рабочее вещество для термолюминесцентного детектора ионизирующего излучения

Формула изобретения

Рабочее вещество для термолюминесцентных детекторов ионизирующего излучения, включающее ультрадисперсный алмаз и связующее, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит двуокись кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ультрадисперсный алмаз 25-65

двуокись кремния 25-65

силикатный клей в качестве связующего остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению рабочего вещества, которое может быть использовано для изготовления термолюминесцентного детектора ионизирующего излучения, использующегося в индивидуальной дозиметрии для определения поглощенных доз персонала; для определения поглощенных доз пациентов при проведении рентгеновской диагностики и терапии; при определении поглощенных доз в поле облучения высокодозовых технологических установок.

Известно такое рабочее вещество, используемое для изготовления алмазных детекторов, как природные алмаз (патент РФ № 2167435, МПК G01T 1/24, опубл. 20.05.2001), но, как известно, природные алмазы являются дорогостоящим материалом, к тому же изготовление детекторов проходит через множество стадий, что представляет собой трудоемкую и долговременную работу.

Известен состав (патент SE № 424374, МПК G01T 1/115, G01T 1/02, опубл. 12.07.1982), в котором в качестве рабочего вещества для радиационных дозиметров используется смесь LiF, CaF₂, CaSO₄, Li ₂SO₄. Использование данного многокомпонентного материала предложено в определенных условиях, после чего при помощи температуры происходит преобразование неизвестной поглощенной дозы в количество энергии, а затем ее регистрация. К недостаткам данного метода следует отнести сложность изготовления четырехкомпонентного рабочего вещества, а также проведение нескольких эквивалентных операций для построения калибровки, что затруднено постоянными изменениями свойств окружающей среды.

Известно использование в качестве рабочего вещества для изготовления детекторов материала двуокиси кремния SiO₂ (патент РФ № 2108598, МПК G01T 1/11, С09К 11/08, опубл. 10.04.1998). К недостаткам данного изобретения относится то, что рабочее вещество только является костноэквивалентным, а это не позволяет давать правильные оценки регистрированной поглощенной дозы в индивидуальной дозиметрии.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, изложенный в патенте РФ № 2200965 (МПК G01T 1/11, опубл. 20.03.2003), в котором предложено использование в качестве рабочего вещества для термолюминесцентного детектора (ТЛД) синтетического ультрадисперсного алмаза (УДА). Для реализации способа использованы алмазы, полученные химическими методами выделения и очистки УДА из алмазно-углеродной шихты с дисперсностью 5 нм.

К недостаткам данного рабочего вещества следует отнести чрезвычайно низкую интенсивность термолюминесцентного сигнала в области доз менее 1 кГр. Следовательно, детектор на основе данного вещества не может быть использован в области доз, характерных для индивидуальной дозиметрии персонала и даже пациентов.

Задачей изобретения является расширение диапазона регистрируемых доз ионизирующего излучения рабочего вещества для расширения дозиметрии как в сторону малых доз (менее 1 кГр), так и в сторону высоких доз (до 100 кГр).

Поставленная задача решается тем, что предлагается в качестве рабочего вещества для термолюминесцентных детекторов ионизирующего излучения использовать смесь ультрадисперсного алмаза, с размером частиц около 5 нм, двуокиси кремния SiO₂ и силикатного клея в качестве связующей среды.

Синтез композитного рабочего вещества проводят путем смешивания SiO₂ и УДА в пропорциях, мас.%: ультрадисперсный порошок алмаза, с размером частиц около 5 нм - 25-65, SiO₂ - 25-65, силикатный клей - остальное, этот состав обеспечивает измерение поглощенных доз в широком диапазоне: по пику, обусловленному поглощением SiO₂ , с максимумом при 154°С, от 10^-4 кГр до 1 кГр и по пику, обусловленному поглощением УДА, с максимумом при 270°С, от 1 кГр до 100 кГр. Вышеописанные диапазоны обусловлены возможностью получения достоверных результатов при использовании данного рабочего вещества (табл.1). Выбор температуры обусловлен регистрацией максимума на кривой термостимулированной люминесценции (ТСЛ) (см. чертеж). Полученное рабочее вещество далее помешают в формы при небольшом надавливании и выдерживают в течение часа при нормальных условиях. Затем вынимают полученные ТЛД и просушивают.

Пример

Смешивают SiO₂ и УДА в пропорциях, мас.%: ультрадисперсный порошок алмаза, с размером частиц около 5 нм - 45, SiO₂ - 45, силикатный клей - остальное, затем помешают в формы при небольшом надавливании и выдерживают в течение часа при нормальных условиях, вынимают готовые ТЛД и просушивают. Полученные ТЛД обеспечивают измерение поглощенных доз в широком диапазоне: по пику, обусловленному поглощением SiO₂, с максимумом при 154°С, от 10^-4 кГр до 1 кГр и по пику, обусловленному поглощением УДА, с максимумом при 270°С, от 1 кГр до 100 кГр. Полученное рабочее вещество ткане- и костноэквивалентно.

Примеры использования других массовых соотношений компонентов рабочего вещества приведены в табл.2.

Предлагаемое новое композитное рабочее вещество является не только костноэквивалентным, т.е. его эффективный атомный номер (Z) сравним с эффективным атомным номером костной ткани, что необходимо при регистрации доз в костноэквивалентных материалах, например почвы, керамика, кварц и т.д., но и обладает эквивалентностью мышечной ткани, что необходимо при регистрации поглощенных доз в индивидуальной дозиметрии (близкой по Z к характеристикам воды). Достоинствами вещества являются: расширенные пределы регистрации доз, для которых используются два рабочих пика ТСЛ, эквивалентность материала мышечной ткани человека, что обеспечивает адекватную дозиметрию на ткани человека, например, при использовании в дозиметрии медицинского облучения. Данное рабочее вещество является практически единственным, позволяющим получать возможность дозиметрии в области высоких интенсивностей и плотностей возбуждения, в том числе и импульсного.

Таблица 1
Обоснование пределов определения поглощенных доз
Поглощенная доза	Результат исследования
Пик температуры по двуокиси кремния SiO2 - 154°С
менее 0.1 мГр	Чувствительность детектора ниже предела регистрации с использованием ТЛ комплексов
от 0.1 до 1 кГр	Регистрация поглощенных доз, получение достоверных результатов
более 1 кГр	Нет линейной зависимости на кривой ТСЛ, в связи с чем уменьшается достоверность результатов
Пик температуры по УДА - 270°С
менее 1 кГр	Чувствительность детектора ниже предела регистрации с использованием ТЛ комплексов
от 1 до 100 кГр	Регистрация поглощенных доз, получение достоверных результатов
более 100 кГр	Нет линейной зависимости на кривой ТСЛ, в связи с чем уменьшается достоверность результатов

Таблица 2
Примеры параметров
№ примера	Соотношение компонентов (силикатный клей 10%), мас.%	Диапазон определения доз, кГр	Влияние на (по сравнению с Примером 1):
УДА	SiO2	пик 154°С	пик 270°С	костноэквивалентность	тканеэквивалентность
			10-4-2	60-90		Значительно снижается
2	25	65
			10-4-1,7	30-80		снижается
3	35	55
			10-2-0,8	0,8-100	снижается
5	55	35
			0,1-0,7	0,7-100	Значительно снижается
6	65	25