Спектроскопия радиационных дефектов в активированных кристаллах фторида лития тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

национальная академия наук

кыргызской республики ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

Р Г Б ОЛ

На правах рукописи

1 5 ДНК Ш8

КОРОЛЕВА Татьяна Станиславна

СПЕКТРОСКОПИЯ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В АКТИВИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛАХ ФТОРИДА ЛИТИЯ

01.04.07. — Физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Бишкек — 1996

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

На преяах рукописи

КОРОЛЕВА ТАТЬЯНА СГАНИСЛАВНА

СПЕКТРОСКОПИЯ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В АКТИВИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛАХ ФТОРИДА ЛИТИЯ

01.04.07. - физика твердого пала

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Бишкек - 1996

Работа выполнена в Институте физики Национальной Академии наук Кыргызской Республики

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

член-корреспондент ПАИ КР, звслукекннй деятель науки КР

ШЫШиН А.А.1

кандидат фиэико-ыатвмвтических наук, с.н.с. КВДИБАЕВ Ы.М.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор АРАПОВ Б.А.

кандидат физико-математических наук ХАЙДАРОВ К.Х.

Ведущая организация: Кыргызский государственный

педагогический университет им. И.Ар&Оаева

Защита состоится " 20 " декабря 1996г. в 14-00 часов на заседании Специализированного совета Л 01.94.08 по присуждению ученых степеней доктора и кандидата наук в Институте физики НАН Кыргызской Республики по адресу:

720071, г.Бишкек", прося. Чуй, 265-а.

О диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке НАН Кыргнаокой Республики.

Автореферат разоолан 11 ¿У " 1996 г.

Ученый секретарь Специализированного совета /

к.ф.-ы.Н. 0. Шронкоаа Л.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Без искусственно выращенный монокристаллов сейчас нельзя представить себе многие отрасли науки и техники -квантовую электронику, технику сверхвысоких частот, ракетную технику, акустику и оптику сверхвысокого разрешения, голографию и т.д. Особое место среди огромного многообразия кристаллов занимают щелочногалоидные кристаллы. Благодаря простой и хорош изученной кристаллической и электронной структуре они являются прекрасными модельными объектами для изучения различных кристаллических дефектов и механизмов их образования. Как показали многочисленные исследования, именно атомарные и электронные несовершенства структуры кристаллических решеток во многом определяют свойства кристаллов. Возможность управления 'типом, концентрацией и распределением преднамеренно созданный дефектов позволяет целенаправленно изменять свойства кристаллов для широкого практического применения и решения чисто технических задач. Например, их используегг'в оптических квантовых генераторах, для изготовления призм и линз в инфракрасной спектроскопии, записи голо графического, изображения, создания активных сред для перестраиваемых по частоте лазеров . сцинтилля-ционных счетчиков, дозиметров ионизирующего излучения.

Широко исследуются кристаллы, активированные металлами переходных групп - железом, редкоземельными элементами, а также актинидами. Однако кристаллы Фтористого лития, активированные шестивалентным ураном и одновременно второй примесью, являются одной из своеобразных и сравнительно мало изученных систем. Уже несколько десятилетий назад была обнаружена очень яркая люминесценция кристаллов НИ и Пар, содержащих шестивалентный уран. Хотя надежды на прямое использование ии в качества -сред для генерации не опрайдапись, был обнаружен ряд интересных спектроскопических свойств этих кристаллов. Особенно большой интерес представляет исследование их дозиметрических свойств.

Цель работу; Исследование спектров оптического поглощения и люминесценции кристаллов ИР: и. Ре и Ь1Р:1),гп с разным содержанием соактиваторов, их изменения под действием рентгеновского излучения с целью поиска новых оптических материалов для регистрации ионизирующего излучения.

Для достижения этой цели были сформулированы следушма

I. Исследовать влияние соактиваторов цинка и железа на

eiifjK'iPü üor'jioiuüHusi н Jitomiibctitiuanu кристаллов Li)::U: промчали-ошн'шач'ь ьазиощшв модели uuirnxm лншшесцйпиии, шьстственнин за наиболее" инчс-нспыша линии и сшктр-м иссдедоьанник кристап-лон.

ii. ИссЛйЦивачТ. №МСгНиШ1е СГШКЦЮЬ иКТИЬстфНйГО аоглйща-ния kphctu.ii лов LiF:U, 2а ti LtF:U, Ге под действием рентгеновского облучения и послодушйго отжига.

3. Исслыишат!) влияние соанливатерои на процессы образования и накопления иинтрсв ükix-jckh и к ристал лак фторида лития с пришсью ytfctm.

4. Иесльдсжать 'шрыи'шскуч устойчивость НО ь кристаллах 1.1F": U, Не.

5. Иеедециь«»и '¡ерм.л.-тнмулин^иинную июмннёсиении») кристаллов 1.1 Г". U. "¿II и LiF: II, Fu при 'шмпйратуран вышн 3C1UK с ivimkh ЗРЕНИЯ ПРИГОДНОСТИ ЭТИ« ЛЮМИНОФОРОВ для дозиметрии.

