RU2663296C1 - Thermoluminophore - Google Patents
Thermoluminophore Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663296C1 RU2663296C1 RU2017123483A RU2017123483A RU2663296C1 RU 2663296 C1 RU2663296 C1 RU 2663296C1 RU 2017123483 A RU2017123483 A RU 2017123483A RU 2017123483 A RU2017123483 A RU 2017123483A RU 2663296 C1 RU2663296 C1 RU 2663296C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermoluminophore
- fluoride
- tsl
- temperature
- proposed
- Prior art date
Links
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 48
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 27
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims abstract description 24
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 24
- OEKDNFRQVZLFBZ-UHFFFAOYSA-K scandium fluoride Chemical compound F[Sc](F)F OEKDNFRQVZLFBZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 24
- 238000004980 dosimetry Methods 0.000 abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 7
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 3
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- DVMZCYSFPFUKKE-UHFFFAOYSA-K scandium chloride Chemical compound Cl[Sc](Cl)Cl DVMZCYSFPFUKKE-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000987 absorbed dose Toxicity 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000904 thermoluminescence Methods 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/02—Dosimeters
- G01T1/10—Luminescent dosimeters
- G01T1/11—Thermo-luminescent dosimeters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения с применением термолюминесцентных датчиков – термолюминофоров, в том числе к низкотемпературной дозиметрии. Предлагаемый термолюминофор может быть использован для определения доз космической радиации, а также для определения дозозатрат элементов и устройств космического базирования, например, для определения дозозатрат солнечных батарей или других элементов космических устройств (например, станций или спутников), работающих в открытом космосе и подверженных действию космической радиации. Кроме того, изобретение может быть использовано при работе с высокотемпературными сверхпроводниками в наземных условиях.The invention relates to the field of x-ray and gamma radiation dosimetry using thermoluminescent sensors - thermoluminophores, including low-temperature dosimetry. The proposed thermoluminophore can be used to determine the doses of cosmic radiation, as well as to determine the dose of space-based elements and devices, for example, to determine the dose of solar cells or other elements of space devices (for example, stations or satellites) operating in outer space and exposed to space radiation. In addition, the invention can be used when working with high-temperature superconductors in ground conditions.
Известен термолюминофор на основе фтористого кальция (В.И. Иванов. Курс дозиметрии. М.: Атомиздат. 1970. 320 с.) для дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения, для которого кривые термостимулированной люминесценции (ТСЛ) имеют три рабочих максимума при 70-100, 150-190 и 250-300°С. Известный термолюминофор пригоден для регистрации экспозиционных доз рентгеновского и гамма-излучения от 1 мР до 5000 Р с погрешностью±2%. Однако известный термолюминофор набирает информацию о дозе облучения при комнатной температуре. Использование термолюминофора на основе фтористого кальция для определения дозовой нагрузки на объекты облучения при температуре открытого космоса, в частности, при 4-8 K неизвестно.A thermoluminophore based on calcium fluoride is known (V.I. Ivanov. Dosimetry course. M .: Atomizdat. 1970. 320 p.) For X-ray and gamma radiation dosimetry, for which thermostimulated luminescence (TSL) curves have three operating maxima at 70- 100, 150-190 and 250-300 ° С. Known thermoluminophore 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 known thermoluminophore is gaining information about the radiation dose at room temperature. The use of thermoluminophores based on calcium fluoride to determine the dose load on irradiated objects at free space temperature, in particular, at 4-8 K, is unknown.
Известен термолюминофор на основе фторида кальция, активированного марганцем (Иванов В.И. Курс дозиметрии. М.: Атомиздат. 1970. 320 с.) для дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения. Известный термолюминофор (с максимумом спектра свечения при 500 нм) имеет максимум ТСЛ при 260°С (533 K). Однако известный термолюминофор CaF2-Mn, используемый для персональной дозиметрии, набирает информацию о дозе облучения при комнатной температуре. О возможности применения известного термолюминофора CaF2-Mn для определения дозовой нагрузки на объекты облучения, находящиеся в космическом пространстве при температуре от 4-8 K до 50 K, неизвестно.Known thermoluminophore based on calcium fluoride activated by manganese (Ivanov V.I. Dosimetry course. M: Atomizdat. 1970. 320 p.) For x-ray and gamma radiation dosimetry. The well-known thermoluminophore (with a maximum emission spectrum at 500 nm) has a TSL maximum at 260 ° C (533 K). However, the well-known thermoluminophore CaF 2 -Mn, used for personal dosimetry, collects information about the radiation dose at room temperature. The possibility of using the well-known thermoluminophore CaF 2 -Mn to determine the dose load on irradiation objects located in outer space at temperatures from 4-8 K to 50 K is not known.
