Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.)

Розглянуто нові класи сцинтиляційних матеріалів — композиційні та молекулярні полікристалічні сцинтилятори, розроблені останніми роками в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАН України (ІСМА). Отримані матеріалознавчі результати ґрунтуються на уточненій теорії радіолюмінесценції органічних конденсо...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
1. Verfasser:	Галунов, М.З.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Schriftenreihe:	Вісник НАН України
Schlagworte:	З кафедри Президії НАН України
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82124
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.) / М.З. Галунов // Вісн. НАН України. — 2015. — № 2. — С. 22-28. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-82124
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-821242015-05-26T03:02:00Z Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.) Галунов, М.З. З кафедри Президії НАН України Розглянуто нові класи сцинтиляційних матеріалів — композиційні та молекулярні полікристалічні сцинтилятори, розроблені останніми роками в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАН України (ІСМА). Отримані матеріалознавчі результати ґрунтуються на уточненій теорії радіолюмінесценції органічних конденсованих середовищ, також розробленій в ІСМА. Рассмотрены новые классы сцинтилляционных материалов: композиционные и молекулярные поликристаллические сцинтилляторы, разработанные в последнее время в Институте сцинтилляционных материалов НАН Украины (ИСМА). Полученные материаловедческие результаты базируются на уточненной теории радиолюминесценции органических конденсированных сред, которая также была разработана в ИСМА. New types of scintillation materials, namely, composite and molecular polycrystalline scintillators, which were designed recently in Institute for Scintillation Materials of NAS of Ukraine (ISMA), are discussed. These materials science results are based on the new version of a radioluminescence theory of organic condense media that was sprung up in recent years by scientists of ISMA. 2015 Article Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.) / М.З. Галунов // Вісн. НАН України. — 2015. — № 2. — С. 22-28. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82124 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України
spellingShingle	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України Галунов, М.З. Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.) Вісник НАН України
description	Розглянуто нові класи сцинтиляційних матеріалів — композиційні та молекулярні полікристалічні сцинтилятори, розроблені останніми роками в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАН України (ІСМА). Отримані матеріалознавчі результати ґрунтуються на уточненій теорії радіолюмінесценції органічних конденсованих середовищ, також розробленій в ІСМА.
format	Article
author	Галунов, М.З.
author_facet	Галунов, М.З.
author_sort	Галунов, М.З.
title	Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.)
title_short	Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.)
title_full	Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.)
title_fullStr	Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.)
title_full_unstemmed	Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.)
title_sort	радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні президії нан україни 10 грудня 2014 р.)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2015
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82124
citation_txt	Радіолюмінесценція органічних конденсованих середовищ: фундаментальні аспекти і застосування (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.) / М.З. Галунов // Вісн. НАН України. — 2015. — № 2. — С. 22-28. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT galunovmz radíolûmínescencíâorganíčnihkondensovanihseredoviŝfundamentalʹníaspektiízastosuvannâzamateríalaminaukovoídopovídínazasídanníprezidíínanukraíni10grudnâ2014r