U. Исследовать сшштил/ни нижние свойства шиириьёшнш кристаллов ¿/шрида литии. Hüiülllua лшьизиа

1. ПрОВь'ДЙНО íUlc'ltiUaTHUtóCKÍití ИссЛСДОвЬИИи ВШИШНЯ Приме-

се и mutua и ьслзза на с. .мщ-и оптического поглощения, 4ото™ и рентгйнонюминьецениии ак'швщшисшнмх ураном кристаишв фшрида лития. Праанали^приБани возможные модели центов лвминёсцйниии урана, ответственных за наиболее шпеиеивныа juiiuih а спектра« исследованный кристаллов.

2. Изучена ьнияние соак'шва 1оглн> на ъЦ-'икчиышсть иаьошш-нии и термическую \ютопчивиетъ радиационных дей^кчов ь кристал-лак LlFil),Me. Рассмотрены механизмы образованна и гйрмчразруше-ния НО.

3. В результат иослйдовйния iept.iú.-iíimv«мдоььнноь люминесценции облученных кристаллов L1F с двойными примйсими, установлено, что кристаллы L1F:U, Fe и 1.1 F: U, la с данным с:одержанием активаторов удовлетворяют требованиям, предъявляемым к кристал-лофаейорам для термолюышюсцснтной дозиметрии, и могут быть использованы в клиническоп практика в качестве дозиметров

4. Изучено влияние соактиваторов на сиинтилняционные свой • счъа ^/гористого лития. Полученные дезудь юты указыианг ни чи. что эти кристаллы могуч1 быть использованы в каче-етве сиитилля-'горов для ропкщкдиниес- и /5 - из)1уч;.'ния..

Шашйашша шлшшлъ...

1. Кристаллы U F: U с примй.'п>«1 дь«и*ез& и unhna хорошо

летворпют требованиям. предъявляемым к индикаторным устройствам. чп« может быть использовано для получения новы« заломи-наших сред на neinpox окраски для записи и хранения изображения.

2. Высокая термическая стабильность НО г» исследованных кристалла)! указывает на то, что этот материал мошт оказаться перелектавным для создания пасснннмх лазерных эа-тором.

3. Результаты ряйотм свндчтельсшумг о- - возможности ис~ пользоволия исследонанных монокристлллоп Lii:: U, Mo в качестве новых рабочих веществ для термолшинесцентной дозиметр» иони-зируших излучений С протокол испытаний прилагаемся).

4. Полученные результаты указ),maw на то, что кристаллы L1F: II, Mr могут быть использованы в качестве неорганических сцинтилляторов для регистрации ядерных излучений.

Аахоо-аашшоех!.

1." Результаты экспериментального исследования спектров оптического поглощения и люминесценции активированных кристаллов LiF:U и ик изменения под действием рентгеновского излучения.

2. Результаты исследования изменения спектров активаторио-го поглощения облученный примесный кристаллов Фторида лития при термообработке.

• ' 3. Установленную зависимость накопления электронных центров окраски под действием ионизирующего излучения и ик термической устойчивости в кристаллам LiF:U от содержания йггорой при мест

4. Результата экспериментального исследования термолюминесцентных и дозиметрических свойств кристаллов Li F: U, На. ¿пшпшия_сабот.

По материалам диссертации было опубликовано 14 паучник работ. Результата исследований докладш злись на IX Межреспубликанской научной конференции молодых ученик (Фрунзе, 1988 г.) на которой докладу был присужден диплом I степени: VI Всесоюзной конференции по физике диэлектриков С Томск, 1988 г. ): Российской научно-технической конференции по Физике диэлектриков с международным участием "Диэлектрикм-93" С С.-Петербург, 1993 г. ): Конференции по радиационной Физике и химии неорганических материалов РФХ-8 СТомск, 1993 г.): 11-ом Международном симпозиуме по экзозлектронной эмиссии и ее применении СПольша, 1994 г.) : International Conference on Inorganic Scintillators and Their Applications, SCINT95 (The Netherlands,1S95): Техничес-

ком совещаний "Циклотроны и их применение" С Екатеринбург, 1995 Г.); Конференции по радиационной Физике и кимии неорганических материалов РФХ-9 С.Томск, 1996 г.): Международной конкуренции по проблемам развития естественных наук СКаракол, 1996г.); Международной конференции "Физика и промышленность" ФИЗПРОМ-96 СГо-лицино Моск.обл.): IV Казахстанской научной конференции по Физике твердого тела (с участием зарубежных ученых). С Караганда, 1996 г.): International conference "Advanced optical materials arid devices" (Riga, 1996).

Структура nn<r-r-pt>rai inn. Диссертационная ;:>а£юта состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Содержит 19. страницы машинописного текста, 39 рисунков, 7 таблиц и списка литературы из 279 библиографических наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАШИ

Во йяепании раскрыта актуальность изучения оптических свойств примесных кристаллов фторида лития, кратко сформулирована цель, научная новизна и практическая ценность проделанной работы.

