Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах
Рекомбинационную люминесценцию в γ-облученных полистироле и сцинтилляторах на его основе изучали при 77 К, возбуждая светом в полосу поглощения захваченных межмолекулярными ловушками электронов (λ ≥ 940 нм). Показано, что в результате рекомбиниции свободных электронов с положительно заряженными цент...
Saved in:
| Date: | 2006 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Series: | Вопросы атомной науки и техники |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80338 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах / Н.И. Воронкина, В.Г. Сенчишин, В.К. Милинчук, В.Б. Тарабан, Ю.Г. Залеский, В.И. Скибин // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 228-230. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-80338 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-803382015-04-17T03:01:55Z Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах Воронкина, Н.И. Сенчишин, В.Г. Милинчук, В.К. Тарабан, В.Б. Залеский, Ю.Г. Скибин, В.И. Диагностика и методы исследований Рекомбинационную люминесценцию в γ-облученных полистироле и сцинтилляторах на его основе изучали при 77 К, возбуждая светом в полосу поглощения захваченных межмолекулярными ловушками электронов (λ ≥ 940 нм). Показано, что в результате рекомбиниции свободных электронов с положительно заряженными центрами возникает люминесценция компонентов с наиболее низко расположенными уровнями возбуждения, что экспериментально подтверждает защитный эффект длинноволновой люминесцирующей добавки в пластмассовых сцинтилляторах Рекомбінаційну люмінесценцію в γ-опромінених полістиролі та сцинтиляторах на його основі вивчали при 77 К збуджуючи світлом в полосу поглинання захвачених міжмолекулярними пастками електронів (λ ≥ 940 нм). Показано, що у результаті рекомбінації вільних електронів з позитивно зарядженими центрами виникає люмінесценція компонентів з найбільш низьким рівнем збудження, що експериментально підтверджує захисний ефект довгохвильової люмінесціючої домішки у пластмасових сцинтиляторах. Recombinational luminescence in -irradiated polystyrene and scintillators on its basis has been studied at 77 K by raising light in a strip of absorption of seized with intermolecular traps electrons (λ ≥940 nm). It is shown that as a result of recombination of the free electrons with positively charged centers there is a luminescence of components with the lowest located levels of excitation, that is experimentally confirmed the protective effect of the long-wave luminescing additive in plastic scintillators. 2006 Article Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах / Н.И. Воронкина, В.Г. Сенчишин, В.К. Милинчук, В.Б. Тарабан, Ю.Г. Залеский, В.И. Скибин // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 228-230. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80338 539.1.074 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Диагностика и методы исследований Диагностика и методы исследований |
| spellingShingle |
Диагностика и методы исследований Диагностика и методы исследований Воронкина, Н.И. Сенчишин, В.Г. Милинчук, В.К. Тарабан, В.Б. Залеский, Ю.Г. Скибин, В.И. Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Рекомбинационную люминесценцию в γ-облученных полистироле и сцинтилляторах на его основе изучали при 77 К, возбуждая светом в полосу поглощения захваченных межмолекулярными ловушками электронов (λ ≥ 940 нм). Показано, что в результате рекомбиниции свободных электронов с положительно заряженными центрами возникает люминесценция компонентов с наиболее низко расположенными уровнями возбуждения, что экспериментально подтверждает защитный эффект длинноволновой люминесцирующей добавки в пластмассовых сцинтилляторах |
| format |
Article |
| author |
Воронкина, Н.И. Сенчишин, В.Г. Милинчук, В.К. Тарабан, В.Б. Залеский, Ю.Г. Скибин, В.И. |
| author_facet |
Воронкина, Н.И. Сенчишин, В.Г. Милинчук, В.К. Тарабан, В.Б. Залеский, Ю.Г. Скибин, В.И. |
| author_sort |
Воронкина, Н.И. |
| title |
Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах |
| title_short |
Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах |
| title_full |
Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах |
| title_fullStr |
Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах |
| title_full_unstemmed |
Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах |
| title_sort |
рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Диагностика и методы исследований |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80338 |
| citation_txt |
Рекомбинационная люминесценция в пластмассовых сцинтилляторах / Н.И. Воронкина, В.Г. Сенчишин, В.К. Милинчук, В.Б. Тарабан, Ю.Г. Залеский, В.И. Скибин // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 228-230. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT voronkinani rekombinacionnaâlûminescenciâvplastmassovyhscintillâtorah AT senčišinvg rekombinacionnaâlûminescenciâvplastmassovyhscintillâtorah AT milinčukvk rekombinacionnaâlûminescenciâvplastmassovyhscintillâtorah AT tarabanvb rekombinacionnaâlûminescenciâvplastmassovyhscintillâtorah AT zaleskijûg rekombinacionnaâlûminescenciâvplastmassovyhscintillâtorah AT skibinvi rekombinacionnaâlûminescenciâvplastmassovyhscintillâtorah |
| first_indexed |
2025-07-06T04:18:18Z |
| last_indexed |
2025-07-06T04:18:18Z |
| _version_ |
1836869746446827520 |
| fulltext |
УДК 539.1.074
РЕКОМБИНАЦИОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
В ПЛАСТМАССОВЫХ СЦИНТИЛЛЯТОРАХ
Н.И. Воронкина 1, В.Г. Сенчишин 1, В.К. Милинчук2, В.Б. Тарабан 2,
Ю.Г. Залеский 3, В.И. Скибин 3
1Институт сцинтилляционных материалов НАН Украины
г. Харьков, Украина;
2Физико-химический институт им. Л.Я. Карпова, г. Обнинск, Россия;
3ННЦ «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина
Рекомбинационную люминесценцию в γ-облученных полистироле и сцинтилляторах на его основе изучали при 77 К,
возбуждая светом в полосу поглощения захваченных межмолекулярными ловушками электронов (λ ≥ 940 нм). Показано,
что в результате рекомбиниции свободных электронов с положительно заряженными центрами возникает люминесцен-
ция компонентов с наиболее низко расположенными уровнями возбуждения, что экспериментально подтверждает за-
щитный эффект длинноволновой люминесцирующей добавки в пластмассовых сцинтилляторах.
Целью работы было исследование спектров лю-
минесценции, появляющихся в многокомпонентных
пластмассовых сцинтилляторах при рекомбинации
высвободившихся из ловушек электронов с положи-
тельно заряженными центрами.
Исследования проводили на образцах диаметром
16 мм и высотой 1 мм следующих составов: 1) поли-
стирол, содержащий 2 мас.% PT (пара-терфенил) и
0,1 мас.% POPOP (1,4-ди/2-(5-фенилоксазолил)/-
бензол (ПС); 2)) полистирол с одной люминесциру-
ющей добавкой (ЛД) (2 мас.% РТ); 3) полистирол
без люминесцирующих добавок. Облучение образ-
цов осуществляли на источнике γ-излучения 60Со ак-
тивностью 60000 г-экв. радия, мощность поглощен-
ной дозы в проведенных экспериментах 3 Гр/с. Об-
разцы облучали в различных условиях. Измерения
спектров люминесценции проводили на спектро-
фотометре СДЛ-2 (ЛОМО) при 77 К с использова-
нием специальной кюветы.
Как известно, при взаимодействии полимеров с
ионизирующим излучением (ИИ), в них при 77 К
стабилизируются катион- и анион-радикалы, сво-
бодные радикалы, захваченные электроны [1]. За-
хваченные межмолекулярными ловушками вторич-
ные электроны регистрируются по появлению в
спектрах ЭПР характерного узкого сигнала и по ши-
рокой полосе с максимумом около 1000 нм в спек-
трах поглощения. Под воздействием внешних фак-
торов (тепла, света) происходит освобождение элек-
тронов из ловушек с последующей рекомбинацией с
катионами и катион-радикалами. При этом энергия,
выделившаяся при рекомбинации, расходуется на
создание электронно-возбужденных состояний ма-
кромолекул и молекул примесей с последующей из-
лучательной или безызлучательной дезактивацией.
Ранее нами было показано [2], что при радиолизе
в ПС образуются заряженные и свободные радикалы
не только полимерной матрицы, но и
люминесцирующих добавок; зарегистрированы и
идентифицированы спектры поглощения катион- и
анион-радикалов полистирола, РТ, РОРОР и захва-
ченных электронов. Катион-радикалы полистирола
характеризуются двумя полосами поглощения при
480 и 525 нм. В РТ обнаружено поглощение катион-
радикалов при 940 нм, в РОРОР – 425 и 526 нм.
Спектры поглощения полистирола, РТ и РОРОР в
основном состоянии имеют максимумы при 250, 280
и 350 нм соответственно.
При возбуждении облученных ИИ образцов све-
том на длине волны поглощения захваченных элек-
тронов (λ=940 нм) наблюдали возникновение люми-
несценции в видимой области спектра.
На рис. 1 приведены спектры люминесценции
облученных до дозы D=20 кГр образцов ПС.