first_indexed	2025-07-06T08:19:28Z
last_indexed	2025-07-06T08:19:28Z
_version_	1836884926180360192
fulltext	22 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 2 РАДІОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ ОРГАНІЧНИХ КОНДЕНСОВАНИХ СЕРЕДОВИЩ: ФУНДАМЕНТАЛЬНІ АСПЕКТИ І ЗАСТОСУВАННЯ За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 року Вступ Радіолюмінесценція, або сцинтиляція, — це явище люмінес- ценції, що виникає під дією іонізуючих випромінювань. Сцин- тилятори є найбільш універсальними і широковідомими мате- ріалами для реєстрації та ідентифікації іонізуючих випроміню- вань. На початку XXI ст. у зв’язку з необхідністю запобігання ядерному тероризму, гарантування безпеки ядерних станцій, проведення моніторингу довгострокових наслідків техноген- ної діяльності людини актуальним завданням стала реєстрація іоні зуючих випромінювань наднизької інтенсивності. Окремою важливою проблемою є детектування надзвичайно шкідливих для людського організму альфа- та інших заряджених части- нок, швидких нейтронів низьких енергій тощо. Для реєстра- ції таких видів іонізуючих випромінювань використовують органічні сцинтилятори, оскільки вони мають максимальну для люмінесцентних матеріалів концентрацію атомів водню, що забезпечує їх ефективність для реєстрації і спектроскопії швидких нейтронів, дуже малі значення густини, ефективно- З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИНАН УКРАЇНИ ГАЛУНОВ Микола Захарович — доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач відділу молекулярних і гетероструктурованих матеріалів Інституту сцинтиляційних матеріалів НАН України НТК «Інститут монокристалів» Розглянуто нові класи сцинтиляційних матеріалів — композиційні та мо- лекулярні полікристалічні сцинтилятори, розроблені останніми роками в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАН України (ІСМА). Отримані матеріалознавчі результати ґрунтуються на уточненій теорії радіолю- мінесценції органічних конденсованих середовищ, також розробленій в ІСМА. Ключові слова: радіолюмінесценція, сцинтилятор, іонізуючі випроміню- вання. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 2 23 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ го атомного числа та ефективного заряду ядер, що знижує практично до нуля ймовірність зворотного розсіяння заряджених частинок (коли частинка може відбитися від поверхні сцинтилятора і уникнути реєстрації). Застосу- вання цих матеріалів уможливлює роздільну реєстрацію різних випромінювань за формою сцинтиляційного спалаху. Для ефективної реєстрації надмалих потоків випромінювань необхідно збільшувати площину вхідного ві- кна детектуючої системи, що в деяких випад- ках складно зробити. Крім того, ці системи мають бути максимально дешевими, а їх ви- робництво — екологічно безпечним. Жоден із класичних типів органічних сцинтиляційних матеріалів (монокристалічні, пластмасові чи рідкі сцинтилятори) не відповідає усій сукуп- ності наведених вимог. Отже, постала потреба у створенні нових сцинтиляційних матеріалів: композиційних і молекулярних полікристаліч- них, так званої ван-дер-ваальсової кераміки. Ці нові сцинтиляційні матеріали виявилися перспективними не лише для вирішення стан- дартних завдань, а й для реєстрації як надма- лих, так і надвеликих потоків іонізуючих ви- промінювань. Особливості сцинтиляційного процесу в органічних молекулярних сцинтиляторах Органічні молекулярні системи, на відміну від іон-ковалентних неорганічних систем, мають не два, а три рівні структурної впорядкова- ності. Це внутрішньомолекулярні, електронна і між’ядерна, структури, а також надмолеку- лярна структура. Прикладом надмолекулярної структури для пластмасових сцинтиляторів є орієнтація їх макромолекул: хаотична для звичайних полімерів і впорядкована для, на- приклад, зшитих полімерів. Для монокриста- лів — це