р ррррпй r.naftf- приведен краткий обзор литературных данных, касашихся вопросов фотолюминесценции и оптического поглощения активированных ураном кристаллов фторидов щелочных металлов и моделей центров свечения. Рассмотрены механизмы образования центров окраски под действием радиации и вопросы влияния примесей различной валентности на процессы образования и терморазру™ шения F- и F-агрегатных центров окраски, а также коллоидных частиц в 1ШГК. Освещены некоторые вопросы термалюминесценции и сцинтилляции "чистых" и легированных щелочногалоидных кристаллов и возможности практического использования этих явлений в дозиметрии. В конце главы сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе, подробно описаны методика выращивания примесных кристаллов, приготовления образцов для исследований, а также оборудование, использованное для проведения экспериментов, и методика проведения исследований.

Все исследованные кристаллы были выращены в одинаковых условиях из реактива марки "ос.ч." на воздухе методом Киропулоса. Примесь урана добавлялась в шихту в виде азотнокислого уранила в количестве 0,01 мол.'I. примесь соактиваторов (железа в виде FeCl3- 6НйО и цинка - в виде 2пСЫ0з)й- ЗНйО) - в количества 0,01

-- 0,1 мол. %. Все кристаллы перед исследованием отжигапись при температуре 800К в течение одного часа и охлаждались до комнатной температуры вместе с печью. Образцы для исследования выкалывались вручную иэ отожженных кристаллов по плоскостям куба С100) в виде плоско-параллельных пластин.

Спектры поглощения кристаллов в видимой и ультрафиолетовой области спектра измерялись на спектрофотометре SPft-100 CFVe Unlearn. Англия). Низкотемпературные измерения проводились с использованием азотного криостата.

При исследовании влияния радиационных воздействий образцы облучались рентгеновскими лучами на аппарате УРС-70 с трубкой 1БПВ1-60 с вольфрамовым антикатодом при напряжении 55кБ и силе •тока 10 мА.

Спектры термостимулированной люминесценции измерялись в диапазоне температур от 300 до 700К при линейном нагреве со скоростью 1,6 град/с и регистрации Фотоумножителем ФЭУ-106. Спектры фотолюминесценции исследовались на установка, собранной на базе универсального спектрального комплекса КСВУ-2 и ФЭУ-106. Спектры рентгенолюминесценции и сцинтилляционные свойства кристаллов исследовались на установках, разработанных в Уральском политехническом институте г. Екатеринбурга. При исследовании сцинтилляционных свойств в качестве приемника излучения использовался ФЗУ-71.

В третьей главе приводятся результаты исследования спектров поглощения, фото- и рентгенолюминесценции кристаллов LlF:U,Me и их*изменения под действием рентгеновского облучения и последующего отжига.

В спектрах оптического поглощения необлученнмх кристаллов . L1F с двойными примесями, зарегистрированных при температуру • жидкого азота, расположение линий, обусловленных ионами l/Jt, не изменяется по сравнению с кристаллами L1F:U. Примеси оказывают влияние лишь на интенсивность спектра. При этом влияние соокти-ваторов цинка и железа оказывается противоположным - добавление примеси цинка приводит к ослаблению характерных полос поглощения урана в кристаллах LIF, тогда как при добавлении железа наблюдается незначительное усиление поглощения кристаллов Ll F: U.

Активированные ураном кристаллы дают яркую люминесценцию. Примеси цинка, и железа в целом несколько повышают интенсивность люминесценции кристаллов, активированных ураном tp^c. D.

в

I nm

Рис.i. Влияние соакти-ваторов на фотостимулиро-ванную люминесценцию кристалла LiFiU. l.-LtF:U: 2.-HF: U, Zn: 3.-L1F:U, Fe

\,nm

При этом происходит перераспределение интенсивности линий люминесценции. которое обусловлено, вероятно, наличием примесных центров с ионами урана, находящимися в окружении различных ли-гандов. Анализ зависимости спектров люминесценции исследованных нами кристаллов L1F: U от вида и концентрации соактиваторов и имеидиеся литературные данные позволяют нам высказать предположение, что в спектрах люминесценции исследованных кристаллов проявляются це'нтры трех типов. Для центров 1 типа предложена модель (иОй)ОяРй''-; наиболее интенсивные линии, приписываемые этому центру, расположены при 518.5. 523. 529 и 540 нм. Для центров второго - модель CUOßiOaF5- (линии при 507.5, 514, 516, 520, 526. 536, 543 нм). LIöhtpu третьего типа наряду с ионами урана и кислорода ¿одержат гидроксильную группу (линии при 490. 502.5. 505 нм).