300 350 400 450 500 550 600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
I
2
1
λ ,нм
Рис. 1. Спектры люминесценции облученных
при 77 К ПС: 1 – λвозб.=260 нм; 2 – λвозб.=940 нм
Как видно, возбуждение в матрицу (λ
макс=260 нм) вызывает свечение как первичной, так
и вторичной ЛД, а при возбуждении ИК-светом на-
блюдается интенсивная рекомбинационная люми-
несценция (РЛ), спектр которой совпадает со спек-
тром флуоресценции вторичной люминесцирующей
добавки – РОРОР. Наблюдаемая РЛ в данном случае
возникает, вероятно, как при взаимодействии элек-
тронов с катион-радикалами РОРОР, так и вслед-
ствие переноса на ЛД энергии возбуждения, возни-
кающей при рекомбинации электронов с катион-ра-
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 228-230.
228
дикалами первичной ЛД и макромолекул полисти-
рола.
В полистироле с одной добавкой (РТ) рекомби-
национная люминесценция состоит из двух спек-
тров: с максимумом при 350 нм, принадлежащим
РТ, и широкой полосы в области 390...520 нм.
Такие же спектры РЛ в области 390...520 нм на-
блюдали и в полистироле без люминесцирующих
добавок (рис. 2). Спектры с максимумами при
420...424 нм принадлежат низкомолекулярным при-
месям типа бензальдегидов и кетонов – продуктам
окисления мономера [3] Спектр с максимумом
456 нм возникает только в предварительно облучен-
ном при 300 К полистироле и принадлежит продук-
там окисления макромолекул.
300 350 400 450 500 550 600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
I
2
1
λ , нм
Рис. 2. Спектры флюоресценции (1)(λвозб.=260 нм) и
рекомбинационной люминесценции (2)
(λвозб.=940 нм) γ-облученного при 77 К полистирола
Как видно из приведенного рисунка, соотноше-
ние интенсивностей флюоресценции матрицы и мо-
лекул примеси различное для рекомбинационной
люминесценции и при возбуждении в полимерную
матрицу.
Можно предположить:
ēзахв.+ hν1→ ēподв + М +
пр→М*пр→Мо
пр + hν2,
где М + – в основном катион-радикал молекул при-
меси и в меньшей степени – катион-радикал матри-
цы.
С целью подтверждения правильности отнесения
наблюдаемых спектров к люминесценции кислород-
содержащих продуктов мы исследовали спектры РЛ,
предварительно облученных при 77 К и разогретых
до комнатной температуры (10 мин) и вновь облу-
ченных при 77 К образцов полистирола. В процессе
такого эксперимента образующиеся в момент облу-
чения макрорадикалы при разогреве реагировали с
молекулярным кислородом, растворенным в поли-
мерной матрице. Как видно из рис. 3, интенсивность
полос РЛ увеличивалась от поглощенной дозы облу-
чения, т.е. с увеличением количества кислородсо-
держащих продуктов радиолиза.
Вероятно, рекомбинационная люминесценция
возникает вследствие следующих фотоиницииро-
ванных реакций:
М +
прим→М*прим→Мо
прим + hν2;
ēзахв + hν1→ ēподв.+ 〈М +
прод→М*прод→Мо
прод + hν3.
В обескислороженных путем длительного выдер-
живания в вакууме образцах полистирола РЛ состо-
ит из спектров низкомолекулярных кислородсодер-
жащих примесей, образующихся в процессе полиме-
ризации и срединных макрорадикалов, флюоресци-
рующих с λмакс=471 нм [4] (рис. 4).
250 300 350 400 450 500
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
I
2
2
1
3
3
4
4
1
λ , нм
Рис. 3. Спектры рекомбинационной флюоресценции
кислородсодержащих продуктов радиолиза в пред-
варительно облученных и разогретых образцах по-
листирола. Спектры зарегистрированы после по-
вторного γ-облучения D = 20 кГр при 77 К:
1 – λвозб = 260 нм (предварительно облученный
D = 20 кГр);
2 – λвозб = 940 нм (предварительно облученный
D = 20 кГр);
3 – λвозб = 940 нм (предварительно облученный
D = 10 кГр);
4 – λвозб = 940 нм ( предварительно облученный
D = 40 кГр)
Можно предположить, что передача энергии на
макрорадикал происходит с триплетного уровня по-
лимерной матрицы (420 нм) или с эксимерных цен-
тров.
300 350 400 450 500 550 600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
I
2
1
λ , нм
Рис. 4. Спектры рекомбинационной флюоресценции
γ-облученного D = 20 кГр полистирола, предвари-
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 228-230.
