500 | 1,724 |
151,4 | 1640 | 1,222 |
107,9 | 3100 | 1,124 |
78,5 | 1725 | 0,756 |
Недостатком известного рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии на основе нитрида алюминия является низкая интенсивность основного рабочего пика ТСЭЭ - 3100 имп/сек (таблица 1) и соответственно невысокий выход термоэкзоэлектронной эмиссии, и, как следствие, невысокая чувствительность ТЭЭ детектора на основе такого рабочего вещества. Кроме того, линейный диапазон флюенсов электронов, измеряемых с помощью известного рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии на основе нитрида алюминия, невелик, - он составляет 108-1012 см-2.
Известно рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения (Слесарев А.И., Иванов В.Ю., Ищенко А.В., Черепанов А.Н., Шульгин Б.В., Чепкасова А.В., Кобаяши М. Патент RU 2331086, МПК G01T 1/20, 3/06. Заявл. 09.04.2007, опубл. 10.08.2008. Бюл. №22), которое имеет состав (мол.%):
Gd2SiO5 - 97,0-99,9;
Ce2O3 - 0,1-0,3.
Основной рабочий пик ТЭЭ рабочего вещества для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронных пучков с флюенсом от 1010 до 1013 см-2 находится при температуре 48°C, табл.2. При флюенсах 1013-1015 см-2 основной рабочий пик ТЭЭ имеет более высокую интенсивность и смещается в область температур 75-79°C.
Таблица 2 | |||
Характеристики рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии на основе Gd2SiO5-Се | |||
Флюенс электронов 1013 см-2 | Флюенс электронов 1014 см-2 | ||
Tm, °C | IТЭЭ, имп/сек | Tm, °C | IТЭЭ, имп/сек |
48 | 8000 | 55 | 7650 |
75-79 | 4000 | 75-79 | 9500 |
120 | 2300 | 120 | 2100 |
- | - | 155 | 4000 |
Однако даже при высоком флюенсе 1014 см-2 интенсивность пиков ТСЭЭ, IТЭЭ, невысока, и, как видно из табл.2, она не превышает 9500 имп/с. То-есть известное рабочее вещество обладает недостаточно высоким выходом термоэкзоэлектронной эмиссии в пиках ТСЭЭ, поэтому ТЭЭ детектор электронного излучения, создаваемый на базе кристаллов Gd2SiO5-Се, обладает невысокой чувствительностью.
Из всех известных рабочих веществ для ТЭЭ дозиметрии наиболее близким по составу к заявляемому является рабочее вещество на основе фторида стронция SrF2:Tb (Слесарев А.И., Дерстуганов А.Ю. Термостимулированная экзоэлектронная эмиссия кристаллов SrF2 и SrF2:Tb. // Межвузовский сборник научных трудов «Проблемы спектроскопии и спектрометрии» УГТУ-УПИ, 2010, вып.26. с.177-179). Параметры пиков ТСЭЭ для кристаллов SrF2:Tb, облученных импульсным пучком электронов (флюенс 1012 см-2), полученные при нагреве образцов со скоростью 0,3 К/с, приведены в табл.3.
Как видно из табл.3, наиболее интенсивные пики ТСЭЭ для кристаллов SrF2:Tb находятся при 115°C и 93°C. Более высокий выход экзоэлектронной эмиссии, - на уровне 4,215*104 имп/с, наблюдается для рабочего пика ТСЭЭ при 93°C.
Таблица 3 | |||
Характеристики рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии на основе кристаллов SrF2:Tb | |||
Кристалл | Номер пика | Tmax, °C | IТЭЭ, имп/сек |
SrF2:Tb | |||
I | 56 | 2439 | |
II | 93 | 42146 | |
III | 216 | 3377 |
Однако известное рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии на основе кристаллов SrF2:Tb в сравнении с рядом других рабочих веществ имеет невысокую интенсивность рабочего пика ТСЭЭ. Она не превышает 4,2·104 мп/с, то есть известное рабочее вещество для ТЭЭ дозиметрии обладает недостаточно высоким выходом термоэкзоэлектронной эмиссии в пиках ТСЭЭ и соответственно чувствительность ТЭЭ детектора на основе известного рабочего вещества невысока.
Задачей настоящего изобретения является разработка такого рабочего вещества для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронных пучков, которое обладает более высоким выходом термоэкзоэлектронной эмиссии в рабочих пиках ТЭЭ и расширенным диапазоном линейной зависимости выхода термоэкзоэлектронной эмиссии от флюенса электронов.
Это достигается за счет того, что в известный состав, включающий SrF2-TbF3, дополнительно вводят DyF3.
Сущность изобретения заключается в том, что рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения на основе фторида стронция с добавкой фторида тербия дополнительно содержит фторид диспрозия и имеет состав (ат.%): SrF2 - 99,5-99,8; TbF3 - 0,1-0,2; DyF3 - 0,1-0,3.
