Возможности ретроспективной дозиметрии на основе кварца, гидроксилапатита и карбонатов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Г6 ОД

и ' 'Сибирский технологический институт

На правах рукописи

САДУЕВ Нима Батодоржиевич

ВОЗМОЖНОСТИ РЕТРОСПЕКТИВНОЙ ДОЗИМЕТРИИ НА ОСНОВЕ КВАРЦА, ГИДРОКСИЛАПАТИТА И КАРБОНАТОВ.

Специальность 01. 04. 01 - техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Красноярск - 1994

Работа выполнена в ИГМР АН Украины. ■

Научные руководители: доктор физ. - мат.: наук Брик А. Б.,

канд. физ.- мат. наук Банзарагшеев ЕЮ. Официальные оппоненты: доктор физ. - мат. наук Петраковский Г. А.,

канд. физ.- мат. наук Кашкина Л В. Ведущая организация: Институт проблем материаловедения АН Украины, г. Киев, Украина.

Защита диссертации состоится "/¿Р" 1994 г. в

часов на заседании специализированного совета К 063.83.04. по-защитам диссертации при Сибирском технологическом институте по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.

С диссертацией можно ознакомиться в Науч. библиотеке Сибирского технолог, института.

Автореферат разослан " ^п 1дд4 Ученый секретарь специализ. совета

докт. физ. - мат. наук 9 ,г Ю.Т.Кубар^в.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы.

В, настоящее время в связи с шире:сим использованием радиоактивных веществ и разного рода источников ионизирующих излучений все чаще возникает необходимость реконструировать дозу облучения, которую получил в прошлом тот или иной объект. Реконструкция дозовых нагрузок различных объектов может быть осуществлена методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) путем определения количества радиационных дефектов, созданных в исследуемом объекте под действием облучения.

Среди ситуаций при которых возникает необходимость в ретроспективной дозиметрии . можно отметить следующие. Случайное или 1варийное облучение отдельных людей,необходимость контроля проверенных ранее технологических процессов,например,при производстве [родуктов питания ка предмет использования _ гамма-облучэ-[ия. Однако наиболее распространенной задачей ретроспективной до-иметрии является задача восстановления радиационной истории ;естности, технических и биологических объектов (включая человека) ситуациях,когда радиационному воздействию неожиданно подверга-тся значительные территории. К таким ситуациям можно отнести авали на АЭС или заводах,связанных с радиоактивными вещёства-и,атомные бомбардировки и другие ситуации,при которых происходит гозвданное облучение большого количества людей,либо заражение здионуклидами больших территорий. Ретроспективная дозиметрия .<еет также существенное значение для задач датирования . геслоги-;ских и археологических объектов.

Состояние проблемы. Вместе с тем ретроспективная ЭПР-доги-(трия представляет собой новое направление в современной физике, ¡торое находится только на начальном этапе своего становле-:я. Вопросы, связанные с методикой проведения экспериментов, а

также методиками считывания информации о дозовых нагрузках объектов разработаны в ретроспективной дозиметрии недостаточно.

Перечисленные выше факторы обусловили постановку задачи настоящей диссертационной работа Целью работы являлось разработка новых методов и подходов в ретроспективной ЭПР-дозиметрии, а также новых методик изучения кварца, гидроксилапатита и карбонатов, необходимых для реконструкции дозовых нагрузок этих объектов, фи этом решались следующие основные задачи:

1. Изучение существенных для ретроспективной дозиметрии свойств кварца,гидроксилапатита (эмаль зуба) и карбонатов (раковины моллюсков) ,а также свойств радиационных дефектов в этих объектах по количеству которых реконструируют дозу.

2. Определение оптимальных условий регистрации сигналов ЭПР, разработка новых способов предварительной обработки образцов,а также разработка новых методических подходов при решении задач ретроспективной дозиметрии.

3. Применение полученных результатов и разработок и решение задач, связанных с аварией на Чернобыльской АЭС.

Научная новизна диссертации состоит в том,что основные результаты работы такие как эффект переориентации кристаллитов гид-

л -

роксилапатита в змали зуба при нагревании,способ регистрации сигналов ЭПР алюминиевых центров в кварце с помощью электрических полей,способы предварительной химической обработки эмали и ее выделения из зубов при решении задач ретродозиметрии,исследованы и описаны автором впервые. Приведенные в диссертации сведения о температурных, радиационных и релаксационных характеристиках радиационных дефектов также получены автором впервые.

