Новое слово в дозиметрии
Физики Уральского федерального университета разработали инновационные материалы для детекторов ионизирующего излучения с расширенным диапазоном измерения доз. Эта разработка открывает путь к созданию высокоточных приборов для индивидуальной дозиметрии и контроля технологических процессов на производстве.
Превосходя привычные решения
Сегодня основой большинства детекторов служат монокристаллы оксида алюминия Al₂O₃. Они имеют высокую чувствительность, но эффективно работают лишь с низкими дозами излучения (до 4-10 Гр), которые уже опасны для человека. Такие детекторы применяют для персонального контроля и мониторинга экологической обстановки.
Вызов современной науки
Прогресс в науке и технике привел к использованию более мощных источников излучения – до 100 и даже 1000 Гр, например, в ядерной медицине, при стерилизации медоборудования, дезинфекции упаковки или обработке полимеров. Недостаточная доза не достигнет цели, а избыточная замедлит процесс: чем слабее поток частиц, тем дольше накапливается необходимая доза.
Уникальные материалы УрФУ
Чтобы решить эту задачу, исследователи УрФУ предложили использовать вместо монокристаллов керамику на основе наноструктурного порошка оксида алюминия. Этот материал обладает повышенной радиационной стойкостью. Ученые изменяют его свойства, добавляя примеси различных металлов – процесс, известный как допирование.
Принцип действия и преимущества
«Допирование и спекание в вакууме при температуре до 1600°С создают в материале дефицит кислорода и, как следствие, дефектные структуры – ловушки для электронов, – рассказывает руководитель исследовательского коллектива, доцент Физико-технологического института УрФУ Сергей Звонарев. – При облучении электроны захватываются этими ловушками. Последующий нагрев высвобождает электроны, а регистрация этого потока позволяет с высочайшей точностью определить дозу облучения».
Нагрев также вызывает свечение (термолюминесценцию) разных длин волн — зеленое, синее или красное, что зависит от типа дефекта. Ключевая задача – путем варьирования примесей и условий синтеза – получить материал с максимальной интенсивностью свечения.
Оптимальные решения и перспективы
Методом проб ученые выявили, что наилучшими характеристиками для детекторов обладают керамики, допированные натрием или лантаном. Экономичные и эффективные, такие детекторы способны регистрировать дозы в невероятно широком диапазоне — от 0.1 до 300 Гр.
«Диапазон измерения этих образцов значительно превосходит возможности чистого Al₂O₃, а интенсивность люминесценции выше более чем в 10 раз по сравнению с другими добавками», – подчеркивает Сергей Звонарев.
Детекторы выполнены в виде миниатюрных дисков-таблеток диаметром 10 мм. Их преимущество – многоразовость: после измерения дозы детектор можно «обнулить» высокотемпературным отжигом и использовать снова.
Завершены успешные лабораторные испытания. Впереди – промышленные тесты детекторов и прототипа дозиметрического комплекса перед запуском в серийное производство, открывающее радужные перспективы широкого внедрения новинки.
Источник: scientificrussia.ru