елементарна комірка, яка в реальному кристалі з певними незначними неточностями в орієнтації повторюється у просторі, формую- чи монокристалічну ґратку. Так, для систем із ван-дер-ваальсовим типом міжмолекулярного зв’язку надмолекулярні взаємодії можна пред- ставити як слабке збурення орієнтованого мо- лекулярного газу, оскільки енергія їх взаємодії на три порядки менша за енергію ковалентних взаємодій у молекулі. Водночас ці досить слаб- кі взаємодії можуть докорінно змінювати як просторову будову самих об’єктів, так і специ- фіку перебігу процесів перенесення зарядових станів і збуджень у них. Для молекулярних систем середній час, не- обхідний для перескоку носія заряду з однієї молекули на іншу, становить порядку 10−12 с, а час, потрібний для електронної поляризації су- сідніх молекул, — від 10−16 до 10−15 с. Тобто роз- мін енергії зарядових станів можливий лише в результаті взаємодії поляронів. Доведено, що для цих станів механізм взаємодії суттєво від- різняється, коли вони знаходяться на великих відстанях і на відстанях, менших за розміри їх поляризаційного оточення. Із цього випливає, що не можна, як це робилося в попередніх те- оріях, нехтувати впливом поляризаційних вза- ємодій на формування сцинтиляційного від- гуку. Ми показали, що поляризаційні ефекти насправді мають визначальний вплив на про- цеси формування, транспорту і рекомбінації зарядових станів в органічних твердих тілах. Зокрема, це дозволило не тільки пояснити розбіжності попередніх теорій і результатів експерименту, а й оцінити мінімальний розмір структурно досконалої частини сцинтилятора, подальше зменшення якої вже призводить до погіршення сцинтиляційних характеристик матеріалу. Сцинтилятори на основі мікромонокристалічних гранул Для розроблення сцинтиляційних систем, тех- нологія виготовлення яких не обмежувала б їх розміри, було висунуто ідею переходу до фор- мування цих систем з маленьких монокриста- лічних гранул. Тобто запропоновано перейти від створення матеріалів, які є суцільними се- редовищами, до матеріалів з мезоструктурами, макроскопічні властивості яких мають визна- чатися їх мікроскопічною неоднорідністю, яка, у свою чергу, пов’язана з розмірами мікромо- 24 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 2 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ нокристалічних гранул. Для з’єднання таких гранул у суцільний матеріал було розроблено два технологічних підходи: введення гранул у діелектричну гель-композицію (композицій- ний сцинтилятор) і спікання гранул у процесі гарячого пресування (органічні молекулярні полікристали, які формально можна назвати ван-дер-ваальсовою керамікою). Отримання монокристалічних гранул. Монокристалічні гранули органічних речовин отримували подрібненням у рідкому азоті ор- ганічних монокристалів або полікристалічно- го злитка (булі), який формувався у процесі очищення вихідної сировини зонною плавкою. Другий зі згаданих підходів було запатентова- но, оскільки уникнення найбільш енергоміст- кої стадії розрощування структурно доскона- лого монокристала дає змогу істотно здеше- вити процес отримання гранул. Було зроблено спробу поширити цей підхід і на неорганічні речовини, однак у цьому разі досягти пози- тивних результатів не вдалося, і гранули до- водилося одержувати механічним подрібнен- ням невеличких монокристалів, що пов’язано з механізмами люмінесценції — в органічних матеріалах люмінесценція має молекулярний характер, а в неорганічних іон-ковалентних системах - ґратковий. Тобто на відміну від ор- ганічних систем у неорганічних з руйнуванням кристалічної ґратки люмінесценція може змі- нитися докорінно або навіть узагалі зникнути. За допомогою каліброваних сит кристалічні гранули розділяли на фракції різного розміру. Вибрану фракцію гранул вводили в кремнійор- ганічний діелектричний гель або пресували. Отримання органічних полікристалів. Гаряче пресування подрібнених кристалічних гранул здійснювали за температури 