Практическая ценность. работы. Полученные в диссертации результаты расширяют возможности ретроспективной дозимет. ии,основанной на электронном парамагнитном резонансе,и повышают досто-

2

верность реконструируемых доз. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при решении задач,связанных с аварией на Чернобыльской АЗС. В частности,при составлении карт дозовых нагрузок местности и восстановления радиационной истории различных объектов,при изучении процессов миграции радионуклидов,а также при изучении медицинских последствий аварии. Получены предварительные цифры реконструированных доз.

Результаты диссертации выносимые на защиту состоят в следующем:

1. Новые данные о температурных,магнитных и радиационных характеристиках алюминиевых центров в кварце,а также новый способ регистрации сигналов ЭПР этих центров с помощью переменных электрических полей.

2. Оптимальные методики и режимы регистрации сигналов ЭПР в эмали зуба. Данные о радиационных и температ.урных характеристиках парамагнитных центров в эмали зуба, а также данные о структуре и свойствах эмали,связанных с переориента- . цией кристаллитов при нагревании эмали.

3. Данные о радиационных,температурных и динамических характеристиках парамагнитных центров в карбонатах,в том числе в карбонатах из раковин моллюсков, а также сталактитов. Апробация работа Основные результаты диссертации докладывались на XXYI Congress AMPERE on Magnetic Resonance (Афины,1992), ¡а конференции "Актуальные вопросы ретроспективной, текущей и ¡рогнозной дозиметрии облучения в результате аварии на ЧАЭС" (Ки-?в, 1992), на Радиобиологическом Съезде (Киев, 1993), ка X Conference of Geochronogical and Isotope-Geochemical Research in Baltic Countries (Вильнюс, 1993), на конференции " Радиоспектрзс-сопические методы исследований в физике, химки, биологии и меди-дане" (Киев, 1993) .

Публикации. Основные результаты опубликованы в работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работа Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Диссертация содержит 104 страниц текста, 60 рисунков, 17 таблиц.

Краткое содержание работа

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертации. В нем описано современное состояние ЭПР дозиметрии, описаны нерешенные вопросы в этой области знаний, а также сформулированы постановка; задачи и цели диссертационной работы. Кроме того во введении описана структура диссертации, а также дано краткое описание его результатов.

Глава I называется "Методики регистрации сигналов ЭПР, лабораторных воздействий на образцы и реконструкции дозовых нагрузок. "

В этой главе даны краткие описания физической сущности метода ЭПР и параметров с помощью которых характеризуются радиационные парамагнитные центра Изложена общая характеристика ЭПР-спектрометров и их технические характеристики. Исследования проводились на управляемом компьютером спектрометре ПС100. X (производство - Белоруссия), спектрометре ЕК>-231 (производство -ГДР) и переоборудованном спектрометре РЭ - 1301. Описаны характерные методики регистрации с.1Гналов ЭПР, точность определения количества радиационных дефектов в исследуемых образцах и т. д.

. Кроме того в этой главе описана методика лабораторного облучения образцов. Лабораторное облучение производилось на следующих источниках. На кобальтовых калиброванных источниках (изотоп 60

Со , энергия квантов 1.25 МэВ) с равной мощностью дозы облуче-

✓ /

ния, на цезиевом калиброванном источнике (изотоп Сэ «энергия квантов 700 КзВ), а также на различных источниках рентгеновского излучения с разной мощностью дозы облучения и с разной энергией кванта Отдельные эксперименты выполнены при облучении образцов бетта-частицами.

Описаны также методики лабораторного отжига образцов. Отжиг производился ,как правило, в муфельной печи на воздухе. Кроме того использовался отжиг в атмосфере инертных газов, таких как аргон и гелий.

Глава II называется "Особенности ЭПР-дозиметрии на основе кварца".

В этой главе дано подробное описание структуры и физико-химические свойства кварца Изложены структура и радиоспект-роскопическиё характеристики основных парамагнитных центров в кварце, которые имеют радиационное происхождение и играют наиболее важную роль, при решении задач ретроспективной дозиметрии.