229
тельно выдержанного на протяжении 10 сут в ва-
кууме (толщина образца 1 мм): 1 – λвозб = 260 нм;
2 – λвозб = 940 нм. Запись при 77 К
Для того чтобы выделить спектры, принадлежа-
щие макрорадикалам, обученные образцы возбужда-
ли в полосу поглощения концевых макрорадикалов
(λ=344 нм) [4]. При этом кислородсодержащие про-
дукты не люминесцируют, а наблюдается только
свечение срединных (λмакс=471 нм) и концевых (λ
макс=525 нм) макрорадикалов.
320 360 400 440 480 520 560 600
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
I
7
6
5 4
3
2
1
λ , нм
Рис. 5. Спектры флюоресценции макрорадикалов
γ-облученного D=70 кГр при 77 К полистирола по-
сле дополнительного облучения при λ = 1000 нм: 1 –
0;
2 – 5; 3 – 10; 4 – 20; 5 – 45; 6 – 70; 7 – 100
На рис. 5 показано изменение спектров люминес-
ценции концевых макрорадикалов с увеличением
времени облучения полистирола ИК-светом.
Как видно, рекомбинация электронов с положи-
тельно заряженными центрами полистирола приво-
дит к образованию макрорадикалов, т.е. к деструк-
ции полимера:
RH⋅•+ + ēподв → RH* → R• + R•.
В сцинтилляционных композициях поглощенная
энергия ионизирующего излучения переходит в све-
товое излучение в результате испускания света воз-
бужденными молекулами, образующимися в ре-
зультате непосредственного возбуждения (радиолю-
минесценция) или при нейтрализации заряженных
центров (рекомбинационная люминесценция). Вре-
мя рекомбинационной люминесценции 1...2 с, что
связано с пространственным распределением заря-
дов в полимере.
Таким образом, в работе экспериментально пока-
зано, что РЛ возникает при взаимодействии свобод-
ных электронов с катион-радикалами компонентов,
имеющими наиболее низкий уровень возбуждения, а
также вследствие переноса энергии электронного
возбуждения с макромолекул, что лежит в основе
защитного действия добавок, предохраняющих по-
лимеры от разрушения под действием ионизирую-
щего излучения.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.К. Милинчук, Э.Р. Клиншпонт, С.Я. Пшежец-
кий. Макрорадикалы. М.: «Химия», 1980, 264 с.
2. N.I. Voronkina, O.A. Gunder, G.S. Zhdanov,
V.K. Milinchuk. Radiation and photoradiation processes
in methyl derivatives of polystyrene and in scintillation
compositions based on them //Functional materials.
1994, N1, p. 118–127.
3. L.M. Kutsyna, V.M. Golovenko, L.D.Kornilovskaya
//Zh.Prikl.Spectr. 1971, v. 15, p. 466.
4. V.B. Taraban, I.P. Shelukhov, G.S. Zhdanov,
N.I. Voronkina. The role of macroradicals in the de-
creasing of the plastic scintillators radiation resistance
//Radiat. Phys. Chem. (46). 1995, N 4-6, p. 1321–1324.
РЕКОМБІНАЦІЙНА ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ В ПЛАСТМАСОВИХ СЦИНТИЛЯТОРАХ
Н.І. Воронкіна, В.Г. Сєнчишин, В.К. Мілінчук, В.Б. Тарабан, Ю.Г. Залєський,
В.І. Скібін
Рекомбінаційну люмінесценцію в γ-опромінених полістиролі та сцинтиляторах на його основі вивчали при 77 К
збуджуючи світлом в полосу поглинання захвачених міжмолекулярними пастками електронів (λ ≥ 940 нм). Показано,
що у результаті рекомбінації вільних електронів з позитивно зарядженими центрами виникає люмінесценція
компонентів з найбільш низьким рівнем збудження, що експериментально підтверджує захисний ефект довгохвильової
люмінесціючої домішки у пластмасових сцинтиляторах.
RECOMBINATIONAL LUMINESCENCE IN PLASTIC SCINTILLATORS
N.I. Voronkina, V.G. Senchyshyn, V.K. Milinchuk, V.B. Taraban, Yu.G. Zaleskiy, V.I. Skibin
Recombinational luminescence in -irradiated polystyrene and scintillators on its basis has been studied at 77 K by raising
light in a strip of absorption of seized with intermolecular traps electrons (λ ≥940 nm). It is shown that as a result of recombina-
tion of the free electrons with positively charged centers there is a luminescence of components with the lowest located levels of
excitation, that is experimentally confirmed the protective effect of the long-wave luminescing additive in plastic scintillators.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 228-230.
230
|