Способ термической обработки вещества твердотельного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия

Способ термической обработки вещества твердотельного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВЕЩЕСТВА ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ДЕТЕКТОРА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНО- . BE OKCI-IAA АЛКМИНИЯ, включающий нагрев материала в вакууме, отличающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности одновременно по выходу термолюминесценции и термоэкзоэмиссии , вещество детектора нагревают в графитовом контейнере до плавления, выдерживают расплав при 2100-2200°С в течение 15-30 с и охлаждают со. скоростью 150-200°С/с, 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс проводят многократно, до достижения необ- § ходимой чувствительности рабочего ве (Л щества детектора. liu,mn.jt SW t-yi J-Я Z-D ( fs W noisoiaxojSBiaifson «fte/

А союз советских социАлистичесних

РЕСПИЬЛИН

G9) SU (ш

3 С 01 т 1/11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВЪ (21) 3314844/18-25 (22) 03.06.81 (46) 15.12.84. Бюл. ¹ 46 .IS

ГосудАРстВЕнный Комитет сссР

ПО делАм изОБРетений и ОтнРытий (72) М.С.- Аксельрод, А.Ф. Зацепин, В.С. Кортов и И.И. Мильман (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.М, Кирова (53) 621.387.464(088.8) (56) 1. Ме Dougall К.S. and Rudin S.

Thermoluminescent Dosimetry of Aluminum 0xide-Healtn Physics, v.19, № 2,,19?О, х. 281. . 2. Holzapfel G., Petel М., dieters С-U, Optimization of Flame

sintered AlzO> Exoelectron Dosimetry Materials — Nuclea Instruments

and Methods 175, 1980, р.р. 115-116.

3. Kulis P.À., Springis М.J. Та1е

I.À. and Vellis J.À. On the Мес? anism of the Recombination of oL-Аl О

Crystals with Nonsteichiometric

Excess of Aluminium — Phys Stat.

Sol{a), 58, 1980, р. 225 (прототип). (54) {57) 1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРА—

БОТКИ ВЕЦЕСТВА ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ДЕТЕКТОРА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНО-, BE ОКСИДА АЛОМИНИЯ, включающий нагрев материала в вакууме, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьпиения чувствительности одновременно по выходу термолюминесценции и термоэкэоэмиссии, вещество детектора на— гревают в графитовом контейнере до плавления, выдерживают расплав Йри

2100-2200 С в течение 15-30 с. и охлаждают со,скоростью 150-2000С/с, 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что процесс проводят многократно, до достижения необ- ж

Ф ходимой чувствительности рабочего вещества детектора. (П г

Е >- ((, t(:> ( () (((r -(ИН, ), 11!. .0 ()O((t> t..... с (T ° ft! (. г. .!(1

° . Н

О ") 1 (I 1Р . (1, г .; ()г >

«(О((! . с ,:.() ; (с 1 . () r)1-1;г . >;()(. г!

Г

\ с> . (К)((г((;T),()("i I..:: "(Г 1!-l ;;;

3 (гП) Г)() (> Г Г НИЕ 0Òi!0(: Т(. Н К:I() 3!(Г(Г 1;)!7 I f

ИО lf И. -3 с,1()(((Гf)(K И. 331>с t Е f f!TT f . П (..(с Н l! О К

)C!0(,Л(. )CO!(IT)!Е; K()((ОГ)ое,)()ТI-.!i f.:Л(1(Г-(3. I,(" ГП "Н(P;!) (!.;; IK . (1 "K I 1 t,i!, ITi; (;; . . -,!(1(Р)((> («1

Н Нг с31>(с ° - К(-,),г

ТГ 1 .НО . ТИ .К" Оз 11. ССН О 1!; . :(("1 с с; г;Ис 1("-,. И 3 0() T)(Т Е НН((Г Н)3 ((0-,; ) (1(г), О;1

>З

) fV l0(i 071 ()r1> 1 )О ГК (((: (ГЛ НО(с()

11!!t>!!;- (;)((1;Д 1 ..: с((Н(11:(3 1 I-, -.: . IИ 1(! (Н" i (Х (,! Д (,. 0)(0,(((с((„(; (1 °; Г «,1;;, . .; :,11 !)>г,, . .. (. t i!! IХ lf(((Т