Вначале описан алюминиевый А1-0~^ центр, связанный с изоморфным замещением Б! —* А1 + Мэ , где Мэ - ион компенсатор,в роли которого могут выступать ЬГ"".^, Н^. Под действием облучения один из ионов кислорода примесного А10^ - тетраэдра теряет электрон, щелочной ион диффундирует от этого тетраэдра так, что в конечном счете образуется радиационный дырочный парамагнитный центр А1-0 , спин которого Б - 1/2 (рис.1 ).Описаны факторы,которые обуславливают особо важную роль алюминиевого центра в кварце при решении задач ретродозиметрии. Эти факторы, в основном, связаны с тем, что изоморфизм Б!-» А1 повсеместен в кварце и что дефекты связанные с алюминием играют существенную роль в формировании и других парамагнитных центров в кварце.

Далее описана структура и радиоспектроскопические характеристики германиевого центра,связанного с изоморфным замещением

(Щ

Рис. 1. Схема иллюстрируюшэя механизм образования радиационного А10 - центра и его физические свойства. Цифры 1-4 нумеруют ионы кислорода. Парамагнитная дырка может локализоваться на одном из двух ионов кислорода ( 1 или 2 ) , которые имеют более короткие длины А1-0 - связей.Ион А13* и ион 0"(на котором локализована дырка) образуют электрический диполь й & 10 Дебай.

Л/ ^

бе .Под действием облучения ион бе захватывает электрон, к дефектному тетраэдру диффундирует ион-компенсатор Ме так, что в конечном счете образуется электронный центр (Зе^Ме!. Особый интерес к германиевому центру связан с тем, что существует большое разнообразие этих центров (связанные с разными типами компенсации зарядов),а такие с тем , что наличие примесей германия существенно повышает чувствительность кварца, как материала дозиметра на основе спектроскопических методик.

Кроме того описаны другие радиационные парамагнитные цент-ры,связанные с изоморфным замещением И ,с вакансией кис-

лорода захватившей электрон — Е/- центры , а также радиационные дырочные парамагнитные центры,связанные с вакансией кремния — центры - . пара кислородов дефектного тетраэдра,потерявшая электрон.

Далее в этой главе подробно рассмотрены физические свойства алюминиевого центра в кварце и новые разработанные наш методики регистрации сигналов ЭПР от этих центров. Поскольку алю-. ыиниевый центр присутствует практически во всех образцах природного и синтетического кварцев,то потому изучение физических свойств этого центра,разработка новых методик регистрации сигналов ЭПР А1-0*- центров (в особенности-в образцах с малой концентрацией центров,т. е. при малых дозах облучения), имеет существенное значение для ретроспективной дозиметрии.

. Нами проведены подробные экспериментальные исследования свойств центров в интервале температур (77 - 300) К. Ре-

зультаты экспериментов представлены на рис. 2 . Эти результаты про-

о

интерпретированы с учетом того,что с СА1Су] - центрами кроме магнитного (спин Б - 1/2) связан также электрический диполькый . Поскольку парамагнитная дырка может локализоваться

на одном из двух ионов кислорода (1 и 2, см.рис. 1 ),то диполь <?/

?

Рис. 2. Зависимость интенсивности (а) и ширины (б) сигналов ЭПР£А1С^- центров в кварце от температуры кристаллов.

может иметь две различные ориентации в структуре кристалла ^ и .Дырка может совершать туннельное движение между двумя позициями 1 и 2,что в конечном счёте ведет к размагничиванию квантовых состояний и ,в конечном счете,к исчезновению сигнала ЭПР. Для магнитного момента квантовых состояний получено

I,

выражение (о)/, ¿)

ы

где уМу куЦ - магнитные момейты делокализованных и локализованных состояний, а ^ - параметр делокализации^/ -//^о , где Р - величина туннельного расщепления, а - величина зазора между локализованными состояниями в отсутствие туннелирования. Из (1) видно, что при >> ^ . т. е. делокализация

центра ведет к уменьшению эффективного магнитного момента центра. Кроме того при этом происходит уменьшение вероятностей индуцированных переходов. Перечисленные выше факторы, в .конечном счете, приводят к ненаблюдаемости сигналов ЭПР АЮцентров при комнатной температуре.

Поскольку чувствительность метода ЭПР - дозиметрии по сравнению, например,с методом термолюминесцентной дозиметрии относительно невелика, то при определении малых доз облучения (т.е. при малой концентрации радиационных дефектов) "вопрос чувствительности метода регистрации имеет решающее значение. В . этой связи нами разработан новый способ регистрации сигналов ЭПР А1-0"- центров в кварце с помощью переменных электрических ..¿лей.