В кристаллах с примесью урана, выращенных на воздухе, образуйся центры люминесценции, содержащие наряду с ионами урана и кислорода гидроксильную группу С центры 111 типа). Эти центры обуславливают появление в спектрах люминесценции кристаллов коротковолновых линий небольшой интенсивности. Примесь железа уменьшает интенсивность линий коротковолнового свечения кристалла LI F: U, соответствуших центрам III типа, что свидетельствует об уменьшении количества таких центров. Исключение составляет одна линия этой области спектра при 505 нм, интенсивность которой увеличивается при увеличении концентрации второй примеси. Примесь цинка способствует образованию центров люминесценции, содержащих ионы ОН-. В спектре люминесценции крис-

таллов'ЬШи, 2п зарегистрирована новая линия при 407 им, которая отсутствует в спектрах кристаллов 1,1 Р: и и 1ЛР: 1!. Ре. При увеличении концентрации цинка в кристалле эта линия усиливает- . ся. Поскольку это коротковолновое свечение не наблюдается у кристаллов, активированных только одним ураном, и кристаллов 1ЛР:и с примесью железа, моЛно полагать, что оно связано с наличием цинка в исследованных кристаллах. Не исключено, что наряду с центрами урана, содержащими гидроксильную "группу, в кристалле 1ЛР:1! с примесью цинка образуются центры лиминесиен-ции. в состав которых входит примесный ион цинка.

При введении соактиваторов цинка и железа в кристаллическую решетку 1ЛГ:11 происходит перераспределение интенсивностей линий электрической и магнитной серии, принадлежащих излуча-тельному центру II типа (Ш^ОзР5-.

В кристалле с примесью цинка практически отсутствуют центры I типа СШг)02Р2"1- С линия при 518,5 им, являш.аяся одной из самых интенсивных в спектре кристалла 1.1 Р: и. при введении примеси цинка становится почти незаметной), которые при температуре 80К имеют высокую интенсивность полос поглощения, но' слабую люминесценцию. Вероятно, именно уменьшением концентрации таких центров можно объяснить ослабление полос поглощения урана в исследованных кристаллах при добавлении соактиватора цинка. Усиление свечения этих кристаллов объясняется увеличением концентрации центров С ЦОйЮзрЗ- - происходит рост интенсивности линий при 520. 526. 536 и 540 нм.

Изменение спектров рентгенолюминесиенции аналогично изменению спектров Фотолюминесценции кристаллов Ь1Р, активированных ураном - примеси цинка и железа повышают интенсивность уранового свечения. При добавлении соактиватора цинка положение линий в спектре не изменяется и появления новых пиков не зарегистрировано. В спектре кристалла с примесью железа линия при 510 нм не наблюдалась, 4 но зарегистрировано появление нового максимума при 530 нм, который, вероятно, связан с наличием ка~ леза в исследованным кристаллах.

Результаты, полученные при исследовании влияния соактиваторов на спектры люминесценции активированных ураном кристаллов Фторида лития, позволяют заключить, что примеси цинка и железа способствует- вхождению урана в кристаллическую решетку

Рентгеновское облучение кристаллов с примесью урана приводит к изменению спектров поглощениях линии, обусловленный иена-

ми шестивалентного урана. существенно ослабляются, одновременно в спектре появляются новые слабые линии, расположенные при 518, 524 и 563 им îpuc. 2). При отжиге облученных кристаллов L1F:И,Мв на разным стадия« наблюдалось усиление, а затем ослабление индуцированным облучением новых линий в спектрах поглощения С рис.3), связанных с изменением зарядового состояния ионов урана. Анализ изменения шпенсивноетей новый линий поглощения в зависимости от продолжительности облучения и при отжиге облученных кристаллов позволил приписать линию при 563 нм ионам U5*. 524 нм - 518 нм - U3+.

Вычислены значения энергии термической ионизации урановых центров при изменении зарядового состояния ионов урана 1Р+ — U4+, 1)1+ -« 1)5-», _„ и«..

Четвертая г,лапа посвящена исследовании образования и устойчивости электронных центров окраски, а также изучению коллоидообразования в кристаллах LiF:U,Me.

При температуре 90 К полоса поглощения F- центров расположена при 250 нм, полоса F2- центров - при 440 нм. При 643 ни наблюдается полоса поглощения F2' - центров окраски . Сопоставление интенсивности полос поглощения электронных центров окраски в кристаллах, активированных только ураном и одновременно двумя примесями, показало, что возможность образования электронных центров окраски в кристаллах LlF:U несколько уменьшаться при добавлении в качестве соактиватора железа и повышается при добавлении примеси цинка.

Исследована кинетика накоплений F2 -центров окраски. Полная кинетическая кривая образования F2--центров описывается суммой экспоненциальной и кинетической составляющих. Были вычислены скорости накопления Fg -центров для обеих составляющих и уровни насыщения экспонент. Примесь железа несколько уменьшает, а примесь цинка - увеличивает скорость образования F^-центров на первой стадии окрашивания. На второй, линейной стадии, обе примеси незначительно увеличивает скорость образования этих центров. Экспериментально обнаружено увеличение уровня насыщения экспоненциальной стадии в кристаллах LlF:U, Zn по сравнению с 1.1 F: U и LlF:U, Fe. Известно, что для образования F-центра необходимо пространственное разделение компонентов созданной облучением F, Н-пары и стабилизация В-цантра на каких-либо ловушках. Можно полагать, что увеличение возможности образования электронных центров в кристаллах с примесью цинка связана со

Рис.3. Изменение интенсивности полос поглощения в спектре кристалла ЫР:11,гп облученного дозой 2.7Х1Й4 Гр при отжиге: 1.-563 нм(иБ+); 2.-524 нм<114+); 3.-Б19 нм(и6+); 4.-518 ¡ГМ(1Т3+).* Кристалл но облучен; V облучение дозой 2,7х104 Гр.

