Замена тканеэквивалентных термолюминесцентных детекторов для космической дозиметрии: тетрабораты лития и магния против фтористого лития

Язык труда и переводы:
УДК:
539
Дата публикации:
01 декабря 2022, 23:18
Категория:
Необратимые оптические процессы
Авторы
Захарчук Иван Александрович
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН
Дайбаге Даниил Саюзович
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН
Осадченко Анна Владимировна
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН, Московский Политех
Селюков Александр Сергеевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН, Московский Политех
Амброзевич Сергей Александрович
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН
Гехт Милана Эмилевна
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Данилкин Михаил Игоревич
МФТИ; Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
Аннотация:
Рассмотрены отклики различных тканеэквивалентных материалов, используемых для изготовления термолюминесцентных детекторов, в зависимости от значений энергий ионизирующего излучения, приведены их сравнительные диаграммы и графики дозовых зависимостей. Показана линейность отклика для таких детекторов, в связи с чем сделан вывод о возможности их перспективного использования для детектирования радиации в условиях космических полетов.
Ключевые слова:
тетраборат, радиация, дозиметр, отклик, детектирование оптического излучения, ионизирующее излучение
Основной текст труда

Космическая радиация имеет сложный состав по видам и энергиям излучений. Значительную часть составляют протоны высоких энергий и различного рода тормозные излучения, возникающие непосредственно в обшивке и в деталях космических аппаратов.

Отклик материалов в зависимости от различных энергий ионизирующего излучения показан на рис. 1. 

Рис. 1. Отклик различных материалов в зависимости от различных энергий ионизирующего излучения

Таким образом, дозиметрия в космосе — это всегда дозиметрия смешанных радиационных полей, что подразумевает использование детекторов, не обладающих зависимостью отклика от энергии (см. рис. 1) [1]. Сильная зависимость отклика от энергии излучения характерна для материалов, в составе которых присутствуют ядра с большим зарядом. Детекторы, для которых не требуется вводить поправку на энергию ионизирующих излучений, называют тканеэквивалентными. Только такие детекторы и возможно применять для дозиметрии смешанных радиационных полей.

До недавнего времени хорошими тканеэквивалентными термолюминесцентными детекторами (ТЛД) считались материалы на основе LiF, так как для этого материала почти отсутствует зависимость отклика от энергии падающего ионизирующего излучения (см. рис. 1). Однако в случае высокой плотности ионизации в треке, что как раз и будет характерно для протонов, радиационные дефекты в LiF начинают агрегировать, и тогда повреждение материала становится необратимым, приводя к постепенному накоплению металлического лития и молекулярного фтора, а также к накоплению сложных агрегатов из анионных вакансий, которые при нагревании восстанавливаются лишь частично. Данное явление приводит к значительным ошибкам в определении дозы при считывании таких ТЛД, зато в последнее время набирает популярность флуоресцентного детектирования и анализа распределения треков тяжелых частиц в облученных этими частицами кристаллах LiF [2].

Рис. 2. Отклики для MgB4O7:Dy,Na (слева) и LiB4O7:Mn (справа) в зависимости от поглощенной дозы
Как видно из рис. 1, хорошей заменой ТЛД на основе LiF могли бы быть ТЛД на основе тетрабората лития (Zэфф = 7,4) и тетрабората магния (Zэфф = 8,4). Как было показано [3], сверхлинейность дозовой зависимости отклика и радиационная деградация детекторов на основе Li2B4O7:Mn зависит от равномерности распределения марганца в материале и от введенного соактиватора. Работа над технологией изготовления детекторов [4] позволила обеспечить равномерное распределение примесей, а, следовательно, и хорошую линейность отклика в зависимости от дозы радиации. На рис. 2 показаны дозовые зависимости площади под основным дозиметрическим пиком для ТЛД-800 (на основе Li2B4O7:Mn) и ТЛД-580н (на основе MgB4O7:Dy,Na).
Грант
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 20-02-00222 А
Литература
  1. Selvam T. P., Keshavkumar B. Monte Carlo investigation of energy response of various detector materials in and brachytherapy dosimetry. Journal of Applied Clinical Medical Physics, 2010, vol. 11, no. 4, pp. 70–82.
  2. Bilski P., et al. Fluorescent imaging of heavy charged particle tracks with LiF single crystals. Journal of Luminescence, 2019, vol. 213, pp. 82–87.
  3. Danilkin M.I., et al. Manganese agglomeration and radiation damage in doped Li2B4O7. Radiation Measurements, 2019, vol. 126, art. no. 106134.
  4. Верещагина Н.Ю., Данилкин М.И. Способ получения люминесцентной керамики, люминесцентная керамика и детектор ионизирующего излучения. Патент 2 660 866 Российская Федерация, 2018, бюл. № 19, 9 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.