Сущность этой методики проиллюстрирована на рис.3. На этом рисунке представлены двухямные потенциалы, в которых туннелирует парамагнитная дырка при воздействии на образец переменного электрического поля (см. рис.3 - в ). Цифры 1 и 2 нумеруют'ямы, соответствующее локализации дырки на ионах кислорода 1 и 2. Потенциалы а) и б) соответствуют центрам, лежащим во внутренних г.о-

3

и 2

и—

/ I

о.

(Г

-т

ит

ей)

I

Ркс. 3. Дзухя^ые потенциалы, в которых движется дырка А - Ей) = О, Б - Ей) = +Е , 3 - ЕШ = -Е Индексы ± при эеемановских уровнях указьшают прое; дню спина на магнитное поле.

(О

их дефектов ^ и сл? соответственно.

Показано, что для интенсивностей сигналов ЭПР от дырок,

I

реализованных в -той яме можно зг-лисать: - .

• (2) ;е - населенность зеемановских уровней,

- число

>нтров, соответствующих / -той яме, (у- спиновая температура. •ш показано.что в переменном электрическом поле £,см.рис. - в , будут иметь место колебания интенсивностей сигналов ЭПР частотой электрического поля ^ за счет изменения в (1) с частотой

за счет изменения Лр" в (1). Благодаря им колебаниям во времени интенсивностей сигналов ЭПР, исполкгуя ектрическое поле в качестве модулирующего поля,удается реали-вать новый способ регистрации сигналов ЭПР М-0"- центров. При эм чувствительность способа регистрации увеличивается на пол-5а-два порядка Соответственно появляется возможность надежной чгстрации сигналов ЭПР в. образцах получивших дозу облучения )ядка 0. \ Рр, что имеет существенное значение для ретроспек-шой ЗПР-дозиметрии.

Далее в этой главе подробно рассмотрена специфика рет-пективной дозиметрии-на основе кварца, выделенного из разного а строительны- материалов, таких- как кирпич и черепица . Осо-яоеть этой ситуации состоит з. том,что в процессе изготовления х материалов благодаря температурному отяигу (Р^=1300 К в тега нескольких часов) все радиационные дефекты в кварце пере-ят в непарамагнитное состояние. Таким образом радиационный до-гтр на основе кварца в данном случае автоматически внетавля-I на нулевые показания.

Подробно описана технология выделения мономинеральной ации кварца, а такта результаты исследований газрца из кирпи-, взятых из зоны аварки на Чернобыльской АЭС. Показано, что //

благодаря повсеместности кварца, его достаточно хорошей изученности разными методами кварц в настоящее время является основным материалом для решения различных задач ретродозиметрии. ;

Предварительные результаты об интегральных дозовых нагрузках исследованных образцов варьировались:а)по г.Чернобыль - 0.6 -1 Гр ; б) на расстоянии 1 - 4 км от станции — 10-30 Гр.

Глава III называется "Возможности и специфика ЭПР- дозиметра с использованием эмали зуба".

При всей существенности кварца как объекта ретролозимет-рии,наиболее важным объектом, для которого иногда оказывается необходимым реконструировать дозу облучения, является, безусловно, человек. ЭМаль зуба человека является одним из наиболее популярных объектов для реконструкции дозовых нагрузок. Несмотря на значительное количество работ по этому объекту имеется много нерешенных вопросов, связанных как со свойствами матрицы эмали зуба, так и со свойствами радиационных дефектов в ней.

В описываемой главе проведены подробные литературные сведения о структуре и свойствах эмали. Отмечено,что эмаль на 95 -98 % состоит из гидроксилапатита ОН, на 2 - 3 2 из воды

и на 1 - 2 % из органических веществ. Эмаль состоит из отдельных кристаллитов , разделенных между собой органическими прослойками.

Нами впервые обнаружен и изучен эффект переориентации кристаллитов в эмали зуба при ее нагревании. Ориентация кристаллитов изучалась методом ЭПР исходя из анизотропных сигналов ЭПР центра С0|",который являете:, основным радиационным дефектом в эмали зуба. Экспериментально показано,что при нагревании эмали до температуры Т^- 450 К наблюдается эффект изменения ориентации кристаллитов гидроксилапатита. Результаты экспериментов для отожженной и неотоженной эмали представлены на рис. 4 и 5

Ориентация кристаллитов может быть определена методом ЭПР,

■и

0.3391

О.ЗУОЗ

61Ь,вугг

0.359; А

Рис. 4. Спектры ЭПР в обРда не^^Ц^да'^Жа

сйрав-

■ цов эмали зуба в пространстве.

