Термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів
A comparative characterization of undoped lithium tetraborate (LTB) and Cu-doped (LTB:Cu) single crystals to commercially produced TLD-100 and TLD-700 dosimeters is reported. The result shows that LTB:Cu is approximately 50 times more sensitive to gamma-radiation than LTB and 5 times as compared to...
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2011
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/449 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291582093524992 |
|---|---|
| author | Ignatovych, M. |
| author_facet | Ignatovych, M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "M. Ignatovych",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Ignatovych, M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:38:50Z |
| description | A comparative characterization of undoped lithium tetraborate (LTB) and Cu-doped (LTB:Cu) single crystals to commercially produced TLD-100 and TLD-700 dosimeters is reported. The result shows that LTB:Cu is approximately 50 times more sensitive to gamma-radiation than LTB and 5 times as compared to TLD-100 and TLD-700. At the same time LTB is 5 times more sensitive to thermal neutrons which suggests the application of paired LTB and LTB:Cu for mixed gamma-neutron field dosimetry. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2011. Вып. 3(18). С. 206–211 206
УДК 535.37+546.27
ТЕРМОЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ТА ДОЗИМЕТРИЧНІ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТКАНИНО-ЕКВІВАЛЕНТНИХ
ЛЮМІНОФОРІВ
М.В. Ігнатович
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03164, Україна
Проведено комплексне термолюмінесцентне (ТЛ) дослідження зразків нелегованого та
легованого міддю монокристалічного тетраборату літію (ТБЛ) в умовах дії γ-випромінювання,
теплових та швидких нейтронів. Порівняно дозиметричні характеристики синтезованих
зразків з чутливістю широковживаних промислових дозиметричних матеріалів TLD-100
(LiF:Mg, Ti) та TLD-700 (7LiF:Mg, Ti) виробництва фірми Harshow (США).
Показано, що ТЛ чутливість до γ-випромінювання у ТБЛ:Cu в 5 разів вища за ТЛ-
чутливість широковживаного промислового (Harshow USA) ТЛ дозиметра LiF:Mg,Ti. Висока
чутливість нелегованого ТБЛ до теплових нейтронів робить використання пари ТБЛ - ТБЛ:Cu
перспективним для селективної дозиметрії в змішаних гамма-нейтронних полях.
Вступ
Проблема перетворення об’єкта «Укриття» в екологічно безпечну споруду, що
передбачає вивантаження та захоронення значних мас високорадіоактивного палива,
вимагає візуалізації та швидкого детектування високоенергетичних «жорстких» видів
іонізуючого випромінювання (ІВ) з надзвичайно високими значеннями доз та
потужностей доз (105 – 106 Гр/с). Отже, і після 25 років з часу аварії на ЧАЕС
залишається актуальною розробка дозиметричних матеріалів, придатних до роботи в
екстремальних умовах.
Впродовж багатьох років нами досліджувались радіолюмінесцентні властивості
(при потужностях доз 105 – 106 Гр/с) полікристалічних європійвмісних
кристалофосфорів галогенідного фосфатного та оксидного типів, які виявили:
1) високу конверсійну ефективність – здатність перетворювати поглинену
енергію «жорстких» видів ІВ в інтенсивне світлове випромінювання в широкому
діапазоні від фіалкового до червоного;
2) лінійну залежність інтенсивності радіолюмінесценції від потужності дози в
інтервалі 3–45 МГр/с;
3) високу радіаційну та термічну стабільність – збереження випромінювальних
характеристик при тривалій дії ІВ (до 10000 Гр) та високих температурах (до 500 °С).
Ці результати засвідчують перспективність використання даних матеріалів для
дозиметрії «жорстких» видів ІВ в екстремальних умовах: при аварійних викидах та в
місцях захоронення високоактивних та радіоактивних відходів [1].
Разом з цим радіаційний моніторинг «зони відчуження» та дозиметрія персоналу
вимагають прецизійної дозиметрії в інтервалі значно нижчих значень доз (10-3– 10-1 Гр).