Известен термолюминофор CaSO4-Mn для дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения, который имеет кривую ТСЛ 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 100 Гр. Однако известный термолюминофор набирает информацию о дозовых нагрузках на объекты, облучаемые при комнатной температуре, что не дает оснований для целесообразности его использования при низких (<80 K) рабочих температурах облучения. О возможности применения известного термолюминофора CaSO4-Mn для определения дозовой нагрузки на объекты, подвергаемые воздействию космической радиации при температуре от 4-8 K до 50 K, неизвестно.Known thermoluminophore CaSO 4 -Mn for dosimetry of x-ray and gamma radiation, which has a TSL curve with one maximum at 80-100 ° C (Ivanov V.I. Dosimetry course. M .: Atomizdat. 1970. 320 s). The range of measured absorbed doses of x-ray and gamma radiation is up to 100 Gy. However, the well-known thermoluminophore is gaining information on dose loads on objects irradiated at room temperature, which does not give grounds for the expediency of its use at low (<80 K) operating irradiation temperatures. The possibility of using the well-known thermoluminophore CaSO 4 -Mn to determine the dose load on objects exposed to cosmic radiation at a temperature of 4-8 K to 50 K is not known.
Известен термолюминофор 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 пик ТСЛ при 107-115 K, обусловленный разрушением дырочных HA(Na)-центров окраски. Однако рабочий термопик в кривых ТСЛ для известного термолюминофора расположен при недостаточно низкой температуре, а его интенсивность и соответственно чувствительность термолюминесцентного датчика невелики. О возможности применения известного термолюминофора LiF-Na для определения дозовой нагрузки на объекты облучения, функционирующие в космическом пространстве при температуре от 4-8 K до 50 K, неизвестно.Known thermoluminophore 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 TSL peak at 107-115 K, due to the destruction of hole H A (Na) -centers of color. However, the working thermopik in the TSL curves for the known thermoluminophore is located at a temperature not sufficiently low, and its intensity and, accordingly, the sensitivity of the thermoluminescent sensor are small. The possibility of using the well-known LiF-Na thermoluminophore to determine the dose load on irradiation objects operating in outer space at temperatures from 4-8 K to 50 K is not known.
Известен термолюминофор 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.), пригодный для дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения. Такой термолюминофор имеет пик ТСЛ при 140 K. Однако рабочий пик известного термолюминофора расположен при недостаточно низкой температуре, требуемой для решения задач низкотемпературной дозиметрии. О возможности применения известного термолюминофора LiF-Na для определения дозовой нагрузки на объекты облучения, функционирующие в космическом пространстве при температуре от 4-8 K до 50 K, неизвестно.Known thermoluminophore based on LiF-Mg, Ti (DTG-4) (Nepomnyashchikh A.I., Radzhabov E.A., Egranov A.V. Color centers and luminescence of LiF crystals. Nauka, Novosibirsk, 1984, 112 pp.), suitable for dosimetry of x-ray and gamma radiation. Such a thermoluminophore has a TSL peak at 140 K. However, the working peak of the known thermoluminophore is located at an insufficiently low temperature required to solve low-temperature dosimetry problems. The possibility of using the well-known LiF-Na thermoluminophore to determine the dose load on irradiation objects operating in outer space at temperatures from 4-8 K to 50 K is not known.