Одновременная активация фторида стронция ионами редкоземельных элементов TbF3 и DyF3 обеспечивает расширение диапазона линейной зависимости выхода термоэкзоэлектронной эмиссии от флюенса электронов, а также увеличение интенсивности термостимулированной экзоэлектронной эмиссии в 2,8-3,3 раза по сравнению с известным составом SrF2:Tb в связи с увеличением концентрации экзоэлектронов, накопленных на уровнях захвата после облучения образцов электронным пучком. Пара ионов Tb-Dy образует в кристаллах SrF2:Tb,Dy более глубокие и более емкие уровни захвата электронов, нежели ионы Тb в кристаллах SrF2:TbF3, то есть пара Tb-Dy отличается большей способностью для накопления экзоэлектронов.
Пример 1. Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения на основе фторида стронция.
Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронов имеет состав (ат.%): SrF2 99,8; TbF3 0,1; DyF3 0,1.
Измерения кривых ТСЭЭ выполнены в УГТУ-УПИ на автоматизированном экзоэмиссионном спектрометре в вакууме ~10-5 Па. Экспериментальная установка имеет вычислительную управляющую систему, содержащую пакеты программ управления и обработки экспериментальных данных.
Измерительный тракт экзоэмиссионного спектрометра включает в себя систему возбуждения, состоящую из электронной пушки (энергия электронов - 150 кэВ; плотность тока - 150 А/см2; длительность импульса 10 нс; флюенс электронов за один импульс без диафрагмирования электронного пучка - 1012 см-2 (система специальных диафрагм обеспечивает получение электронных пучков с дробными флюенсами от 108 до 1012 см-2)), систему термостимуляции, обеспечивающую линейный нагрев образцов в диапазоне 300-800 К со скоростью 0,1-1,0°C/с и термостатирование.
Кристаллы SrF2:Tb,Dy облучали импульсными пучками электронов (флюенс в пределах 108-1014 см-2). После облучения образцы нагревали в диапазоне температур 20-250°C со скоростью 0,3°C/с и измеряли кривые ТСЭЭ. На Фиг.1 приведены кривые ТСЭЭ кристаллов SrF2:Tb,Dy. Кривая ТСЭЭ с общим максимумом при 105°C после ее предварительного сглаживания разложена на 2 элементарные полосы с максимумами при 103 и 130°C. Им соответствуют уровни захвата (ловушки) с энергиями при 1,3 и 1,7 эВ.
Как видно из Фиг.1, для кристаллов SrF2:Tb,Dy наблюдается ТСЭЭ (1,35*105, имп/c) в 2,8-3,2 раза более интенсивная, нежели у известного рабочего вещества для ТЭЭ дозиметрии на основе кристаллов SrF2-Tb, данные для которого были приведены в табл.3.
Дозовая зависимость выхода экзоэмиссии для образца, имеющего состав (ат.%): SrF2 99,8; TbF3 0,1; DyF3 0,1, приведена на Фиг.2. Как видно из Фиг.2, для рабочего вещества для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения на основе фторида стронция, допированного одновременно тербием и диспрозием (с указанными выше концентрациями), диапазон линейной зависимости выхода термоэкзоэлектронной эмиссии от флюенса электронов находится в пределах: 108-1014 см-2 с небольшими отклонениями от линейности в диапазоне 1013,6-1014 см-2.
Пример 2. Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения на основе кристаллов фторида стронция.
Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронов имеет состав (ат.%): SrF2 99,6; TbF3 0,2; DyF3 0,2. Вид кривой ТСЭЭ для этого состава практически такой же, как на Фиг.1, наблюдается незначительное смещение максимумов подполос ТСЭЭ. Интенсивность термоэкзоэлектронной эмиссии для указанного состава не уступает таковой для состава, описанного в первом примере. Дозовая зависимость выхода экзоэмиссии для образца, имеющего состав (ат.%): SrF2 99,6; TbF3 0,2; DyF3 0,2, такая же, как и в первом примере, Фиг.2.
Уменьшение содержания соактиватора DyF3 до уровня ниже 0,1 ат.% или его увеличение выше 0,3 ат.% ведет к уменьшению выхода термоэкзоэлектронной эмиссии и снижению чувствительности ТЭЭ детектора от 20-25% до 30-40% и более. Диапазон линейной зависимости выхода термоэкзоэлектронной эмиссии от флюенса электронов для состава, приведенного в примере 2, также находится в пределах: 108-1014 см-2 с небольшими отклонениями от линейности в диапазоне 1013,6-1014 см-2.
Дополнительным преимуществом предлагаемого рабочего вещества для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения на основе кристаллов фторида стронция с добавками фторидов редкоземельных элементов: SrF2-TbF3-DyF3 является возможность их использования для дозиметрии гамма-излучения, а также возможность использования в качестве рабочих веществ и для термолюминесцентной дозиметрии электронного и гамма-излучения.