При цьому важливим для матеріалів персональної та клінічної дозиметрії є умова їх
тканино-еквівалентності. Цим вимогам ідеально відповідають леговані тетраборати
літію, для яких здатність до поглинання ІВ Zеф дорівнює 7,3 і є найбільш близькою до
такої для м’язових тканин Zеф=7,42 [2].
207
Тканино-еквівалентність ТБЛ-матеріалів зумовлює їх успішне використання в
персональній та клінічній дозіметрії (зокрема, в радіотерапії), яке базується на методиці
ТЛ. Серед легованих ТБЛ-матеріалів монокристалічних та полікриталічних найкращі
показники виявили ТБЛ-монокристали, леговані міддю (ТБЛ: Cu) або одночасно міддю
та сріблом (ТБЛ: Cu, Ag) [3–4]. Перевагами термолюмінофора ТБЛ:Cu є висока
радіаційна стабільність, лінійність дозової залежності у широкому інтервалі (10-3 –
103 Гр), незначна енергетична залежність в діапазоні енергій (10 кеВ – 2 МеВ) [5].
Впродовж останніх років ми систематично вивчаємо фундаментальні
спектральні характеристики монокристалічних та склоподібних ТБЛ-матеріалів,
легованих Cu, Eu, Ag, Mn з використанням методик фотолюмінесценції,
радіолюмінесценції, оптичного поглинання та ЕПР. Згідно одержаних даних, названі
характеристики ТБЛ-матеріалів визначаються природою, зарядовим станом та
локальною симетрією легуючої домішки та станом ТБЛ-матриці [6–8].
Слід однак підкреслити, що експлуатаційні характеристики ТБЛ-люмінофорів,
отриманих різними авторами, часом суттєво відрізняються залежно від технології
отримання зразків. Тому задачею даного дослідження є вивчення ТЛ-характеристик
синтезованих нами монокристалічних зразків нелегованого та легованого ТБЛ:Cu
порівняно зі зразками найбільш широко вживаних промислових термолюмінофорів.
Зразки та методики термостимульованої люмінесценції
Монокристали нелегованого ТБЛ та ТБЛ: Cu отримували за методикою
Чохральского. Легування міддю проводили, додаючи певні кількості CuO, або Cu2O у
вихідну шихту для вирощування монокристалів. Вміст Cu в зразках визначався
методом атомно-абсорбційної спектроскопії і був в межах 7·10-4 – 5·102 % мас.
При дослідженні ТЛ-характеристик використовувались пластинки
монокристалів розмірами 5×5×1 мм (по 5 пластин кожної концентрації). Для
порівняння в абсолютно аналогічних умовах вивчались таблетки розмірами 3×3×0,9 мм
полікристалічних промислових термолюмінофорів: TLD-100 (LiF:Mg, Ti); TLD-700
(7LiF:Mg, Ti); TLD-700H (7LiF:Mg, Cu, P) виробництва фірми Harshow (США) та D-3
(Al2O3: Mg, Y) виробництва Угорщини. Перед опроміненням та реєстрацією кривих
термовисвічування всі зразки відпалювались протягом 4 год при температурі 300 °С.
Гамма-фотонне опромінювання здійснювалось з використанням джерел 137Cs, 60Co;
нейтронне та змішане гамма-нейтронне опромінення зразків проведено на дослідному
реакторі. Криві термовисвічування записані з використанням обладнання Harshow 3500
та Harshow 2000. Зчитування кривих ТЛ здійснювалось при програмованій швидкості
нагріву зразків 5°С/с. Для перевірки відтворюваності результатів кожен дослід
опромінення-зчитування повторювався 10 разів. Подані на рис. 1 та 4 дані є
репрезентативними.
Тривимірні спектри термолюмінесценції (3В-TL), що одночасно відтворюють
залежність інтенсивності ТЛ як від температури, так і довжини хвиль, записані
експериментально в відділі матеріалозавства Університету міста Мілан (Італія).
Термолюмінесцентні характеристики
На рис. 1 типові криві термовисвічування при опроміненні зразків дозою 1 Гр.