Известен термолюминофор на основе кристаллов NaF (A. Tomita, Т. Takeuasu, Y. Fukuda. Radiation Protection Dosimetry. Vol. 65, N 1-4, pp. 405-408 (1996)) для регистрации рентгеновского и гамма-излучения. Известный термолюминофор имеет пики ТСЛ при температурах 110, 130, 165, 185, 230, 315, 340, 400, 435 и 585 K. Однако самый низкотемпературный рабочий пик термолюминофора при температуре 110 K расположен при недостаточно низкой температуре, требуемой для решения задач низкотемпературной дозиметрии. О возможности применения известного термолюминофора NaF для определения дозовой нагрузки, действующей на объекты облучения, функционирующие в космическом пространстве при температуре от 4-8 K до 50 K, неизвестно.Known thermoluminophore based on NaF crystals (A. Tomita, T. Takeuasu, Y. Fukuda. Radiation Protection Dosimetry. Vol. 65, N 1-4, pp. 405-408 (1996)) for recording x-ray and gamma radiation. The well-known thermoluminophore has TSL peaks at temperatures of 110, 130, 165, 185, 230, 315, 340, 400, 435 and 585 K. However, the lowest-temperature operating peak of a thermoluminophore at 110 K is located at a temperature that is not low enough to solve low-temperature dosimetry problems . The possibility of using the well-known thermoluminophore NaF to determine the dose load acting on radiation objects operating in outer space at temperatures from 4-8 K to 50 K is unknown.
Известны термолюминофоры и термоэкзоэмиссионные датчики на основе составов NaF:Li и NaF:Li, Cu (Zh K Mamitbekov, А N Tcherepanov, A I Slesarev, М М Kidibaev, Q Shi, K V Ivanovskikh, V Yu Ivanov, A A Egamberdieva and В V Shulgin. Thermally stimulated processes in Li and Cu doped alkali fluorides irradiated with electron beams of ultra-high dose. 5th International Congress on Energy Fluxex and Radiation Effects 2016. IOP Publishing. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 830 (2017) 012143. Doi:10.1088/1742-6596/830/1/012143). Известные составы NaF:Li, NaF:Li, Cu обладают основными рабочими пиками ТСЛ при температурах от 100°С и выше. Пики ТСЛ при температурах, близких к температуре жидкого гелия, в вышеуказанной работе не измерялись и не описаны.Thermoluminophores and thermo-emission sensors based on the compositions NaF: Li and NaF: Li, Cu (Zh K Mamitbekov, A.N. Tcherepanov, AI Slesarev, M.M. Kidibaev, Q Shi, KV Ivanovskikh, V Yu Ivanov, AA Egamberdieva and B V Shulgin are known. Thermally stimulated processes in Li and Cu doped alkali fluorides irradiated with electron beams of ultra-high dose. 5 th International Congress on Energy Fluxex and Radiation Effects 2016. IOP Publishing. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 830 (2017 ) 012143. Doi: 10.1088 / 1742-6596 / 830/1/012143). Known compositions of NaF: Li, NaF: Li, Cu have the main working peaks of TSL at temperatures from 100 ° C and above. TSL peaks at temperatures close to the temperature of liquid helium were not measured and described in the above work.
Известен термолюминофор на основе кристаллов NaF - Sc. (А.И. Слесарев, Ж.К. Мамытбеков, М.М. Кидибаев, А.Н. Черепанов, Ши Циуфен, А.О. Окенов и др. Влияние дозы электронного облучения на термоактивационные процессы в кристаллах NaF - Sc. Проблемы спектроскопии и спектрометрии: вузовско-академический сборник научных трудов. - Вып. 35. с. 19-23. - Екатеринбург: УрФУ, 2016. - 168 с.). Известный термолюминофор имеет пики ТСЛ при температурах 99, 143 и 181°С. Однако известный термолюминофор набирает информацию о дозовых нагрузках на объекты, облучаемые при комнатной температуре. Сведений о возможном применении этого термолюминофора для низкотемпературной дозиметрии, в указанной статье не имеется, какие-либо сведения о низкотемпературных пиках термостимулированной люминесценции этого состава в статье отсутствуют.Known thermoluminophore based on crystals of NaF - Sc. (A.I. Slesarev, J.K. Mamytbekov, M.M. Kidibaev, A.N. Cherepanov, Shi Tsiufen, A.O. Okenov et al. Effect of the dose of electron irradiation on thermally activated processes in NaF - Sc crystals. Problems spectroscopy and spectrometry: university-academic collection of scientific papers. -
Известен термолюминофор на основе фторида лития LiF-Mg (ТЛД-100) (Cooke D.W., Rhodes J.F. J. Appl. Phys 1981, v. 52(6), p. 4244-4247) для регистрации рентгеновского и гамма-излучения, который имеет низкотемпературные пики термолюминесценции при 20, 40, 60 и 138 K. Однако интенсивность этих низкотемпературных пиков невысока, их использование неэффективно для низкотемпературной дозиметрии. Кроме того, известный термолюминофор обладает синим спектром свечения и не пригоден для разработки устройств, использующих в качестве фотосенсорных датчиков компактные PIN-фотодиоды, чувствительные в оранжево-красной и инфракрасной областях спектра.Known thermoluminophore based on lithium fluoride LiF-Mg (TLD-100) (Cooke DW, Rhodes JFJ Appl. Phys 1981, v. 52 (6), p. 4244-4247) for recording x-ray and gamma radiation, which has low temperature peaks 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. In addition, the well-known thermoluminophore has a blue emission spectrum and is not suitable for the development of devices using compact PIN photodiodes that are sensitive in the orange-red and infrared regions of the spectrum as photosensor sensors.
