Ученые синтезировали люминесцентную керамику для датчиков уровня облучения
Исследование люминесцентных свойств алюмината цинка, которое установило возможность использовать его в дозиметрических целях, выполнили ученые Уральского федерального университета (УрФУ) и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, 21 сентября сообщает пресс-служба УрФУ.
Алюминат цинка — керамический материал, широко используемый в оптике и при производстве лазеров. Химики нашли ему новое применение, основанное на его люминесцентных свойствах, — служить детектором, измеряющим поглощенную дозу радиоактивного излучения.
Уральские ученые синтезировали алюминат цинка, структура которого способствовала его чувствительности именно к малым и средним дозам облучения.
Результаты исследования материала ученые представили в статье «Сравнение люминесцентных свойств ZnAl₂O₄, синтезированного цитратно-нитратным автосжиганием и твердофазным синтезом», опубликованной в журнале Ceramics International.
Инженер-исследователь лаборатории водородной энергетики УрФУ Георгий Старостин пояснил: «Алюминат цинка — это керамический материал, который уже активно применяется для производства сенсоров, солнечных батарей и лазерных технологий. Мы решили изучить перспективы его применения в качестве детектора излучения, так как он обладает необходимыми для этого свойствами».
Это соединение обладает множеством структурных дефектов, в том числе кислородными вакансиями, способными захватывать бета-частицы — электроны, вылетающие из атомных ядер некоторых радиоактивных веществ при распаде, рассказал Старостин.
При этом алюминатная керамика небольшого размера (цилиндр диаметром 1 см и массой 300 мг) может использоваться в качестве карманного детектора малых и средних доз ионизирующих излучений.
Такие датчики могут быть использованы на предприятиях, где люди работают с радиоактивными веществами, а также для измерения уровня облучения в местах с повышенным радиационным фоном.
Поглощение излучения алюминатом цинка в эксперименте происходит следующим образом. Когда образец такого материала помещается в место, где есть ионизирующее облучение, дефекты, сконцентрированные в основном на границах зерен соединения, захватывают электроны и высвобождают их только при нагревании.
Нагрев образца производится на специальной экспериментальной установке, которая и определяет интенсивность поглощенного излучения по термолюминесценции. По значению максимальной интенсивности пика на графике можно рассчитать поглощенную дозу, которую получил бы человек, находящийся в этом месте.
«Большое количество пор на поверхности керамики, на которых локализуются те самые структурные дефекты, способные захватывать электроны, образуются благодаря твердофазному методу синтеза», — рассказал Георгий Старостин.
Исследователи установили, что твердофазный метод синтеза алюмината цинка оптимален для дозиметрических приложений. При этом наилучшие дозиметрические свойства продемонстрировал образец, спеченный при температуре 1400 °C в течение пяти часов.
Ученые считают, что синтезированная таким методом керамика является наиболее перспективной для применения в системах регистрации излучения. Разработанная экспериментальная технология синтеза может быть легко масштабирована ввиду ее простоты, добавил ученый.