стабилизацией дырочным компонентой Р, П-пар катионными вакансиями, компенсирующими избыточный положительный заряд ионов приводящей к уменьшению вероятности их обратной рекомбинации.

Примеси пинка и железа повышают термическую устойчивость центгой окраски при отжиге облученных кристшлов ИР:и,Ме по с|«внению с кристаллом Ы.Р: и. Значения энергии активации термического разрушения Т2 -центгюп окраски исследованных кристаллов приведены в тоОл.1.

Таблица 1.

Значения энергии активации термического разрушения Р2 -центров окраски кристаллов 1,1 Р: И, Ме.

Кристалл Ll F: U LiF: U, Fe 0.01мол.2 LIF: U, Fe 0,1 мол.% Ll F: U, Zn 0.01 мол.% LiF: U, Zn 0.1 мол. X

Ет СэВ) 1,21 1,37 1.38 1,24 1.26

Наибольшее значение Ег имеет для кристаллов с примесью железа и минимальное - для кристалла, легированного только ураном. С увеличением концентрации второй примеси в кристалле Фторида лития энергия активации термического разрушения центров окраски увеличивается. Более высокая термоустойчивость центров > окраски в кристаллах с примесью железа, вероятно, объясняется тем, что мелезо увеличивает стабильность высокотемпературных ассоциаций Н- и I—интерстицишюв.

При отжиге облученных кристаллов одновременно с изменением активаторного поглощения в спектрах поглощения появляются ноёш широкие полосы с максимумами около 508, 513 и 543 нм, отличающиеся по своим параметрам от полос поглощения общеизвестных центров окраски. При увеличении температуры отжига эти полосы смещаются в коротковолновую сторону и интенсивность ии уменьшается. Появление этих полос в спектрах поглощения исследованных кристаллов объясняется образованием коллоидного лития, а изменения их положений при повышении температуры отжига связаны с изменением размеров коллоидных частиц.

R пятой главе изложены результаты исследований тершстиму-лишванной люминесценции кристаллов, их дозиметрических.и сцин-тилляционных свойств.

В спектрах термостимулированой люминесценции кристаллов LiF:U,Me, облученных дозой 7.5-10'¿ Гр наблюдаются два ярковыра-

женных термопика (за исключением кристалла 1.11Т: У. Ре. (0,01 мол.2), в спектре которого при данной дозе облучения зарегистрировано три максимума). Местоположение пика при 384К у кристаллов с двойной примесью по сравнению с кристаллом 1ЛР:и остается неизменным, однако интенсивность его увеличиваемся. Увеличение интенсивности этого термопика особенно существенно у кристаллов ЬШ и, Ме при концентрации второй примеси железа 0,1 мол. X и цинка 0,01 мол. X. Высокотемпературные пики, набл«<дйю-1 щиеся при дозе облучения 7,5-Ю34 Гр, при введении различный примесей в кристалл 1.1 Р: и имеют различное местоположение и интенсивность. Дальнейшее увеличение дозы облучения приводит к Появлению нескольких новы« максимумов на кривой термовысвечивания исследованных кристаллов и изменению интенсивности ткрмопи-ков. Качественная оценка спектрального состава терыолшшшсцен-тного свечения исследованных кристаллов показала, что во всех термопиках излучателями являются урансодержашие центры с шести-валентньш ураном. Свечение в пиках связано с возбуждением и последушей излучательной релаксацией различных типов центров урана. Для всех зарегистрированных термопиков исследованных кристаллов были вычислены энергия активации Е (глубина ловушки) и частотный Фактор ро (вероятность высвобождения носителей заряда из ловушки в течение 1 с). Результаты расчетов приведены в табл. 2.

Кристаллы Фторида лития, благодаря тому, что их эффективный атомный номер (2эФФ - 8,2) близок к эффективному атомному номеру биологической ткани ( Ъ э<м> - 7,42) и поглощение в них рентгеновских и гамма-лучей, а также электронов в весьма широких пределах энергий излучений эквивалентно поглощению их а тканях человеческого тела, широко используются в качестве термолюминесцентных дозиметров. Для улучшения дозиметрических свойств Фтористого лития используются различные дйбавки. Проведенные нами исследования термолюминесценции облученных кристаллов фтористого лития, содержащих наряду с примесью урана примеси цинка и железа, показали» что дозиметрические свойства этих кристаллов лучше, чем дозиметрические свойства кристалла Фтористого лития, активированного только ураном. Эти кристалл^ и!.«еют изолированный пик термолюминесценции. расположенный при 384К, интенсивность которого пропорциональна дозе облучения в широком интервале доз, и высокий выход термолюминесценции. Дозиметрический термопик является достаточно высокотемпературным

для того, чтобы при длительном хранении облученного кристалла при комнатной температуре не происходило самопроизвольное высвечивание, т.е. потеря дозиметрической информации, его преимуществом также является то. что при использовании более высокотемпературных пиков увеличивается расход энергии и времени для

Таблица 2.