Слід зазначити, що характер кривих зберігається і при інших дозових навантаженнях
(20, 55, 117, 230, 455 мГр), отриманих за різний час опромінення в інтервалі 15 – 240 хв.
Максимуми на кривих термовисвічування знаходяться в інтервалі 200 – 260 °С.
Дані рис. 1 та таблиці свідчать, що ТЛ-чутливість до гамма-опромінення у
ТБЛ:Cu в 5 разів перевершує ТЛ-чутливість промислового зразка TLD-700. Важливо
також, що ТЛ-чутливість ТБЛ:Cu в 50 разів вища за ТЛ-чутливість нелегованного ТБЛ.
208
Такий результат свідчить про визначальну роль легуючої домішки Cu для ТЛ-
чутливості щодо гамма-фотонів.
Рис. 1. Криві термовисвічування зразків, опромінених гамма-фотонами Со60, доза 1Гр.
Таблиця 1. Чутливість термолюмінесценції зразків ТЛБ та ТЛБ: Cu у порівнянні з
промисловим зразком TLD-700.
Зразки Чутливість термолюмінісценції (відн.од) при опроміненні
гамма-фотони Со60 термонейтрони, 1011 /см2
LTB
нелегований тетраборат 0,1 429±3
LTB:Cu
тетраборат, легований Сu 5,0 84±6
TLD-700
LiF:Mg, Ti (Harshow USA) 1,0 28±2
Рис. 2. – Тривимірні спектри термолюмінесценції зразків ТБЛ:Cu (а) та ТБЛ (б).
б а
209
Наведені на рис. 2 (а,б) тривимірні спектри термолюмінесценції (3В–TL)
однозначно показали суттєво різний характер спектрів 3В–TL для зразків нелегованого
ТБЛ та ТБЛ:Cu. У випадку ТБЛ:Cu в ТЛ-спектрі спостерігаються два чітко разділені
піки з максимумом в області 370 нм, що є характерним для емісії одновалентної міді.
ТЛ-випромінювання нелегованного ТБЛ (рис. 2б) суттєво відмінне як за формою
спектра, так і за інтенсивністю. Саме ця обставина може пояснювати надзвичайно
низьку (в 50 разів меншу) чутливість нелегованого ТБЛ щодо гамма-випромінювання.
Рис. 3. Криві термовисвічування дозиметрів, опромінених у змішаному
g-термонейтронному полі ( потік 1011 нейтрон/см2; доза 62 мГр).
На рис. 3 приведено криві термовисвічування досліджуваних зразків при
опроміненні в змішаних гамма-нейтронних полях. В цьому випадку (див. табл.) ТЛ-
чутливість ТБЛ:Cu теж виявляє кращі (в 2,5 рази) показники в порівнянні з
промисловим зразком TLD-700. Однак найбільш важливим є виявлений факт високої
ТЛ-чутливості нелегованого ТБЛ-монокристала, яка в 5 разів перевершує ТЛ-
чутливість ТБЛ: Cu.
Варто зазначити, що обидва монокристалічні зразки ТБЛ та ТБЛ:Cu виявили
незмінність ТЛ чутливості при тривалій дії видимого та УФ опромінення. Вказана
характеристика вигідно відрізняє їх від полікристалічних тетраборатних аналогів [3, 4].
Нещодавно в спільному дослідженні з лабораторією дозиметричних матеріалів
Інституту Руд’єр Бошковича (м. Загреб Хорватія) зразки монокристалів нелегованого
ТБЛ та ТБЛ:Cu були протестовані в умовах опромінення швидкими нейтронами (з
енергією 14,5 МеВ) та в змішаному (n+g) полі.
Отримані дані представлено на рис. 4. Результати засвідчують лінійну
залежність в інтервалі малих доз (1-50 мГр) для обох зразків - ТБЛ та ТБЛ:Cu.