>l>! : ., I; I: :(»(. :! :":! .!)I lr I 3 НН (;1 (! : - ".! (:. () i((1(И П((1((1! 1 i! f Н K;, 1! И (! . (((- .", .;t., ) (! (! (И(г „() .. t .1! i, i (! (,. ( (. с :. .", (. . . K (1:, i t,; "((с!, 1 П Т 1 1>l::, (,(;;, . t3, (. (ll; T! i1!(!(tl (:ГГП) г,, . (:p) >(Кlf tt;. C:!11r>1- . T! ПрИ 1 ЕМ((с-.pс. 7 " ПC

r." л ; » " ("t,t,- * Г T,I tf(T (1» 01" г ((>Д (П lr> "3 70

1 (С ., !!0",Pi >(0 - (1 ПОСТ(>П>:;(, Г(1>)-, РР 1Е .;"; iC. 0P0 П ., !10М711-(О C НИ " 1 ИН ! 1)и; е 11 1(ОСТИ "(> jpO 311/1 >0(1(еГ t вд ,,.) I r Н" ;!r! I .; ПО СПОC 0б ч — П)", ОТОТИП

l(3 " -: Е/:,:) (1 (1 Г О с(7(С 7(1 fCO! f f7 0Í ТГЯ ПИИ KH C

ГП О р Гг,! (Н!>) )(13 Я; (3; (С И(:. —:," H p O (3 г(!()г (И !3 Р Г—

ljC !! IT>llf I -f>rriC: с)ИИ 3 IЕК ТP()НОВ ) М (Н E>!!(HC

1 1,!(Меf(Ë )!Ь) C .p)f;Klf П()Ис30ДЯТ < pC . 3КОМ>

СИИ)г(Е if .70 .130Г iiP0 13!30ПИМОСТИ Г НОР С Т13

И (1-"..7)VКТУП >1 3ГГ1(-ТНЛ 7!:-.CK О!)(3. БЫ3 9937 держк,l расплава более 30 с в вакууме вызывает большую потерю кислорода и саз— дание высокой концентрации кислородных вакансий, чта снижает интенсивность

ТСЛ и 1СЭ 3 за счет концентрационного тушения, Жесткие восстановительные условия, в которых находится расплав, приводят к интенсивному выделению кислорода, сильному нарушению стехиоиетрии 10 окисла, а быстрое охлаждение с указанной скоростью обеспечивает "замораживание" созданной дефектности в структуре окисла.

Нижний предел интервала скорости охлаждения расплава, равный 150 С/с, определяется необходимостью зафиксировать (закалить) максимальную концентрацию дефектов, созданных в структуре окисла, требуемую для :«,îñòè->0 жения поставленной в изобретении цели. При скорости охлаждения расплава ниже 150 С/с повышения чувствительности вещества детектора одновременно по выходу термолюминесценции и термоэкзозмиссии не происходит вследствие недостаточно резкого остывания объема по сравнению с поверхкостным слоем материала. Верхний предел скорости охлаждения определяется теплопроводностью графитового

G контейнера и равен 200 С с.

При измерении количества кислорода, выделившегося из расплава, установлено, что чувствительность получа-35 емого рабочего вещества детектора (сумма импульсов под, пиком ТСЛ и ТСЗ на единицу поглощенной дозы) зависит от степени нарушения стехиоиетрии окисла. Такое разупарядочение кри- 40 сталлической решетки материала приводит к образованию повышенной концентрации центров захвата носителей заряда, что является физической причиной одновременного повышения интег-45 ральнага вь|хода ТСЛ и ТСЭЭ. Требуемых параметров рабочего вещества можно достигать также путем иногократного повторения цикла расплавление-выдержка-охлаждение. 50

Для реализации предложенного способа термообработки исходный материал (/t1 0 з) помещают В Графитавый контейнер, чта дополнительно усиливает восстановителЬные условия при 55 нагреве в вакууме. Нагрев и расплавление вещества в вакууме осуществляют путем непосредственного пропуска28 4 ния электрического така через графитавьпч контейнер, Необходимую скорос.ть охлаждения достигают применением массивных медных токопроводов с регулируеиым водяным охлаждением.