Наиболее близким по составу к заявляемому термолюминофору является термолюминофор (по патенту РФ №2264634 С на изобретение «шихта для получения термолюминофора»; заявка №2004108644/28 от 23.03.2004, опубл. 20.11. 2005. Бюл. №32; авторы Б.В. Шульгин, Т.С. Королева, А.Н. Черепанов, М.М. Кидибаев), синтезируемый по методу Киропулоса из известной «шихты для получения термолюминофора», содержащей фторид натрия, хлорид скандия и дополнительно содержащей углекислый натрий при соотношении компонентов, мол. %: хлористый скандий 0,1-0,6; углекислый натрий 0, 003-0, 001; фторид натрия остальное. Известный термолюминофор имеет повышенную чувствительность в области низких температур, обладает пиками ТСЛ с максимумами при 50 и 80 K. Спектр свечения термолюминофора имеет два характерных максимума: один при 400-415 нм (обусловлен электронно-дырочными дефектами решетки) и при 600 нм (обусловлен примесью скандия).The closest in composition to the claimed thermoluminophore is thermoluminophore (according to the patent of Russian Federation No. 2264634 C for the invention of “charge for thermoluminophore”; application No. 2004108644/28 of 03.23.2004, publ. 20.11. 2005. Bull. No. 32; authors B.V. Shulgin, TS Koroleva, AN Cherepanov, MM Kidibaev), synthesized by the method of Kyropoulos from the well-known "mixture for thermoluminophore" containing sodium fluoride, scandium chloride and additionally containing sodium carbonate in the ratio of components pier %: scandium chloride 0.1-0.6; sodium carbonate 0, 003-0, 001; sodium fluoride rest. The well-known thermoluminophore has an increased sensitivity at low temperatures, has TSL peaks with maxima at 50 and 80 K. The luminescence spectrum of a thermoluminophore has two characteristic maxima: one at 400-415 nm (due to electron-hole lattice defects) and at 600 nm (due to an impurity scandium).
Однако для известного, выбранного в качестве прототипа термолюминофора, содержащего фторид натрия и скандий в виде хлорида, а также дополнительно содержащего углекислый натрий, пики ТСЛ, измеренные в области 30-150 К, имеют максимумы при 50 и 80 K. Это сужает область применения термолюминофора. В частности, поскольку имеющиеся пики ТСЛ являются недостаточно низкотемпературными, известные термолюминофоры не могут быть использованы в условиях космического базирования (при температуре пиков ТСЛ 24 K).However, for the well-known thermoluminophore selected as a prototype, containing sodium fluoride and scandium in the form of chloride, as well as additionally containing sodium carbonate, TSL peaks measured in the range of 30–150 K have maxima at 50 and 80 K. This narrows the scope of the thermoluminophore . In particular, since the available TSL peaks are not sufficiently low-temperature, the known thermoluminophores cannot be used in space-based conditions (at a temperature of TSL peaks of 24 K).