©

- Та

о. ъ'/ог '

0.5598

ОЗЪЗЧ

Тл

о.з-'гог

0. Ъ59В' О. 359-у '

®

©

1 2, •ч / V Л г, ■

\ */ V уу

« » • «V;

2* Ч ¿г /

» » 1 1

си

4уу

\ / / (Г

\ ■ ■1,2 / /1

уч. • I о ---* ■ (.. -1-. ьХ. у/ "*• • 1 1

30 60 и 60 50 €0

Ь ' V р

Рис. 5. Угловые зависимости резонансны?: полей для образцог неотожженной (а) и отожженной (б) эмали. Цифры 1 к 2 • группы кристаллов. Сплошные линии - расчет , точки -экспериментальные данные.

если известны ориентация главных осей ^ - тензора парамагнитных центров по отношению к кристаллографическим осям. При этом

для резонансных полей парамагнитных центров можно использовать — . (3)

где Ь - постоянная . Планка, ^- магнетон Бора, ¡) - частота микроволнового поля, $ - угол мржду вектором индукции магнитного поля главной осью ^ - тензора

В описанном выше'приближении определены ориентации кристаллитов в образцах отожженной и неотожкенной эмали методом ЭПР с использованием ЯМР и гззовой хроматографии,показано.что эффект переориентации кристаллитов связан с изменением свойств органических прослоек иевду кристаллитами. Изучены особенности текстури-рования эмали и эффекта переориентации кристаллитов в образцах эмали зубов разного типа.

Еа примере эмали зуба изучена специфика минералов биологического происхождения, а такте механизм с помощью которого органическая матрица управляет свойствами отдельных кристаллитов и всего минерала в целом. Сделаны выводы о том, что параметр с помощью которого органическая (жвая) материя управляет минеральной • (неживой) материей является поверхностная энергия кристаллита. Поскольку размеры кристаллитов невелики (десятки - сотни нанометров) , то вклад поверхностной энергии кристаллита в их общую энергию существенен. Изменение свойств органических прослоек, на которых кристаллиты эпиктасиально выросли, неизбежно отражается на их свойствах и свойствах биоминерала в целом.

Установлено, что указанная выше специфика строения биомике-рала эмали зуба существенно влияет на ее радтощганные характеристики. Радиационная чувствительность эмали по центру СО5 эке-

третцбно 1у.?х.ка к почти на два порядка выше , чем у .идроксила

/Г

патита , выросшего в неживой природе. Различие структуры зубов разного типа приводит к тому, что радиационная чувствительность максимальна для резцов, уменьшается для клыков и минимальна для коренных зубов.

Далее в третьей главе подробно описаны результаты радиоспектроскопических исследований различных парамагнитных центров в эмали зуба. На рис.б-а представлен характерный спектр ЭПР эмали. Кроме центров СОу со значениями ^ - 1.996 ¿0.0001, ^ - 2.0031/0.0001, обозначенных стрелками без индексов на этом рисунке представлены сигналы ЭПР от радикалов И., 1?3 со значениями^ - факторов

^ - 2.0055± 0.0001, - 2.00954: 0.0001, ^ - 2.0121±0.001 соответственно. Кроме того на этом рисунке представлен сигнал ЭПР от центра обозначенного нами АВ^ .который соответствует радикалу, связанному с аланином.Для этого центра^ - 2.0034 .Сверхтонкие расщепления неспаренногс электрона с четырьмя протонами А - (21.6±0.1)* 10"^Тл.

Далее в третьей главе описана описана температурная стабильность указанных выше центров. Результаты экспериментов представлены на рис. 7. В частности, установлено, что центр АВ^. появляется только при прогреве образца при температуре Т - 470 К после предварительного его облучения. Установлено также, что с нагреванием образца интенсивность сигналов ЭПР от центра И увеличивается, а от центров СО^~ уменьшается.

Нами также изучены оптимальные режимы регистрации сигналов ЭПР различных центров эмали зуба, изучено влияние мощности микроволнового псля, амплитуды модуляции при одновременном регистрации сигналов ЭПР от эталонного образца (Мп в К£0) и исследуемого образца эмали зуба.

йалее подробно изучена р&ДМШюнные характеристики раэлич-

4

Рис.6.Вид спектра ЭПР в эмали зуба , отожженного при . фЮ $((а).Фрагмент спэктра в неотожженной эмали (б). Схемь. , псяснягошдя характеристики центра АВ^..