2/3Тплав < < Тпрес < 4/5Тплав, де Тплав — температура плав- лення сировини, Тпрес — температура, яку під- тримують під час пресування. Подальше зрос- тання Тпрес, вище від межі 4/5Тплав, призводить до сублімації матеріалу, а її зниження нижче за межу 2/3Тплав — зменшує здатність вихідної сировини до пластичної деформації, оскільки в полікристалі утворюються пори, що знижує міцність матеріалу сцинтилятора і зумовлює розсіювання світла сцинтиляцій, різко змен- шуючи його сцинтиляційний сигнал. На відмі- ну від неорганічних систем оптимальний тиск одновісного стискання є істотно нижчим і до- рівнює 20—30 МПа. Отримання композиційних сцинтилято- рів. Вибрану фракцію монокристалічних гра- нул як органічних, так і неорганічних речовин вводили в кремнійорганічний діелектричний гель і за необхідності одержану масу до завер- шення процесу полімеризації переносили у формоутворювальний контейнер (наприклад, для тонких зразків це може бути навіть кільце) так, щоб забезпечити щільну упаковку крис- талічних гранул у матеріалі композиційного сцинтилятора. Крім цієї методики було розроблено низ- ку технологічних прийомів для ізотропного введення в гель-композицію органічних лю- мінофорів, причому не у вигляді впорядкова- них структур, якими є мікромонокристалічні гранули, а як окремі молекули. На практиці такі матеріали можуть становити інтерес для створення радіаційно стійких світловодів, що містять молекули люмінесцентної добавки, яка поглинає люмінесценцію сцинтилятора і випромінює фотони світла в більш довгохви- льовій ділянці, зміщуючи спектр радіолюмі- несценції сцинтилятора в зону його вищої про- зорості. Це не лише дозволяє уникнути втрат на реабсорбцію, а й дає змогу знімати сигнал з поверхні складної форми. Для отримання таких матеріалів готують розчин люмінесцентної добавки в толуолі. Розрахований об’єм розчину вводять в одну з компонент діелектричного гелю з наступним видаленням надлишку розчинника. Далі дода- ють необхідну кількість другої компоненти ді- електричного гелю, ретельно перемішують, пе- реносять у формоутворювальний контейнер, видаляючи повітряні включення, і залишають до повної полімеризації середовища. Гель-композиції. Використовували діелект- ричні кремнійорганічні гель-композиції Syl- gard-184, Sylgard-186, Sylgard-527, СКТН-МЕД (густиною 20 і 100 П), СУРЭЛ-СЛ-1, які се- рійно виробляють компанії DOW CORNING ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 2 25 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ (США) і СУРЭЛ (РФ). Дві компоненти ді- електричних гель-композицій змішують у відповідному співвідношенні й залишають у формоутворювальному кільці до повної полі- меризації. Особливості застосування сцинтиляторів на основі мікрокристалічних гранул для реєстрації іонізуючих випромінювань наднизької інтенсивності Композиційні сцинтилятори можна виготов- ляти будь-яких розмірів і форми, для чого потрібне лише відповідне формоутворюваль- не обладнання, проте перевозити і монтувати зразки дуже великих розмірів незручно. Саме тому було розроблено й запатентовано мето- дику з’єднання окремих частин в єдиний су- цільний зразок. На рис. 1 ліворуч показано два композиційних одношарових сцинтилятори, нанесених на оптичні скельця, праворуч — ті самі зразки, з’єднані в один композиційний сцинтилятор. На лінію з’єднання вказує стріл- ка. Якщо придивитися, можна побачити лише межу між скельцями, оскільки сам сцинтиля- тор є вже суцільним прозорим зразком. Для детекторів великої площини актуаль- ною стає проблема неоднорідності сигналу, тобто відмінності його значень у різних точках поверхні. Якщо позначити величини світло- вого сигналу в центрі детектора і в точці i від- повідно J1 і Ji, то неоднорідність виходу світла можна описати так: 1 1 i i J J LY J J − Δ = + . Вимірювання світлового сигналу компози- ційних сцинтиляторів на основі гранул як ор- ганічних, так і неорганічних речовин свідчать, що розкид значень неоднорідності