Техническая проблема, решаемая в настоящем изобретении, связана с разработкой термолюминофора, для которого температура рабочего пика ТСЛ ниже 25 K. Такой термолюминофор обеспечивает функционирование и считывание дозиметрической информации при температурах, близких к температуре жидкого гелия, что уменьшает время считывания дозиметрической информации и энергозатраты на работу дозиметрического тракта.The technical problem solved in the present invention is associated with the development of a thermoluminophore for which the temperature of the TSL working peak is lower than 25 K. Such a thermoluminophore ensures the functioning and reading of dosimetric information at temperatures close to the temperature of liquid helium, which reduces the reading time of dosimetric information and energy costs for work dosimetric tract.
Предлагаемый в соответствии с решаемой технической проблемой термолюминофор имеет состав (мол %): фторид скандия 0,08-0,75, фторид лития 0,001-0,05, фторид натрия - остальное. Температура рабочего пика ТСЛ предлагаемого термолюминофора не превышает 24 K, то есть для считывания дозиметрической информации требуется нагрев термолюминофора всего до 50-55 K.The thermoluminophore proposed in accordance with the technical problem to be solved has the composition (mol%): scandium fluoride 0.08-0.75, lithium fluoride 0.001-0.05, sodium fluoride - the rest. The temperature of the TSL working peak of the proposed thermoluminophore does not exceed 24 K, i.e., for reading the dosimetric information, heating the thermoluminophore to a total of 50-55 K is required.
Технический результат: низкая, близкая к гелиевой температура рабочего пика ТСЛ (24 K) термолюминофора, сокращение времени считывания дозиметрической информации, а также возможность создания на основе предлагаемого термолюминофора компактных ТСЛ-датчиков. Действительно, предлагаемый термолюминофор обладает достаточно интенсивной ТСЛ в области 5-60 K с рабочим пиком ТСЛ при 24 K. Максимумы свечения ТСЛ предлагаемого термолюминофора расположены в основном в оранжево-красной области спектра: при 600 и 660-670 нм (свечение, обусловленное примесью скандия, а также свечение, обусловленное F2 - центрами окраски, связанных, судя по спектру, с примесной фракцией фторида лития). Спектр свечения предложенного термолюминофора с максимумом в оранжево-красной области, позволяет его использовать для создания компактных термолюминесцентных датчиков космического базирования с фотодиодной PIN-регистрацией (сенсорные PIN-структуры характеризуются повышенной чувствительностью в оранжево-красном и инфракрасном диапазонах спектра).EFFECT: low temperature close to helium temperature of the operating peak of TSL (24 K) of the thermoluminophore, reduction of the reading time of dosimetric information, and the possibility of creating compact TSL sensors based on the proposed thermoluminophore. Indeed, the proposed thermoluminophore has a sufficiently intense TSL in the region of 5-60 K with an operating peak of TSL at 24 K. The maximum luminescence of the TSL of the proposed thermoluminophore is mainly in the orange-red region of the spectrum: at 600 and 660-670 nm (luminescence due to scandium , as well as the luminescence due to F 2 - color centers associated, judging by the spectrum, with an impurity fraction of lithium fluoride). The luminescence spectrum of the proposed thermoluminophore with a maximum in the orange-red region allows it to be used to create compact space-based thermoluminescent sensors with photodiode PIN registration (PIN sensor structures are characterized by increased sensitivity in the orange-red and infrared spectral ranges).
Примеры кривых ТСЛ для различных составов NaF:Li, Sc (Примеры 1 и 2), а также для состава NaF:U, Cu (Пример 3) приведены на фигуре.Examples of TSL curves for various compositions of NaF: Li, Sc (Examples 1 and 2), as well as for the composition of NaF: U, Cu (Example 3) are shown in the figure.