Значения энергии активации ЕСэВ) и частотного Фактора роСс-1) для кристаллов Ь1Р:и, Ме, облученных дозой 3-1(Р Гр.

Кристалл 384К 420К 480К

Е Ро Е Ро Е ' Ро

Ь1Р: и ЫР:и,РеС0,01мол. X) иР:и,Ре СО. 1мол.X) Л1Р: и, гпСО, 01 мол. X) Ь1Р: 11,2п СО. 1мол.X) 1,17 3,14х 0,54 2,18х 0,74 З.бОх хЮ13 хЮ"* хЮ5 1.32 4,50х 0,64 3.20Х 0.49 5.69х х1015 кЮ5 х102 1.33 4.88х 1,02 2,2бх -хЮЗ-5 июЮ • 1,12 7,44х 0,79 2,62х -х10г 1,16 3,Их 0,76 1,27х : -К1013 кЮ7

504К 523К 553К

Е Ро Е Ро Е Ро

1,1 Р:1) Ы Р: 1). РеС 0,01мол. X) ИР:II,Ре СО, 1мол.ЗО ЦР:и.гпС0,01МОЛ.Х), ир:и,гп С 0,1мол. %) 0,80 6.18х 0,93 6,53к 1,70 2,60х х105 х10в х1013 1,14 1,12х 1.52 4,67х 2.05 4,59х х101г «1012 люз-в ----- 1.53 6.76х хЮ" - 1,35 1.40х кЮ10 - 1,49 2,68н хЮ**

подготовки образца к следуюшм измерениям, а также возлегает тепловой Фон нагревательной системы. Спектр териолюминесцентко-го свечения дозиметрических кристаллов охватывает область 500...560 нм, что соответствует максимальной чувствительности большинства Фотоприемнмков. При изьгерении дозы кристалл нагревается с постоянной скоростью до 470К. для подготовки дозиметра к повторному использованию нагрев его продолжается с той же , скоростью до 680К. Интенсивность свечения при хранении облученного кристалла в течение месяца и более уменьшается незначительно Сна 10..12%)

8 Кыргызском научно-исследовательском институте онкологии и радиологии проведены сравнительные испытания детекторов из исследованных нами кристаллов II с примесью Ре и 2п и кристаллов ТЛД-100, используемых в клинической практика. Результаты испытаний приведены в Протоколе, из которого видно, что синтезированные детекторы имеют существенно большую чувствительность в области мальм доз по сравнению с детекторами ТЛД-100.

Представляет интерес также разработка сцинтилляционныя детекторов на основе кристаллов 1.1 Р. Проведенные нами исследования показали, что на базе ИТ: и с еоактиваторами могут быть созданы быстрые сцинтиллятори с Т » 10 не, пригодные для регистрации Ы- \\Ji- частиц. Наличие короткой компоненты сиинтим-пульса С<10 не) свидетельствует о том, что исследуемые кристаллы относятся к классу быстрых сцинтмлляторов и могут бьггь использованы в трактах с повышенной загрузочной способностью.

ОСНОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследованы спектры оптического поглощения и люминесценции кристаллов 1ЛР:1),2п и ИР:и. Ре. Проведено отнесение линий люминесценции исследованных кристаллов к определенным типам центров урана, высказано предположение, что линии при 467 и 505 нм связаны с комплексами, в состав которых наряду с ионами урана входят соответственно иены цинка и железа.

2. Устновлено, что примеси пинка и железа в целом повышаю г интенсивность люминесценции кристаллов, активированных ураном, при этом происходит перераспределение интенеивностей обусловленных ураном линий люминесценции. Сделано заключение, что соактиваторы цинк и железо способствуют' вхождению урана в

мчиплипипегкук! ц? щетку Фторида литий.

Исследовано изменение спектров активаторного поглощения под действием рентгеновского облучения и при последующем |'Пнп\ обуспов.пенное изменением зарядового состояния ионов

v р-чч-1.

Л. Исследовано образованно центров окраски в кристаллах и Г: II, П^онрдеп анализ механизмов образования агрегатным цен трое. окраски и г*азрлОотяма методика расчета параметров, на-гюктеризуших кинетику накопления этик петров. Установлена, что нримесЬ ии.чл.а увеличивает вероятность создания ЦО в 1,Г>. .2

Г». Исследована устойчивость центров окраски к термическим воздействиям и поведен анализ механизмов разрушения этих иен-ччюй. Установлено, что добавление вторых примесей повышает тер-мич»ску» стабильность петров окраеш. на I?.... 15%.

6. Представлены результаты исследования тершстцыУлиро-взннои люминйсцениии активированных кристаллов 1ЛР: У, 2п и

1,1 Р: И, Г'е в интервале температур 300___560К. Установлено, что

двойное легирование кристаллов Фгорида лития приводит к повышению саетовьчгода ТС)1 в 1,5. ..2 IV) за. Рассмотрены возможные механизмы свечения исследованных кристаллов в области температур выше 300К. «

7. Установлено, что интенсиэность изолированного пика термолюминесценции, расположенного при 384К, прямо пропорциональна дозе в широком интервале доз, причем разброс значений при многократном использовании образца не превышает 10% и интенсивность свечения практически не изменяется при длительном ' хранении облученного кристалла.