В результате применения описанного способа териообрабатки детекторы на аснавс окиси алюминия обладают высокой чувствительностью одновременно по выходу ТСЛ и ТСЭЭ, прич и термолюминесценция с полосой излучения в районе 420 нм имеет при нагреве единственный пик при 220 С. Последнее обстоятельство повышает удобство при считывании дозиметрической инфориа ии и обеспечивает хорошую сохраняеиость запасенной светосумиы, так как алним из основных факторов, определяющих фединг, является наличие в решетке материала детектора мелких уровней захвата. Кроме того, отсутствие мелких уровней является условием, необходимым для создания независимости выхода ТСЛ и ТСЭЭ от мощности дозы ионизирующего излучения.

В качеcтве примера конкретной реализации способа термической обработки в таблице приведены технологические режимы и палучаелсые параметры рабочих веществ, термаобработанных сущеc.BQ KJ+eMQ" "способy прототипу и предлагаемому способу.

Результаты экспериментальной про верки способа повьппения чувствительности приведены на фиг. 1 и 2 по ТСЛ и ТСЗЭ выходу соответственна. Кривые 1 соответствуют образцам монокристаллов лейкосапфира, обработанным по способу, принятому за прототип, кривые 2 — по предлагаемому способу. Облучение сбразцав проводилось фильтрованным рентгеновским излучением (V — анод, 60 кВ, 23 мА, 10 с, 10 рад).

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ термической обработки рабочих веществ детектора ионизирующих излучений обеспечивает одновременное увеличение интенсивности термолюминесценции и экзоэлектранной эмиссии. Чувствительность по люиинесцентному выходу (пик при 220 С) увеличивается в 300 раз при сумме импульсов пад кривой ТСЛ до

60000 импульсов/мрад. Кривая ТСЭЭ рабочего вещества, термически обработанного по предлагаемому способу, имеет три наиболее интенсивных пика

993728 (фиг. 2, кривая 2): при 220 С (син— хронный с пиком ТСЛ) в районе 300 С и основной дозиметрический пик при

470 С, который благодаря своему высокотемпературному положению имеет малый фединг и может использоваться для длительного накопления и хранения дозиметрической информации. Чувствительност по дозиметричсскому

ТСЭЭ-пику при 470 С составляет

200 импульсов/мрад и возрастает почти в 2 раза по сравнению с рабочим веществом, обработанным по способу, принятому за прототип.

Поскольку предлагаемый способ по своей физической сущности не и меняет химический состав вещества, тс такие характеристики детектора,, как ход с жесткостью„ спектр люминесценции детекторов, полученных по предлагаемому способу и существующему прототипу, не отличаются. Как правило, детекторы, термообработанные по предлагаемому способу, имею-г меньший ча 0,57 фединг, Б качестве базового объекта для сравнения чувствительности ныбирался

Са1 г . Ип. предлагаоблучают

Проведенстанjlàðòíüïë ТСЛ детектор

Объекты, обработанные по емому способу, и базовый в эквивалентных условиях ные измерения показывают вительность детекторов и

А1 0, термообработанных гаемому способу, более ч по ТСЛ выходу и в 10 ра выходу выше, чем у станд торов . что чувста основе по предлаем в 10 раз з по ТСЭЭ артных детекИзобретение позволяет пгименять детектор в смешанных полях излучений, эффективно разделять дозы проникающих (ТСЛ+ТСЭЭ выход) и непроникающих короткопробежных излучений (ТСЭЗ выход); использовать детектор в условиях повышенных температур (по ТСЭЭ выходу); резервировать информацию (по ТСЭЭ выходу); осуществлять технологический контроль за однородностью и воспроизводимостьк свойств детекторов при массовом производстве — no найденному критерию количеству выделившегося в процессе термообработки кислорода.

993728 а и

1 х а

С?

) Я о

Ф о!

Р;

I А

I i

1 v о

C)

С? о

СО

Ф С Е» ф

FA а о

v и

Г Г\ л ь 3

3 5 л 5 и (»4 Ф а о

В о о а о

jj

mO t и

Лев аа1 оо

Фм! и ла Ф хо

I Ф

Ф g Ю 3 ,,5 xо"„t о о о о о а

C)

М:? С 4

ln л ь с»4

О ь л ь

С?

993728

fg. jg9

Корректор A. Зимокосов

Редактор О, Юркова Техред М,Надa

Подписное

Филиал IIIIII "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная„ 4

Заказ 9203/? Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5