Разработка и внедрение новых термолюминесцентных детекторных материалов для радиационного мониторинга

2. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ  ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ДЕТЕКТОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА

2.1. Результаты фундаментально - прикладных исследования

Создание материалов с заданным комплексом служебных свойств является одной из важнейших проблем физики твердого тела, физики полупроводников и диэлектриков, радиационной физики твердых тел. Спектр требований, предъявляемый к твердотельным средам, функционирующим в радиационных полях, чрезвычайно широк и противоречив. Требуются материалы, способные работать в интенсивных радиационных полях в условиях высоких температур, механических нагрузок, действия агрессивных сред, при одновременном воздействии перечисленных факторов.

Функциональные среды, предназначенные  для регистрации ионизирующих излучений, должны быть одновременно радиационно-стойкими и радиационно-чувствительными. Их свойства должны сохраняться и воспроизводиться длительное время. Требуемый диапазон измеряемых доз составляет двенадцать порядков, от величины менее чем 100 мк Гр при защите от излучений до более чем 10⁹ Гр для проведения  внутриреакторных измерений и контроля тепловыделяющих элементов. В ряде применений измерения поглощенной дозы  ионизирующих излучений должны производиться с ошибкой не более 1% . Жесткие требования к точности измерений поглощенных доз, с суммарной погрешностью не более 5-10%, предъявляются при радиационной стерилизации продуктов и медицинского оборудования, испытаниях радиационной стойкости материалов и  изделий электронной техники.

Для регистрации ионизирующих излучений широкое распространение получило применение явления термостимулированной люминесценции (ТЛ) твердых тел, и к началу наших исследований существовала устоявшаяся номенклатура базовых соединений для создания термолюминесцентных материалов, основными из которых являлись LiF, CaF₂:Dy, CaF₂:Mn, Li₂B₄O₇:Mn, CaSO₄:Dy.

Свойства этих известных и широко распространенных термолюминофоров не удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к материалам, используемым для регистрации излучений. Поэтому актуальной являлась задача создания новых материалов, не уступающих по чувствительности лучшим из известных и существенно превосходящих их по комплексу необходимых физико-химических свойств.

При регистрации низкоэнергетических и малопробежных излучений метод термолюминесцентной дозиметрии испытывает принципиальные трудности из-за падения эффективности регистрации вследствие уменьшения толщины возбужденного слоя термолюминофора. В этой ситуации целесообразно или необходимо использовать метод, основанный на явлении термостимулированной экзоэлектронной эмиссии (ТСЭЭ). По процедурным  признакам, деталям механизма и формальному математическому описанию  процесса метод имеет много сходного с ТЛ, но отличается тем, что тонкий возбужденный излучением поверхностный слой эмитирует электроны, количество которых пропорционально поглощенной дозе излучения. Метод не предназначен для рутинного использования, однако, в последнее время в связи с актуальностью обнаружения радона и загрязнений тритием  становится крайне необходим для практической деятельности. Развитие ТСЭЭ дозиметрии сдерживается, главным образом, отсутствием материала детектора, требования к которому во многом идентичны  требованиям, предъявляемым к материалам ТЛ детекторов.

Реальная работоспособность лучших ТЛ материалов ограничивается верхним пределом доз 10 -10⁴ Гр. Требуемый предел измерений доз излучений по современным представлениям достигает величин 10⁸ -10⁹ Гр, в связи с чем в твердотельной  дозиметрии интенсивно развивается метод, основанный на явлении электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), связанный с образованием в материале ЭПР детектора под действием облучения парамагнитных центров, концентрация которых пропорциональна поглощенной дозе излучения. В нашей стране ЭПР дозиметрия только начинает развиваться, поэтому создание материалов, пригодных для использования в качестве ЭПР детекторов излучений, приборное и метрологическое их обеспечение являются актуальной проблемой. Особенностью метода ЭПР дозиметрии является то, что в нем считывание дозиметрической информации осуществляется без ее разрушения, в отличие от ТЛ и ТСЭЭ дозиметрии. Таким образом, если материал, предназначенный для применения в ЭПР дозиметрии, одновременно обладает ТЛ или ТСЭЭ свойствами, дозиметрическая информация может быть получена независимо, с помощью каждого из этих явлений. При этом возрастает надежность и достоверность измерений, расширяется диапазон регистрируемых доз. Ценным свойством такого детектора является работоспособность в условиях воздействия тепловых полей, когда температура окружающей среды намного превышает температуры ТЛ или ТСЭЭ пиков, характерных для данного материала. Поэтому весьма актуальной задачей является создание материалов с расширенными функциональными свойствами, предназначенных для применения их в качестве детекторов для комбинированной ЭПР-ТЛ-ТСЭЭ дозиметрии.