Люминесцентное соединение поможет контролировать уровень облучения людей

09:01, 21 сентября 2022

Ученые нашли новое свойство у известного керамического материала

Фотография алюминатной керамики, сделанная на растровом микроскопе. Фото: Ceramics International.

Ученые УрФУ и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН обнаружили новое свойство у известного керамического материала — алюмината цинка. Сегодня этот материал применяется в оптике и при производстве лазеров, а химикам удалось расширить сферу его применения. В результате исследований они выяснили, что данное соединение, проявляющее люминесцентные свойства, можно использовать в дозиметрических целях: в качестве детектора, измеряющего поглощенную дозу радиоактивного излучения. Преимущество материала, синтезированного уральскими учеными, заключается в чувствительности именно к малым и средним дозам. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.

«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. Соединение имеет множество структурных дефектов, включая кислородные вакансии, которые способны захватывать бета-частицы, электроны, вылетающие из атомных ядер некоторых радиоактивных веществ при распаде», — поясняет инженер-исследователь лаборатории водородной энергетики УрФУ Георгий Старостин.

По словам исследователя, небольшой размер алюминатной керамики (цилиндр диаметром 1 см и массой 300 мг) позволяет использовать ее в качестве карманного детектора ионизирующих излучений для малых и средних доз. Это пригодится не только на предприятиях, где люди работают с радиоактивными веществами, но и для измерения уровня облучения в местах с повышенным радиационным фоном.

Для определения поглощенной дозы алюминат цинка помещается в место, где предположительно есть ионизирующее облучение. Дефекты, сконцентрированные в основном на границах зерен соединения, захватывают электроны и высвобождают их только при нагревании. Нагрев керамики происходит на специальной экспериментальной установке, которая определяет интенсивность излучения (термолюминесценции). По значению максимальной интенсивности пика на графике можно рассчитать поглощенную дозу, которую получает человек, находящийся в этом месте.

«Большое количество пор на поверхности керамики, на которых локализуются те самые структурные дефекты, способные захватывать электроны, образуется благодаря твердофазному методу синтеза. Мы установили, что твердофазный метод оптимален при синтезе алюмината цинка для дозиметрических приложений. С точки зрения дозиметрических свойств, образец, спеченный при температуре 1400 °C в течение пяти часов, является наиболее перспективной керамикой для использования в системах регистрации излучения. При необходимости технологию синтеза можно масштабировать ввиду ее простоты», — добавляет Георгий Старостин.

Справка

Алюминат цинка — соединение, проявляющее высокие люминесцентные свойства. Алюминат цинка является широкозонным полупроводником. С помощью этого соединения повышают КПД светильников и оптических приборов. Химические и физические свойства материала (термическая стабильность, высокая механическая стойкость и т. д.) делают его пригодным для применения в роли оптического покрытия, а также для различных матричных и фотоэлектронных устройств.