8. Проведены дозиметрические испытания кристаллов ЦТ:и, 2п и LS.Fl I). Ре в сопоставлении со стандартными детекторами ТЛД-100 в поверочно-дозиметрической лаборатории Кыргызского научно-исследовательского института онкологии и радиологии. Полученные результаты показали, что исследованные кристаллы в несколько раз чувствительнее к малым дозам облучения, чем стандартные детекторы: это позволяет рекомендовать кристаллы 1ЛР". 11. гп и

г>

Ы Р:и,Ре для измерения малых доз облучения в клинической практике.

9. Установлено, что кристаллы ЫР: II. Ме могут быть ис-пользозаны в качестве сцинтилляцчонных детекторов для регистрации оС~ и /б-чаетмц.

Quiuuiuti.смдишашкг диссертации шмьлм.но и съчмшт ¡>цуй

лик о udi IIiux р&б<) так:

1. Королева Т.С., Килибаиы М.М. Глди.тиинние в ¿шшьп рОВапНЫХ К.р1к:талHciH blFMJ, Ffc.// 15 сб. Мл'ГкрИаПЫ IX MuA'lJrii: иуПликаисКий научной нонфешнцмп моиидых учении. Фрунзе: "Илим". 1tioV.-C.7b-77. •

2. Апнбаков А. А., Казанбаива З.М., Кндиблс-и М.М. , Ко^лева Т.С. Радиационные леФекты в нснокристаиник i.lFMJ, Fe'. L.iiMJ, Ph. // VI Bctii.uS/.iiiijH «.uH.ii. по Физике днзлысцлшоа. Те:-«, докл. Тим,.к. КШ.-С. 16Ь.

3. Кен'кибаоь Б. К., Кшшбаев М.М.. Королева Т. С., Иусаиь К. Термистнмулировапнеш люминесценция крисыи.мв I !F:i), Fe: l.tFiU.Sr,.// В сб. Структур и евмисчъи wuiio - и поликристац личог-ких «шерпа по в. -Фрунзе. 1090. -С. Г.7 -Й.

4. Апибакоь А. А., Джапа!ч>ьа С. А., Кидшаев М. М. , Korvimjba Т.О. ['ept,i0jiiC)Miin<-ciieHTHi.i0 детекторы и кристалл,;.¡»к-Фор для ульцл-Фиолетовой o(iпаст» на основе Фшридов щелочных металлов. // Pocci'.h^hiiii научно техническая конферыашя по Физики ли.-1Лек.-~ триьон с нчищ-нартжим участием "Диэлектрики Ш". Тез. докл •С. -1¡г* ieiiiypc, шиз. -с. 1«7 -н;в.

Ь. Алыбаков А. А., /ton&rixjBa С. A., KiutiiUoiiB М. М., Ки.^нева Т.С. й.л(сне1т<г зарядового состшиш примесных .ишк.в IIй' в крш: -тajUiUii LU;tl,Mn.// Vtil конференции пи радиационной Фоника и юн(ии неорганических манерна шт l\SX 0. Те.ч.Локл.-- Томск, 1993.-С.34-3г>.

6. KkUbauv М. М , Кои; Ь ГЛ1 Т. S. ti.uru.iut I mill al c-il exouleci con emission i i -I:! i -ibil Iher.tiO kmil пёьсшн.в CTSI.i of X-If. .-j.Jl.4i bii i.lf: ll.tl-j cry.-;t.ali.// Lionk of «kjti^cts U-I.h Illltilikit ional- ;f>U№i0.illlin on t.Xuel ldf;t roil L'Wif. iiori arid appl kill, -rolcillil, I Uti-3. -P. 74. •

<'. Кидибаев M. M., Koi«лева Т. С.. Умурзс«<ов Б. С. ¿Пзим^ц-ичес-кие и еншпинкнцнонные сы.-клва кристии'(ов UF: 1J. Mr*. // Информационный лиенле N3ti (714b>. 11ац. инф. центр Кырг. l-fecn., -Вшикек, 199ii 7с. и

1 Kldlb^v М.М. . КоьЛе-ш Г. Li. . Snloiiiomv V. i., Mllilialiov S.G., Ogorutnl liov 1. N., S'tiiitgiii b. V., Иь1 ov«rav V.A. 5ойй properties of scintillator:-.; on the basis of Lit ;»nil NaF single i.rv:»l.ч!si. /. b)uli of ahstr-acts. JotcrinUonal Conference on liioiuanl^ i.it.lnLil iatot ь ami Their Aw>lic-"4ioh , -IV; ii IK:; ¡..n.t:, lUiiC.. -P. 1.47.

9. Kldlbaev M.M., Koroleva Т.S., Solomonov V.I., Mlkhallov S. G., Ogorodnlbov I.N., Shulgin В. V.. Pustovarov V.A. Some properties of scintillators on the basis of L1F and NaF single crystals.//Техническое совещание "Циклотроны и их применение". Тез.докл.-Екатеринбург, 1995.-С.40-42.