Пример 1. Термолюминофор на основе фторида натрия имеет состав (мол. % по шихте): фторид скандия 0,75, фторид лития 0,05, фторид натрия остальное. Кристаллический образец термолюминофора (размером 5*5*1 мм) выкалывали из кристаллической були, выращенной по методу Киропулоса, и закрепляли вертикально в криопальце установки для измерения ТСЛ. Для охлаждения образца термолюминофора до температуры 8 K использовали оптический криостат с системой охлаждения, работающей по замкнутому циклу Гиффорда - Мак-Магона. Термолюминофор при температуре 8 K был облучен рентгеновским излучением, доза 1 кГр (флюенс 3*1012 см-2). Регистрация кривых ТСЛ выполнена в интегральном режиме в диапазоне длин волн от ультрафиолетовых (от 200 нм, - кварцевые входные окна криостата позволяли это делать) до красных, - до 650 нм с использованием ФЭУ-130 при линейном нагреве со скоростью 6 K/мин в диапазоне температур 8-370 K.Example 1. Thermoluminophore based on sodium fluoride has the composition (mol.% By charge): scandium fluoride 0.75, lithium fluoride 0.05, sodium fluoride the rest. A crystalline sample of a thermoluminophore (5 * 5 * 1 mm in size) was punctured from a crystalline boulevard grown according to the Kyropoulos method, and fixed vertically in the cryo-finger of a TSL measuring device. An optical cryostat with a cooling system operating in a closed Gifford – McMahon cycle was used to cool a thermoluminophore sample to a temperature of 8 K. Thermoluminophore at a temperature of 8 K was irradiated with x-ray radiation, a dose of 1 kGy (fluence 3 * 10 12 cm -2 ). The TSL curves were recorded in the integrated mode in the wavelength range from ultraviolet (from 200 nm, the quartz input windows of the cryostat allowed this to be done) to red, up to 650 nm using a PMT-130 with linear heating at a speed of 6 K / min in the range temperatures 8-370 K.
Кривые ТСЛ термолюминофора NaF-Li, Sc приведены на фигуре в виде сплошной линии. Основной пик ТСЛ термолюминофора расположен при температуре 184 K, однако, в области низких температур на кривых ТСЛ имеется достаточно интенсивный низкотемпературный рабочий пик при 24 K, детали которого для области температур 8-35 K показаны на вставке на Фиг. Для предложенного термолюминофора спектр свечения доминирует в оранжево-красной области при 600 и 660-670 нм, что позволяет применять предложенный темолюминофор для создания дозиметрических систем космического базирования с компактной фотодиодной PIN-регистрацией.The TSL curves of the thermoluminophore NaF-Li, Sc are shown in the figure as a solid line. The main TSL peak of the thermoluminophore is located at a temperature of 184 K; however, in the low-temperature region, the TSL curves have a rather intense low-temperature operating peak at 24 K, details of which for the temperature range 8-35 K are shown in the inset in FIG. For the proposed thermoluminophore, the luminescence spectrum dominates in the orange-red region at 600 and 660-670 nm, which makes it possible to use the proposed thermoluminophore for creating space-based dosimetric systems with compact photodiode PIN registration.
Пример 2. Термолюминофор на основе фторида NaF имеет состав (мол. % по шихте): фторид скандия 0,75, фторид лития 0,08, фторид натрия остальное. Кристаллический образец термолюминофора NaF-Li, Sc размером 5*5*1 мм, закрепляли вертикально в криопальце установки для измерения ТСЛ. Для охлаждения образца до температуры 8 K использовался оптический криостат с системой охлаждения, работающей по замкнутому циклу Гиффорда - Мак-Магона. Термолюминофор при температуре 8 K был облучен рентгеновским излучением, доза 5 кГр (флюенс 1,5*1013 см-2). Регистрация кривых ТСЛ, как и в Примере 1, выполнена в интегральном режиме в диапазоне длин волн 200-650 нм с использованием ФЭУ-130 при линейном нагреве со скоростью 6 K/мин в диапазоне температур 8-370 K. Кривые ТСЛ термолюминофора NaF-Li, Sc (состав в мол. % по шихте: фторид скандия 0,75, фторид лития 0,08) для дозы 5 кГр идентичны приведенным ранее кривым ТСЛ термолюминофора (имеющего состав (мол. % по шихте): фторид скандия 0,75, при содержании фторида лития 0,05); полученным для дозы 1 кГр. Основной пик ТСЛ термолюминофора расположен при температуре 184 K, в области низких температур на кривых ТСЛ имеется достаточно интенсивный низкотемпературный рабочий пик при 24 K.Example 2. Thermal phosphor based on NaF fluoride has the composition (mol.% By charge): scandium fluoride 0.75, lithium fluoride 0.08, sodium fluoride the rest. A crystalline sample of the thermofluorophore NaF-Li, Sc measuring 5 * 5 * 1 mm, was fixed vertically in the cryo-finger of the TSL measurement apparatus. To cool the sample to a temperature of 8 K, an optical cryostat was used with a cooling system operating on the closed Gifford – McMahon cycle. Thermoluminophore at a temperature of 8 K was irradiated with x-ray radiation, a dose of 5 kGy (fluence 1.5 * 10 13 cm -2 ). The registration of TSL curves, as in Example 1, was performed in the integral mode in the wavelength range of 200-650 nm using a PMT-130 with linear heating at a speed of 6 K / min in the temperature range of 8-370 K. TSL curves of the thermoluminophore NaF-Li , Sc (composition in mol.% By charge: scandium fluoride 0.75, lithium fluoride 0.08) for a dose of 5 kGy are identical to the TSL curves of a thermoluminophore (having composition (mol.% By charge): scandium fluoride 0.75, when the content of lithium fluoride 0.05); received for a dose of 1 kGy. The main TSL peak of the thermoluminophore is located at a temperature of 184 K; in the low-temperature region, on the TSL curves there is a fairly intense low-temperature working peak at 24 K.