р.£ -

р.г -

49р 67р Но "Ту К

Рис. 7. Зависимость интенсивности сигнала ЭПР от температуры отжига, привые 1 и 2 относятся соответственно к центрам С0§~ и АКг. . I - максимальная интенсивность сигналов ЭПР. ' •

ных парамагнитных центров в эмали зуба. Показано, что наиболее эффективно центры ССц?" продуцируются рентгеновским облучением. По мере увеличения энергии гамма-квантов эффективности продуцирования центров (при равных дозах об 'учения) уменьшается.

В этой же главе подробно • рассмотрена проблема пороговых доз в дозиметрии с. использованием эмали. Известно, что основная проблема деи этом состоит в разделении вклада в суммарный сигнал ^ПР от центров И. и СС^ТПоказано,что поскольку с ростом температуры интенсивность сигналов ЭПР от центра И. увеличивается, а от центра (^"уменьшается, то традиционный способ разделения эмали и дентина с использованием стоматологического инструмента является неудовлетворительным.

В диссертации описан новый подход к разделению эмали и дентина , основанный на различии их удельного веса Кроме того описаны способы химической обработки исследуемых образцов, которые позволяют уменьшать интенсивность сигнала И без изменения интенсивности сигнала ЭПР от центра со/" Рассмотрены также и другие аспекты процедуры реконструкции доз по эмали зуба, связанные с таблетированпем образцов, процедурой дооблучения и т.д.

Показано, что в настоящее время'пороговые дозы, которые мо-гут быть реконструированы по эмали зуба лежат в интервале (10 -15)*10 Гр. Величины доз, полученные по коллекции зубов,удаленных по медицинским показаниям у жителей Житомирской области Украины и

Брянской области России,оказались ниже пороговых и при дооблуче-

-г

нии оказались в интервале (20 - 40)*10 Гр.

Глава 1У диссертации называется "Особенности ретроспективной дозиметрии на основе карбонатов."

В данной главе описаны особенности ретроспективной дозиметрии с использованием раковин наземных и водных моллюсков, а также сталактитов из пещер разного типа Раковины моллюсков представляют

/о

особый интерес для ретроспективной дозиметрии, поскольку эти объ екты в принципе позволяют реконструировать дозовые нагрузки раз дельно по годам.

В начале главы рассмотрены физические свойства и структур кальцита и арагонита. Эти вещества имеют одинаковую химическу формулу CaCOj, однако кальцит относится к тригональной , a aparo нит - к ромбической сингониям. Описаны области температурной ус тойчивости кальцита и арагонита, отмечено, что при нормальных ус ловиях арагонит является неустойчивой фазой карбоната. Однако : минералах биологического происхождения продуцируется в ochobhoi именно нестабильная фаза карбонатов - арагонит.

Далее в диссертации подробно описаны особенности строения i морфологии раковин моллюсков разного типа. Отмечено ,что раковин] состоят из трех основных слоев. И, в частности, как и в других минералах биологического происхождения органическая компонента обуславливает и цементирует минеральное вещество раковин - СаСО^. Оптическая ось С- кристаллов арагонита и кальцита в раковина; строго ориентирована, а оси ¿Z и & для арагонита и осы£* для кальцита обычно ориентировки не имеют.

Далее в рассматриваемой главе описаны типы исследовании: моллюсков и приведены характеристики сигналов ЭПР, наблюдаемых ] соврем .шых наземных и водных' моллюсках, а также в раковинах и: морских отложений, а также в образцах арагонита и кальцита небиологического происхождения. Описаны характеристики сигналов ЭГП Мп24 в кальците и арагоните, а также радиоспектроскопические характеристики различных радикалов, наблюдаемых в районе^ - 2.0, з том числе радикалов .локализованных в органической и минеральные компонентах раковин.

В рассматриваемой главе рассмотрены вопросы, связанна

с фазовым переходом арагонит - кальцит в раковинах моллюсков. Эй

2.0

исследования проведены путем регистрации сигналов ЭПР от ионов 2+-

№ ,и также с помощью рентгеноструктурного анализа, позволяющего непосредственно определять количественное соотношение фаз кальцита и арагонита в исследуемых пробах. Показано, что, как и в эмали зуба, преобразование структуры (в данном случае фазовый переход арагонит - кальцит при Tf= 600 К) имеет место при изменениях свойств органических прослоек .