Claims (1)
- Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии импульсного электронного излучения на основе фторида стронция с добавкой фторида тербия, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фторид диспрозия при следующем соотношении ингредиентов, ат.%:
SrF2 99,5-99,8; TbF3 0,1-0,2; DyF3 0,1-0,3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122939/28A RU2449316C2 (ru) | 2010-06-04 | 2010-06-04 | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122939/28A RU2449316C2 (ru) | 2010-06-04 | 2010-06-04 | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010122939A RU2010122939A (ru) | 2011-12-10 |
RU2449316C2 true RU2449316C2 (ru) | 2012-04-27 |
Family
ID=45405277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010122939/28A RU2449316C2 (ru) | 2010-06-04 | 2010-06-04 | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2449316C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2531044C1 (ru) * | 2013-04-16 | 2014-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Рабочее вещество осл-детектора |
RU2622240C1 (ru) * | 2016-05-30 | 2017-06-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии высокоэнергетического электронного излучения |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4016422A (en) * | 1973-04-02 | 1977-04-05 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Radiation dosimetry by measurement of polarization and depolarization currents |
US5039858A (en) * | 1990-01-31 | 1991-08-13 | Anderson David F | Divalent fluoride doped cerium fluoride scintillator |
SU1705330A1 (ru) * | 1989-10-05 | 1992-01-15 | МГУ им.М.В.Ломоносова | Термолюминофор на основе фторида кальци |
RU2331086C1 (ru) * | 2007-04-09 | 2008-08-10 | ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет-УПИ" | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии |
-
2010
- 2010-06-04 RU RU2010122939/28A patent/RU2449316C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4016422A (en) * | 1973-04-02 | 1977-04-05 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Radiation dosimetry by measurement of polarization and depolarization currents |
SU1705330A1 (ru) * | 1989-10-05 | 1992-01-15 | МГУ им.М.В.Ломоносова | Термолюминофор на основе фторида кальци |
US5039858A (en) * | 1990-01-31 | 1991-08-13 | Anderson David F | Divalent fluoride doped cerium fluoride scintillator |
RU2331086C1 (ru) * | 2007-04-09 | 2008-08-10 | ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет-УПИ" | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2531044C1 (ru) * | 2013-04-16 | 2014-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Рабочее вещество осл-детектора |
RU2622240C1 (ru) * | 2016-05-30 | 2017-06-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии высокоэнергетического электронного излучения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010122939A (ru) | 2011-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lucchini et al. | Effect of Mg2+ ions co-doping on timing performance and radiation tolerance of Cerium doped Gd3Al2Ga3O12 crystals | |
Bhatt et al. | Optically stimulated luminescence (OSL) and thermally assisted OSL in Eu2+–Doped BaSO4 phosphor | |
RU2012153163A (ru) | Комбинация люминесцентных веществ | |
Brecher et al. | Hole traps in Lu2O3: Eu ceramic scintillators. I. Persistent afterglow | |
Alajerami et al. | Thermoluminescence characteristics of the Li2CO3–K2CO3–H3BO3 glass system co-doped with CuO and MgO | |
Junot et al. | Dosimetric and optical properties of CaSO4: Tm and CaSO4: Tm, Ag crystals produced by a slow evaporation route | |
Kore et al. | A new highly sensitive phosphor for carbon ion dosimetry | |
Marczewska et al. | OSL and RL of LiMgPO4 crystals doped with rare earth elements | |
Rivera-Montalvo et al. | Luminescence characteristics of perovskite type LaAlO3: Dy3+ for radiation detector | |
RU2449316C2 (ru) | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии | |
d'Amorim et al. | Characterization of α-spodumene to OSL dosimetry | |
Singh et al. | Thermoluminescence studies of Tm doped nanocrystalline Calcium Aluminate (CaAl2O4: Tm3+) | |
Piaskowska et al. | Photoluminescence measurements of LiF TL detectors | |
US11400315B2 (en) | Radiation monitoring device, radiation therapy apparatus, and radiation monitoring method | |
JP5692883B1 (ja) | 熱蛍光体、及び熱蛍光放射線検出デバイス | |
Oza et al. | Luminescence study of Dy or Ce activated LiCaBO3 phosphor for γ‐ray and C5+ ion beam irradiation | |
Trindade et al. | Correlation between thermoluminescence and optically stimulated luminescence of α-Al2O3: C, Mg | |
Palan et al. | Luminescence properties of terbium-doped Li 3 PO 4 phosphor for radiation dosimetry | |
de León-Alfaro et al. | Optically and thermally stimulated luminescence characteristics of LaAlO3: Pr3+ beta irradiated | |
Palan et al. | Elementary results on the dosimetric properties of SrSO4: Eu2+ phosphor | |
Dhabekar et al. | Identification of defect centres using TSL, PL, OSL and ESR studies in LiAlO2 based phosphors | |
Khanin et al. | Modeling and assessment of afterglow decay curves from thermally stimulated luminescence of complex Garnets | |
Dotzler et al. | Photoluminescence, optically stimulated luminescence, and thermoluminescence study of RbMgF3: Eu2+ | |
Srivastava et al. | Thermoluminescence processes in CaSO4: Dy. Dependence on stopping power | |
Mohammed et al. | Impact of Zn2+ ions co-doping on the TL properties of Cu2+ ion-doped calcium lithium borate glass irradiated by various radiation sources |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120605 |