виходу світла в різних точках поверхні сцинтилятора не перевищує 1 %. Для цих експериментів бра- ли сцинтилятори діаметром 20 см (зазначимо, що органічні монокристали такого розміру вже неможливо виростити). Розмір гранул вибирали в діапазоні від 0,5 до 1,0 мм. Роль «точки» опромінення відігравала опроміню- вана через коліматор частина поверхні сцин- тилятора діаметром 5 мм. Отже, такі значення неоднорідності виходу світла є нижчими за похибку вимірювання J, і можна стверджува- ти, що завдяки перемішуванню різних за сво- їми оптичними властивостями гранул під час виготовлення композиційних сцинтиляторів ці об’єкти демонструють високу однорідність сцинтиляційних властивостей. На основі композиційних сцинтиляторів було розроблено детектори швидких і тепло- вих нейтронів, альфа-частинок і електронів, а також комбіновані детектори, які з високою селективністю реєструють різні іонізуючі ви- Рис. 1. Демонстрація з’єднання окремих композицій- них сцинтиляторів у суцільний зразок Рис. 2. Полікристалічний сцинтилятор п-терфенілу з наскрізними порами, що містять сорбенти для прекон- центрації іонів певного типу 26 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 2 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ промінювання. На рис. 2 наведено унікаль- ний за своїми властивостями сцинтиляційний детектор на основі органічного полікристала п-терфенілу з наскрізними порами, які форму- ються з речовин, що мають високу сорбційну здатність до певного хімічного елемента. Це можуть бути як природні сполуки (наприклад, цеоліти), так і синтезовані, але вони мають бути не розчинними у воді. Для формування майбутніх пор їх заповнюють добре розчинни- ми у воді речовинами (наприклад, NH4HCO3), а після пресування зі сцинтилюючою основою отримані полікристали обробляють водою. Інакше кажучи, поєднуючи техніку прекон- центрування певних речовин (скажімо, у ви- падку стронцію виділятиметься в тому числі його радіоактивний ізотоп 90Sr) і техніку ре- єстрації випромінювань у 4π-геометрії, було створено нові полікристалічні сцинтиляційні матеріали. Крім того, було розроблено полікристалічні матеріали для реєстрації джерел електронів і альфа-частинок. Детектуючі системи на осно- ві цих матеріалів мають похибку реєстрації надмалих інтенсивностей іонізуючих випро- мінювань (одиниці Бк/л) набагато кращу, ніж на основі класичних рідких сцинтиляторів, які розробляли для реєстрації короткопробіжних випромінювань у 4π-геометрії. Це дозволило вперше атестувати воду питної якості на на- явність наднизької радіоактивності з малим (одиниці відсотків) значенням похибки. Особливості застосування сцинтиляторів на основі мікрокристалічних гранул для реєстрації надвеликих потоків іонізуючих випромінювань Одним із основних параметрів при реєстрації надвеликих потоків іонізуючих випромінювань є радіаційна стійкість матеріалу. Сцинтиляцій- ний матеріал вважають радіаційно стійким при дозі опромінення D, якщо його оптичні харак- теристики змінюються відносно їх значень за відсутності опромінення (D0 = 0) не більш як на 50 %. Ті експерименти, що плануються, і ті, що вже проводяться на прискорювачах заря- джених частинок і важких іонів нової генера- ції (наприклад, експерименти LHC у ЦЕРНі), висувають дуже жорсткі вимоги до радіаційної стійкості детекторів випромінювань. У най- ближчій перспективі будуть потрібні радіацій- но стійкі матеріали для доз близько 100 Мрад, що є надзвичайно складним викликом для ма- теріалознавців, які створюють сцинтиляційні детектори. Такі навантаження можуть витри- мувати лише лічені матеріали, і тому було б цікаво з’ясувати можливості тих нових класів матеріалів, про які йдеться. Вивчення радіаційної стійкості проводили разом зі співробітниками ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» за грантової під- тримки Державного фонду фундаментальних досліджень за конкурсним проектом «Меха- нізми впливу високих доз іонізуючих випромі- нювань на