Рассмотрены также вопросы, связанные с возможностями метода ЭПР в изучении степени текстурирования раковин .моллюсков. Показано, что в данном случае , в отличие от эмали зуба, при изменении свойств органических прослоек переориентация кристаллов отсутствует, однако из фазы арагонит они переходят в фазу кальцита.

В той же главе описаны особенности реконструирования дозо-вых нагрузок с использованием раковин моллюсков. Показано, что основная трудность состоит в наложении интенсивного сигнала от Ш2', имеющего нерадиационное происхождение, с сигналом ЭПР от радиационных центров. Вместе с тем в некоторых раковинах,как правило, наземного происхождения сигнал отсутствует .В других случаях радиационный сигнал удается выделить с помощью компьютерной обработки. Кроме того установлено, что в некоторых участках панциря сигнал ЭПР от Ш^тож отсутствует.

Величина дозовых нагрузок для раковин моллюсков достигав1* "оовня 10 - 20 Гр, а для карбонатов из сталактитов — 20 - 100 Гр. '

В заключении дан общий комментарий проведеннь . в диссертации исследований и сформулированы основные результаты,полученные в диссертации,которые состоят в следующем:

1. Проведены систематические исследования механизма формирования радиационных дефектов в кварце и их физических свок-тв. Обнаружено, что при Т > 120 К сигналы ЭПР наиболее распространенного

радиационного [А10^ ]- центра резко уменьшаются по интенсивности, так что при Т - 170 К они становятся практически ненаб-лздаемы. Показано, что указанный эффект связан с туннельным движением парамагнитной дырки между различными позициями ионов кислорода в примесном АЮу- тетраэдра.

2. Для образцов кгарца с малой дозой облучения разработан новый способ регистрации сигналов ЭПР от радиационных дефектов, связанных с АЮ~ центрами, оснований на использовании переменных модулируюшх электрических полей. Изучен механизм формирования сигналов на частоте электрического поля и на удвоенной частоте. Показано, что этот механизм связан с магнитоэлектрическим эффектами на туннелирующих алюминиевых центрах.

3. Проведено изучение оптимальных методик выделения кварца из строительных материалов при решении задач ретроспективной дозиметрии, а также методик реконструкции доз по этим объектам. Про- |

• ведена апробация этих методик на коллекции образцов кирпичей, отобранных в зоне аварии на Чернобыльской АЭС.

4. .бнаружен и изучен эффект переориентации кристаллитов гидрокси-лапатита в эмали . зуба. Показано, что при Т > 450 К имеет место резкое изменение свойств органических прослоек между кристаллитами, что и стимулирует их переориентацию. Проведены детальные исслед.вания этого эффекта методами ЭПР, ЯМР и газовой хроматографии.

5. Изучены радиоспектроскопические характеристики и бптимальные методики регистрации радиационных' дефектов в эмали зуба, связанными с центрами И, И2, КЗ и АВ4.Проведено сопоставление

5-

радиационной чувствительности эмали и дентина по центру СО,, а

—

также зависимость эффективности продуцирования центров СО, в эмали зуЗа в зависимости от энергии кванта при разных дозах облучения. Показано, что радиационная чувствительность эмали при-

2г

мерно на порядок больше, чем у дентина и уменьшается по мере роста энергии гамма-квантов.

6. Показано, что при нагревании до Т > 370 К интенсивность сигналов ЭПР от центров И увеличивается, а от центров СО уменьшается, что делает проблематичным способ разделения эмали и дентина с помощью стоматологического инструмента. Разработан и апробирован новый подход к разделению эмали и дентина зубов, основанный на различии их удельного веса. Разработаны способы химической обработки эмали,позволяющие снизит' уровень пороговых доз, которые можно реконструировать с помощью ЭПР эмали зуба.

7. Проведено изучение фазового перехода арагонит-кальцит в раковинах моллюсков, а также степени текстурирования раковин. Исследования выполнены методом рентгеноструктурного анализа, путем

2+

исследования сигналов от иона Мп методом ЭПР, а также методами ЯМР и газовой хроматографии, позво«лвшими контролировать свойства органических прослоек между кристаллитами СаСО^в раковинах. Показано, что рассмотренные закономерности фазового перехода (как и в эмали зуба) связаны со спецификой структуры и свойств минералов биологического происхождения.

8.Определены радиоспектроскопические, радиационные и температурные характеристики парамагнитных центров в раковинах моллюсков, образованных под действием.радиоактивных излучений, локализованных как в минеральной, . так и в органической компонентах раковин.