Диапазон измеряемых доз предлагаемого термолюминофора путем дополнительных измерений определен в области 0,1-10 кГр (флюенс 3*1011-3*1013 см-2) и выше.The range of measured doses of the proposed thermoluminophore by additional measurements is determined in the range of 0.1-10 kGy (fluence 3 * 10 11 -3 * 10 13 cm -2 ) and above.
Пример 3. Термолюминофор NaF-U, Cu имеет состав (мол % в шихте): примесь урана U - 0,1 примесь меди Cu - 0,3, фторид натрия - остальное. Термолюминофор NaF-U, Cu указанного состава (выращенный из шихты по методу Киропулоса) размером 5*5*1 мм был закреплен вертикально в криопальце установки для измерения ТСЛ, охлажден до 8 K, а затем облучен рентгеновским излучением, доза 1 кГр (флюенс 3*1012 см-2). Регистрация кривых ТСЛ выполнена (как и в Примерах 1 и 2) в интегральном режиме в диапазоне длин волн 200-650 нм с использованием ФЭУ-130 при линейном нагреве со скоростью 6 K/мин в диапазоне температур 8-370 K. Кривые ТСЛ термолюминофора NaF-U, Cu приведены на фигуре в виде пунктирной линии. Основной пик ТСЛ расположен при температуре 171 K, в области низких температур имеется пик ТСЛ при 60 K и очень слабый пик ТСЛ при 24 K, который в 2,5-3 раза уступает по интенсивности рабочему пику ТСЛ предлагаемого термолюминофора NaF-Li, Sc, т.е. приведенный в качестве примера (Пример 3) термолюминофор состава NaF-U, Cu не может служить адекватной заменой предлагаемому термолюминофору NaF-Li, Sc при решении задач низкотемпературной дозиметрии в области 8-35 K.Example 3. The thermoluminophore NaF-U, Cu has the composition (mol% in the mixture): an admixture of uranium U - 0.1 an admixture of copper Cu - 0.3, sodium fluoride - the rest. A thermofluorophore NaF-U, Cu of the indicated composition (grown from a batch according to the Kyropoulos method) with a size of 5 * 5 * 1 mm was fixed vertically in the cryo-finger of a TSL measurement apparatus, cooled to 8 K, and then irradiated with X-ray radiation,
Дополнительным преимуществом предлагаемого термолюминофора на основе NaF-Li, Sc является возможность его использования для дозиметрии электронного и гамма-излучения, при регистрации которых в низкотемпературной области (8-30 K) также наблюдается рабочий пик ТСЛ при 24 K. Диапазон измеряемых доз указанной радиации для предлагаемого термолюминофора определен в области 0,1-10 кГр и выше.An additional advantage of the proposed thermoluminophore based on NaF-Li, Sc is the possibility of its use for dosimetry of electronic and gamma radiation, during the registration of which in the low-temperature region (8-30 K) a TSL working peak is also observed at 24 K. The range of measured doses of this radiation for the proposed thermoluminophore is defined in the range of 0.1-10 kGy and above.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123483A RU2663296C1 (en) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | Thermoluminophore |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123483A RU2663296C1 (en) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | Thermoluminophore |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2663296C1 true RU2663296C1 (en) | 2018-08-03 |
Family
ID=63142590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017123483A RU2663296C1 (en) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | Thermoluminophore |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2663296C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821465C1 (en) * | 2024-01-31 | 2024-06-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Optical matrix for thermoluminescent material |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2149426C1 (en) * | 1999-05-27 | 2000-05-20 | Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (Мос. НПО "Радон") | Method of preparing lithium fluoride-based thermoluminescent detector of ionizing radiations |