сцинтиляційні і оптичні властивості нових типів органічних детекторів». Роботи розпочалися наприкінці 2013 р. Опромінення зразків здійснювали на лінійному прискорю- вачі електронів ЛУ-10 в ННЦ ХФТІ електро- нами і фотонами гальмівного випромінювання з початковою середньою енергією електронів 9,1—9,4 МеВ за середнього струму пучка 800— 820 мкА з темпом набору дози 0,20±0,01 Мрад/ год (малий темп опромінювання) та близько 1500 Мрад/год (високий темп опромінюван- ня). Нерівномірність опромінювання на площі (500×500 мм2), на якій розміщувалися зразки, не перевищувала 3 %. Для визначення нако- пиченої дози при складанні радіаційної кар- ти дозових навантажень та інтегральної дози, яку отримали зразки під час опромінення, за- стосовували пластмасові дозиметри Harwell Perpex 4034(ISO/ASTM 51276) з точністю ви- мірювання дози ±5 % і плівкові дозиметри СО ПД(Ф)-5/150 з точністю вимірювання дози ±20 %. Величина інтегральної дози, яку отри- мали зразки монокристалічних, полікристаліч- них, композиційних сцинтиляторів та світло- водів унаслідок опромінення, перебувала в діа- пазоні 0,1—110 Мрад із відхиленням ±2 Мрад. Вимірювали також оптичну прозорість T (від- носно повітря), світловий сигнал L (світловий ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 2 27 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ вихід) і спектри люмінесценції та збудження зразків до і після опромінення. Для визначен- ня радіаційної стійкості матеріалів найбільший інтерес становили відносні величини Tвід і Lвід, тобто відношення значення T або L за певної дози опромінення D до значення цих величин до опромінення (D0 = 0). Гель-композиції. Найбільше радіаційне на- вантаження припадає на речовину, яка має найбільшу концентрацію у складі суміші. Для композиційних сцинтиляторів такою основою є діелектричні гелі. Ці матеріали не є люмі- несцентними, тому зразки атестували за від- носною оптичною прозорістю Tвід. При D = = 90 Мрад для різних гель-композицій у смузі люмінесценції можливих сцинтиляційних ма- теріалів Tвід коливалася від 5 до 25 %. Найкра- щі результати було отримано для Sylgard-184 і Sylgard-186. Органічні монокристали, полікристали і композиційні сцинтилятори на основі мо- нокристалічних гранул. Ці об’єкти втрачали радіаційну стійкість при дозах D ≤ 1 Мрад. До- датково було проведено такий експеримент. Сировину у вигляді дрібнодисперсного по- рошку опромінювали до D = 30 Мрад, очищу- вали, а потім з неї вирощували монокристали. Світловий вихід таких кристалів був на 15 % вищий, ніж вирощених з неопроміненої сиро- вини, що пов’язано з радіаційним руйнуван- ням домішок. Отримані в такий спосіб моно- кристали також втрачали радіаційну стійкість при дозах D ≤ 1 Мрад. Тобто низька радіаційна стійкість спричинена не наявністю домішок, а складністю відновлення монокристалічної структури цих моноклінних кристалів після опромінення. Композиційні матеріали, що містять ізо- тропно введені у гель-композицію окремі молекули органічних люмінофорів. Якщо висновки попереднього розділу справедливі, то об’єкти, які розглядаються у цьому розділі, мають бути радіаційно стійкими. Експеримен- ти проводили для гель-композицій з молеку- лами п-терфенілу (С18Н14), РОРОР (1,2-біс- (2-(5-фенілоксазоліл))-бензол — С24Н16N2О2), дифенілбутадієну (1,4-дифеніл-1,3-бутадієн — С16Н14). Справді, при опроміненні до D = = 90 Мрад ці матеріали залишаються радіацій- но стійкими. Композиційні матеріали, що містять гранули неорганічних монокристалів. Було досліджено композиційні сцинтилятори, які містили гранули силікату і піросилікату га- долінію, активовані церієм, — Gd2SiO5:Ce і Gd2Si2O7:Ce (далі — GSO:Ce і GPS:Ce), а та- кож тікору (Al2O3:Ti). До D = 100 Мрад вони виявилися радіаційно стійкими об’єктами. За- значимо, що для малого темпу опромінення розкид значень світлового виходу і прозорості був більший, ніж для високого темпу опромі- нення. На рис. 3 наведено значення відносного виходу світла для