9. Проведен сбор коллекций раковин водных и наземных раковин моллюсков," приуроченных к зоне аварии на Чэрнобыльской АЭС, а также карбонатов из сталактитов пещер разного тшг. Проведена предварительная . реконструкция дозовых нагрузок ракови* моллюсков.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. A. Е Брик, С. С. Ищенко, К Ю. Банзаракшеев, Е Б. Садуей. ЭПР-интроскопия на основе магнитоэлектрических эффектов. ФГТ, 1991, т. 33, N 12,0.3465-3470.

2. А. В. Brik, A. L. Larikov, N. В. Saduev. New Magnetoelectric Effect of Tunneling Paramagnetic Centers in Crystals and its Applications. In: Rep. XXYI Congress AMPERE on Magnetic Resonance, Athens, Greese, 6-12 September 1992.

3. А.Б. Брик, R H. Багмут, Г E Садуев. Радиационные дефекты в кар-бонатгидроксилапатите биологического происхождения. Минералогический журнал, 1992, Т. 14, N3, С. 91-94.

4. С. Е Шолом, Е Е Чумак, Е С. Репин, А. Б. Брик, Е Е Садуев. О радиационной чувствительности дентина и эмали зубов по данным ЭПР. Материалы конференции "Актуальные вопросы ретроспективной, текущей и прогнозной дозиметрии облучения в результате аварии на

ЧАЭС", Киев, 1992, с. 129 - 133.

5. А- Е Брик, Е Е Ковалюх , Е Е Матяш , Е Е Садуев , A. Л. Лариков, А. А. Щумский. Характеристики радиационных центров в раковинах моллюсков. ДАН АН Украины, 1992, N. 9, С. 90-94.

6. А. Е Брик, Е Е Садуев, A. Л. Лариков, Е Е Багмут . Об изменении ориентации кр^-таллитов гидроксилапатита в эмали зуба при ее нагревании. Минералогический журнал, 1993, Т. 15, N1, С. 85-89.

7. А. Б. Брик, И. R Матяш , Е Б. Садуев. О влиянии туннелирования на эффективный магнитный момент примесных (АЮ^)0 - центров в в кварце. ФГТ, 1993, т. 34, N 9, 2592 - 2594 .

8. Брик А. Е , Филонюс И. А., Садуев Е Е Исследование свободных радикалов в злаковых культурах из зоны ЧАЭС методом ЭПР. Тез.

• докл. Радиобиол. съезда. Пущино, 1S93, с. 94.

9. Брик А. Е , Лариков А. Л., Садуев Е Б. Ретроспективная дозимет-

рил местности и биологических объектов спектроскопическими методами. Тез. докл. Радиобиол. съезда Цущино. 1993, с. 143 -144.

Брик А.Б., Радчук ЕЕ , Садуев ЕЕ , Гавер О.М. О принципах организации структуры биоминералов (эмаль зубов, раковин моллюсков) по данным ЭПР. Тез. докл. междунар. конф " Ради-оспектооскопические методы исследований в физике, химии, биологии и медицине." Киев, 1993, с. 16 - 18. Брик А. Б., Де^ода Е Я., Ыаразуев Ю. А. .Радчук Е Е , Садуев Е Е О дозовых нагрузках "ъарца из зоны аварии на Чернобыльской АЭС. Там же, с. 45 - 46.

Брик А.Е , Садуев ЕЕ' Проблемы ЭПР дозиметрии по эмали зуба человека. Там яе, с. 46 - 47.

Брик А.Е , Радчук ЕЕ, Садуев ЕЕ , Гавер О.Ы. Особенности ЭПР дозиметрии раковин моллюсков из зоны аварии на ЧАЭС. Там яе, с. 48 - 49.

А. Е Brik, N. N. Kovalluch, A. L. Larikov, N. В. Saduyev, О. M. Gaver. ESR and Radiocarbon Investigations of- Mollusk Shells of ChAElS. In: Abstracts of 10th Conference of Geochronological and Isotope-Geochemical Research lr. Baltic Countries. Vilnius, 1993, p. 13.

A: B. Brik. N. Saduev, j. Pawluta, A. Pasdur and M. F. Pazdur. Dyna-cal Characteristics of Paramagnetic Centers in Speleotems from Selected Caves in Bulgaria, Turkey and Pola t In: Abstracts of 10th Conference of Geochronological and Isotope-Geochemical Research in Baltic Countries.. Vilnius,1993, p.74.