Цікаво, що при опроміненні швидкими нейтронами енергією 14,5 МеВ та в
змішаному (n+g) полі більшу (~1,55 разів) ТЛ чутливість показали зразки легованого
ТБЛ:Сu в порівнянні з нелегованим ТБЛ, на відміну від поведінки цих зразків у полі
теплових нейтронів.
210
Рис. 5. Дозова залежність зразків ТБЛ:Cu (1) та ТБЛ (2): а) при опроміненні швидкими
нейтронами 14,5 МеВ; б) в змішаному (n+g) полі.
Подяка
Дане дослідження є частиною спільних проектів з Інститутом електронної фізики
НАН України (м. Ужгород), Інститутом ізотопів АН Угорщини (м. Будапешт) та
Інститутом Рудьєр Бошковича (Хорватія, м. Загреб). Автор висловлює подяку за плідну
співпрацю д-ру Вадиму Головею, Маргарет Ошвай, Марії Раногаєц – Комор та Саветі
Мілянчич.
Література
1. Ignatovych Magdalyna, Kelemen Andras. Europium-doped luminophors for radiation
monitoring in the wide-dose ranges // Proc. Int. Conf. “25 years after Chernobyl
Accident. Safety for Future” (April 20-22, 2011, Kyiv, Ukraine). – P.112–116.
2. McKeewer S.W.S, Moscovitch M., Townsend P.D. Thermoluminescence dosimetry
materials: properties and uses. – Ashford, England: Nuclear Technology Publishing,
1995. – 204 p.
3. Prokic M. Lithium Borate Solid TL Detectors // Radiat. Meas. – 2001. – V. 33. – P. 393–
396.
4. Prokic M. Dosimetric characteristics of Li2B4O7:Cu,Ag, P solid TL detectors // Radiat.
Prot. Dosim. – 2002. –V.100. – P. 265–268.
5. Takenaga M., Yamamoto O., Yamashita T. Preparation and characteristics of Li2B4O7:Cu
phosphor // Nuclear Instruments and Methods. – 1980. – V. 175. – P. 77–78.
6. Ignatovych M., Holovey V., Watterich A., Vidoczy T., Baranyai P., Kelemen A.,
Chuiko O. Luminescence characteristics of Cu- and Eu-doped Li2B4O7 // Radiat. Meas. –
2004. – V.38. – P. 567–570.
7. Ignatovych M., Holovey V., Watterich A. UV and electron radiation-induced
luminescence of Cu- and Eu-doped lithium tetraborates // Radiat. Phys. Chem. – 2003. –
V. 67. – P.587–591.
8. Ignatovych M., Holovey V., Vidóczy T. Spectroscopy of Cu- and Ag-doped single crystal
and glassy lithium tetraborate: luminescence, optical absorption and ESR study // Func.
Mater. – 2005. – V. 12. – P. 313–316.
а
б
211
ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТКАНЕ-ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЛЮМИНОФОРОВ
М.В. Игнатович
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина
Приведены результаты сравнительной характеристики синтезированных моно-
кристаллических образцов нелегированного и легированного медью тетрабората по отношению
к промышленным образцам TLD-100 и TLD-700 фирмы Harshow (США). Показано, что при
гамма-облучении образцы ТБЛ:Cu примерно в 50 раз более чувствительны по сравнению с
образцами нелегированного ТБЛ и в 5 раз – TLD-100 и TLD-700 . В то же время ТЛ
чувствительность нелегированного ТБЛ в поле термонейтронов в 5 раз превосходит
чувствительность ТБЛ:Cu. Это прозволяет использовать пару ТБЛ - ТБЛ:Cu для селективной
дозиметрии в смешанных гамма-нейтронных полях.