10. Королева Т.С., Умурэаков Б. С., Кидибаев М.М. Исследование термической устойчивости радиационных дефектов в активированных кристаллах LiF: U,Zn. // 9 Международная конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов РФХ-9. Тез. докл. -Томск, 1996.-С. 10-11.

11. Королева Т.С., Губанова В. А., Умурзаков Б. С., Кидибаев М.М. Влияние второй катионной примеси на эффективность образования электронных центров окраски в кристаллах LIF: U.Me. Казахстанская научная конф.по физике твердого тела С с участием зарубежных ученых). Тез.докл.-Караганда. 1996.-С.63.

12. Королева Т. С., Губанова В. А.. Кидибаев М. М., Умурэаков Б.С. Исследование влияния второй примеси на эффективность образования электронных центров окраски в кристаллах LlF:U.Me с целью создания новых запоминающих сред для записи и хранения изображения.//Междунар. конф. "Физика и промышленность" СФИЗПРОИ-96). Тез. докл. -Голицино Моск. обл., 1996.

13. Королева Т.С., Умурзаков Б.С.. Кидибаев М.М. Стабилизация электронных центров окраски примесью цинка в кристаллах LlF:U.//Международная конф. по проблемам .развития естественных наук. Тез. докл. -Караюол, 1996.

14. Koroleva T.S., Umurzakov B.S.. Kldlbaev М.М. Thermal destruction of centers due to uranium Ions In X-lrradlated LiF:U.Me single crystals.//International conference "Advanced optical materials and devices". Book of

. abstracts. -Riga, 1996. -P. 137.

ABSTRACT

, SPECTROSCOPY OF RADIATION DEFECIS IN ACTIVATED LITHIUM FLUORIDE CRYSTALS.

Influence of Zn arid Fe co-act 1 vators on the absolution arid lumlnescense spectra, formation arid destruction of electronic colour centers (ECC). dosimetric characteristics of LlF:U crystals have been inves Heated.

It Is established, that co-activator Introduction pmmotes the entrance of uranium ions in the IAF crystalline lattice arid results in formation of new complex centers, containing uranium and co-actlvator ions simultaneously: centers with Zn have the luminescence line at 487 nm. centers with Fe - at 505 nm.

It is shown, that co-a:tivator introduction results both in rise of ECC sLabilltv by 12... 15X and increase of TSL yield bv a factor of 1.5...2: the probability of ECC formation is 1,5 to 2 times larger when co-activating with Zn.

The existence of Isolated TCL peak at 384K, linear dependence of its Intensity from dose in wide dose Interval, the possibility of repeated employment of the sample and small losses of dosimetric information durintf the long storage, as uell the results of clinical tests indicate Lhe possibility to use investigated crystals as a thermaluminescent dosimeters of lonl2lng radiation in clinical practice. Results of scintillation efficiency investigation are indicative of possibility to use these crystals as detectors for A- and jS-partlcles.

АННОТАЦИЯ

ЛКТИВАШЯЛАКГАН ОТОРЛУУ ЛИТИЙ ICFHCT АЛ.ДДАГШ¡ЫН РАДИАЦИАЛШС ДРМКТКГШШ СПЕКЛТОСКОГШЯШ.

Фторлуу ЛИТИЙ кристаллдгфыил?1ги жутулуу 5КЭПО ЛЮМ1ШЗСЦОНЦ1Ш (люктрлсринв, рлвктрондук борлуу- борборлордун гшЯда болушуна, бу:.»улушуна жана домшвтршишк кяснотпэрино жардомчы антивзторлор 7,п ¡кино Fe тийшзген тоасирлорн изнлдонгон.

LIF кристаллита торчолорунап урандин иондорунун жайгашьша жордам'ш активаторлор. шарт тусюврун жгша негизин урандин молу моион катар мэрдамчн активатор тузген лшиносцонциясн 487 т -цинк учун, 505 км - тимир учун жаци номпликотуу борборлордун пяйда Солушу нннктшм'ян.

Кошулган кошулмплирдцн одоктрондук боплуу борборлорунун туруктуулуру 12...Т5 жана ТСЛдин жаршс боруусу 1,5...2 acore кьб'.гйушунэ мумкунчулук тузулеерун,ал зш кошума активатор цинк боелуу борборлорунун найда болушуп 1,5..." acoro жогорулашы анпкталган. ' ^

ТСЛшг 304 К дал квлуучу чокунун есушу туз дон- туз радияция олч^ыуно кез карандшмгы, бир эле улгу кристалл бир нвчо 1фвт пяйдплануу жана узак убакятка оакталган дозимвтриялик информацияннн аз жоготуу мумкунчулугу бар эквндиги ошондой эле клгашкалнк оыиоонун' ногизиндв бул кристаллдар клишкада термодшиноецвнниялшс дозиметр катарн да колдонуу мумкунчулугу ншшталгаи.

■ Сцштшшциялшс аффективтуулугун изилдвенун ногизиндари бул крпотпллдарда р~ жана а-белуктеруп ошк' тоочу детектор катары иоП^аланууга мумкундугун кероетту.