композиційних сцинтилято- рів на основі гранул тікору. Актуальність отриманих результатів, їх наукова значущість та перспективи використання Розв’язання найскладніших проблем реєстра- ції надмалих і надвеликих потоків іонізуючих випромінювань зумовило не лише розвиток теорії сцинтиляційного процесу, а й привело до створення нових класів сцинтиляційних мате- ріалів, що є вже не суцільними середовищами, а мезоструктурами, макроскопічні властивості яких визначаються їх мікроскопічною не од- но рідністю, пов’язаною з розмірами мікромо- нокристалічних гранул. Для з’єднання таких гранул у суцільний матеріал було розроблено Рис. 3. Відносний вихід світла композиційного сцин- тилятора, що містить гранули тікору різних розмірів. Темп опромінення (∼1500 Мрад/год): ∇ — 0,3—0,5 мм; * — 0,5—1,0 мм; • — 1,5—2,0 мм 28 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 2 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Н.З. Галунов Институт сцинтилляционных материалов НАН Украины пр. Ленина, 60, Харьков, 61001, Украина РАДИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ И ПРИМЕНЕНИЯ Рассмотрены новые классы сцинтилляционных материалов: композиционные и молекулярные поликристалли- ческие сцинтилляторы, разработанные в последнее время в Институте сцинтилляционных материалов НАН Украины (ИСМА). Полученные материаловедческие результаты базируются на уточненной теории радиолюми- несценции органических конденсированных сред, которая также была разработана в ИСМА. Ключевые слова: радиолюминесценция, сцинтиллятор, ионизирующие излучения. N.Z. Galunov Institute for Scintillation Materials of NAS of Ukraine 60 Lenin Ave., Kharkiv, 61001, Ukraine RADIOLUMINESCENCE OF ORGANIC CONDENSE MEDIA: BASIC ASPECTS AND APPLICATIONS New types of scintillation materials, namely, composite and molecular polycrystalline scintillators, which were designed recently in Institute for Scintillation Materials of NAS of Ukraine (ISMA), are discussed. These materials science results are based on the new version of a radioluminescence theory of organic condense media that was sprung up in recent years by scientists of ISMA. Keywords: radioluminescence, scintillator, ionizing radiation. два технологічних підходи: введення гранул у діелектричну гель-композицію і спікан- ня гранул у процесі гарячого пресування. Це уможливило отримання нових, більш дешевих сцинтиляційних матеріалів, які за основними параметрами близькі до класичних, а за дея- кими характеристиками навіть перевершують їх. Нові підходи значно розширили коло лю- мінесцентних матеріалів, придатних для вико- ристання у сцинтиляційній техніці. Заключні зауваження Можливості використання сцинтиляційних матеріалів із монокристалічних гранул до кінця ще не відомі. Однак, незважаючи на це, можна впевнено стверджувати, що ці мате- ріали є перспективними для застосування у багатьох галузях науки і техніки, а їх розви- ток сприятиме зміцненню економіки України. Отримані результати дають змогу зробити такі висновки. 1. Процес радіаційних перетворень має складний характер. Відношення сталих швид- кості люмінесценції в материнських і дочірніх центрах світіння визначає падіння чи зростан- ня інтенсивності світіння на час життя дочір- ніх центрів. 2. Молекулярні органічні впорядковані сис- теми (кристали, композиційні сцинтилятори на основі монокристалічних гранул) втрача- ють радіаційну стійкість уже при дозах опро- мінення D ≈ 1 Мрад. Невпорядковані системи (ізотропне введення окремих молекул у гель- композиційну матрицю) можуть бути радіа- ційно стійкими до D ≈ 90 Мрад. 3. Розроблено радіаційно стійкі композицій- ні матеріали, які можна використовувати як сцинтилятори або світловоди. 4. З огляду на властивості діелектричних гель-композицій, отриманих відповідно до роз- робленого технологічного підходу, значно роз- ширюється коло матеріалів для створення раді- аційно стійких композиційних сцинтиляторів.

Institution

Ähnliche Einträge