THERMOLUMINESCENT AND DOSIMETRIC CHARACTERISTICS
OF TISSUE-EQUIVALENT LUMINOPHORS
M. Ignatovych
Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine
17 General Naumov Str., Kyiv, 03164, Ukraine
A comparative characterization of undoped lithium tetraborate (LTB) and Cu-doped (LTB:Cu)
single crystals to commercially produced TLD-100 and TLD-700 dosimeters is reported. The result
shows that LTB:Cu is approximately 50 times more sensitive to gamma-radiation than LTB and 5 times
as compared to TLD-100 and TLD-700. At the same time LTB is 5 times more sensitive to thermal
neutrons which suggests the application of paired LTB and LTB:Cu for mixed gamma-neutron field
dosimetry.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-449 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:12:24Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/e1/e23242937adab595d865ddac198774e1.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4492018-11-27T09:38:50Z Thermoluminescent and dosimetric characteristics of tissue-equivalent luminophors Термолюминесцентные и дозиметрические характеристики ткане-эквивалентных люминофоров Термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів Ignatovych, M. A comparative characterization of undoped lithium tetraborate (LTB) and Cu-doped (LTB:Cu) single crystals to commercially produced TLD-100 and TLD-700 dosimeters is reported. The result shows that LTB:Cu is approximately 50 times more sensitive to gamma-radiation than LTB and 5 times as compared to TLD-100 and TLD-700. At the same time LTB is 5 times more sensitive to thermal neutrons which suggests the application of paired LTB and LTB:Cu for mixed gamma-neutron field dosimetry. Приведены результаты сравнительной характеристики синтезированных моно-кристаллических образцов нелегированного и легированного медью тетрабората по отношению к промышленным образцам TLD-100 и TLD-700 фирмы Harshow (США). Показано, что при гамма-облучении образцы ТБЛ:Cu примерно в 50 раз более чувствительны по сравнению с образцами нелегированного ТБЛ и в 5 раз – TLD-100 и TLD-700 . В то же время ТЛ чувствительность нелегированного ТБЛ в поле термонейтронов в 5 раз превосходит чувствительность ТБЛ:Cu. Это прозволяет использовать  пару ТБЛ - ТБЛ:Cu для селективной дозиметрии в смешанных гамма-нейтронных полях. Проведено комплексне термолюмінесцентне (ТЛ) дослідження зразків нелегованого та легованого міддю монокристалічного тетраборату літію (ТБЛ) в умовах дії γ-випромінювання, теплових та швидких нейтронів. Порівняно дозиметричні характеристики синтезованих зразків з чутливістю широковживаних промислових дозиметричних матеріалів TLD-100 (LiF:Mg, Ti) та TLD-700 (7LiF:Mg, Ti) виробництва фірми Harshow (США). Показано, що ТЛ чутливість до γ-випромінювання у ТБЛ:Cu в 5 разів вища за ТЛ-чутливість широковживаного промислового (Harshow USA) ТЛ дозиметра  LiF:Mg,Ti. Висока чутливість нелегованого ТБЛ до теплових нейтронів робить використання пари ТБЛ - ТБЛ:Cu перспективним для селективної дозиметрії в змішаних гамма-нейтронних полях. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2011-08-29 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/449 Surface; No. 3(18) (2011): Surface; 206-211 Поверхность; № 3(18) (2011): Поверхность; 206-211 Поверхня; № 3(18) (2011): Поверхня; 206-211 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/449/448 Авторське право (c) 2011 M. Ignatovych |
| spellingShingle | Ignatovych, M. Термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів |
| title | Термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів |
| title_alt | Thermoluminescent and dosimetric characteristics of tissue-equivalent luminophors Термолюминесцентные и дозиметрические характеристики ткане-эквивалентных люминофоров |
| title_full | Термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів |
| title_fullStr | Термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів |
| title_full_unstemmed | Термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів |
| title_short | Термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів |
| title_sort | термолюмінесцентні та дозиметричні характеристики тканино-еквівалентних люмінофорів |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/449 |
| work_keys_str_mv | AT ignatovychm thermoluminescentanddosimetriccharacteristicsoftissueequivalentluminophors AT ignatovychm termolûminescentnyeidozimetričeskieharakteristikitkaneékvivalentnyhlûminoforov AT ignatovychm termolûmínescentnítadozimetričníharakteristikitkaninoekvívalentnihlûmínoforív |