| RU2264634C1 (en) * | 2004-03-23 | 2005-11-20 | ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ | Furnace for producing thermo-phosphor |
| US9268030B2 (en) * | 2013-03-05 | 2016-02-23 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Laser-heated thermoluminescence dosimeter |
-
2017
- 2017-07-03 RU RU2017123483A patent/RU2663296C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2149426C1 (en) * | 1999-05-27 | 2000-05-20 | Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (Мос. НПО "Радон") | Method of preparing lithium fluoride-based thermoluminescent detector of ionizing radiations |
| RU2264634C1 (en) * | 2004-03-23 | 2005-11-20 | ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ | Furnace for producing thermo-phosphor |
| US9268030B2 (en) * | 2013-03-05 | 2016-02-23 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Laser-heated thermoluminescence dosimeter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821465C1 (en) * | 2024-01-31 | 2024-06-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Optical matrix for thermoluminescent material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bøtter-Jensen et al. | Al2O3: C as a sensitive OSL dosemeter for rapid assessment of environmental photon dose rates | |
| Minqiang et al. | Synthesis and luminescence in LiMgPO4: Tb, Sm, B phosphors with possible applications in real-time dosimetry | |
| Prokić | Effect of lithium co-dopant on the thermoluminescence response of some phosphors | |
| Kulig et al. | New OSL detectors based on LiMgPO4 crystals grown by micro pulling down method. Dosimetric properties vs. growth parameters | |
| González et al. | Luminescence and dosimetric properties of CaF2: Ce, Dy phosphor | |
| O'connor et al. | Radiation effects in CaF2: Sm | |
| d'Amorim et al. | Characterization of α-spodumene to OSL dosimetry | |
| Aguirre de Carcer et al. | Europium‐doped alkali halides as a selective ultraviolet dosimeter material in the actinic region | |
| Schuyt et al. | Modelling the radioluminescence of Sm2+ and Sm3+ in the dosimeter material NaMgF3: Sm | |
| Takebuchi et al. | Characterization of Tm concentration dependence of dosimetric properties of NaMgF3 | |
| Chagas et al. | TL properties of anhydrous CaSO4: Tm improvement | |
| Bilski et al. | New efficient OSL detectors based on the crystals of Ce3+ doped Gd3Al5− xGaxO12 mixed garnet | |
| RU2663296C1 (en) | Thermoluminophore | |
| Camargo et al. | OSL properties of KMgF3: Tm3+ for dosimetric applications as OSL dosimeter | |
| Kato et al. | Thermally stimulated luminescence properties of transparent ceramics for personal dosimetry | |
| Ziniker et al. | Thermoluminescence and activation energies in Al 2 O 3, MgO and LiF (TLD-100) | |
| Cruz-Zaragoza et al. | Beta radiation induced luminescence of polycrystalline Cu-doped Li2B4O7 | |
| Luca et al. | Scintillating and optical spectroscopy of Al2O3: Ti for dark matter searches | |
| Pérez Salas et al. | Nonthermoluminescent dosimetry based on the afterglow response of europium‐doped alkali halides | |
| Secu et al. | Photostimulated luminescence in BaX 2: Eu 2+(X= Br, Cl) X-ray storage phosphors | |
| Gambarini et al. | TL dosimetry in high fluxes of thermal neutrons using variously doped LiF and KMgF3 | |
| Khodadoost et al. | Scintillation response of Europium and Indium-co-doped CsI (Na) single crystal under the exposure of gamma-ray | |
| Cruz-Zaragoza et al. | Radio-Optically-and thermally stimulated luminescence of Zn (BO2) 2: Tb3+ exposed to ionizing radiation | |
| Richards et al. | X-ray induced radiation damage in CLYC (Ce) | |
| Coeck et al. | Thermoluminescent characteristics of LiKYF5: Pr3+ and KYF4: Tm3+ crystals for applications in neutron and gamma dosimetry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190704 |