Термолюминесцентные свойства бората магния, активированного диспрозием (MgB4O7: Dy)

• 1.    Патрушева Т.Н., Холькин А.И., Юрьев Д,В. //Химия в интересах устойчивого развития. 2003. Т.11. С. 519.

• 2.    Резницкий Л.А. //Журн. физ. химии. 2002.Т.7. №8. С. 1528.

• 3.    Imanaka Т„ UedaT., Okazaki V. et all. //Chern. Mater. 2000. V.I2. №7. P.19I0.

• 4.    Sheldrick G.M. // SHELX-97. Release 97-2. University of Goettingen. Germany. 1998.

• 5.    Трунов В.К., Ефремов В.А. //Журн. неорган. химии. 1971. В.7. С.2026.

• 6.    Великодный Ю.А. Автореф, дисс. на соискание канд.хим. наук. Москва. 1975. 15с.

• 7.    Лазоряк Б.И., Ефремов В.А. //Кристаллография. 1987. Т.32. В.2. С.378.

• 8.    Клевцов П.В , Золотова Е.С., Глинская Л.А., Клевцова Р.Ф.//Журн. неорган. химии. 1980. Т.25. В.7. С.1844.

• 9.    Базаров Б. Г., Клевцова РФ., Цыренлоржиева А.Д., Глинская Л .А., Базарова Ж.Г. //Журн. структур, химии. 2004. Т.45. №6. С.1038.

• 10.    Клевцова Р Ф,, Антонова А.А., Глинская Л.А. //Кристаллография. 1980. 25. №1. С.161.

• 11.    Клевцова Р.Ф., Глинская Л .А., Пасечнюк Н.П.// Кристаллография. 1977.22. №6. С.1191.

• 12.    Клевцова Р.Ф., Клевцов П.В. // Кристаллография. 1970. 15. №5. С.953.

• 13.    Клевцова Р.Ф.//Докл. АН СССР. 1975. 22. №6. С.1322.

• 14.    Клевцова Р.Ф., Базарова Ж.Г.. Глинская Л.А., Алексеев В.И., Архинчеева С.И., Базаров Б.Г., Клевцов П.В., Федоров К.Н. //Журн. структур, химии. 1994. Т.35. №3. С. 11.

Ж. Г. Базарова, А. И. Непомнящих, А.А. Козлов, В.Д. Богдан-Курило, Б.И. Рогалев, Б.Г. Базаров, А.К. Субанаков г. Улан-Удэ, г. Иркутск, г. Ангарск

Термолюминесцентные свойства бората магния, активированного диспрозием (MgBaO?: Dy)

Определены оптимальные условия термообработки (температура и время) термолюминофора MgB,Oy Dy. Изучено влияние щелочных металлов (лития, натрия) и В2О3 как дополнительных активаторов, улучшающих характеристики термолюминофора.

Defined optimum conditions of thermal processing (temperature and time) for thermoluminofor MgBjO,: Dy, Studied influence of alkaline metals (lithium, sodium) and 8,0$ as an additional activator, perfecting properties of thermoluminofor,

В датчиках дозиметрического контроля в качестве детектора ионизирующего излучения используются термолюминофоры.

Наибольшее распространение в мировой практике получили термолюминофоры, изготовленные на основе LiF [1]. Кроме LiF в качестве термолюминофоров используются бораты L12B4O7 [2,3], MgB4O?:Dy или (Dy, Li) [3]. Борат магния, допированный Dy является перспективным термолюми- нофором, который показывает в несколько раз более высокую чувствительность, чем LiF (TLD-100К),

В ряде работ изучалось действие щелочных металлов (литий и натрий) как дополнительных активаторов, улучшающих дозиметрические характеристики термолюминофора [4,5].

Несмотря на перспективность бората магния как термолюминофора, систематические исследования по синтезу и исследованию термолюминесцентных свойств не проводились. Предварительными исследованиями нами установлено, что термолюминесценция (ТЛ) MgB₄O₇:Dy существенно зависит от термообработки (температуры и времени), В связи с этим целью данной работы явилось синтез и изучение свойств бората магния, допированного диспрозием.

Экспериментальная часть

В качестве исходных веществ были использованы MgO (ч.), В2О3 (о.с.ч.) и Dy2O3 (DyO - ж). Для выяснения влияния химической формы исходных веществ на свойства MgB4O7:Dy в отдельных опытах были использованы MgCO3 (ч.), Н3ВО3 (х.ч.) и Dy(NO3)3 (х.ч.). Исследования показали, что термолюминесцентные свойства MgBdO7:Dy не зависят от химической формы исходных веществ, поэтому в работе были использованы MgO, В2О3 и Dy2O3. В качестве литиевого активатора применили Li3CO3 (х.ч.). Также изучалась термолюминесценция бората магния: Dy, Li, как функция концентрации химической формы активаторов и метода их внесения в исходную смесь.

Термолюминесцентный анализ проводился на установке, состоящей из печи, терморегулятора, самописца и ФЭУ, и регистрирует интенсивность излученного света в зависимости от температуры. Для облучения был использован контрольный стронций-иттриевый бета источник, который устанавливался в фиксированном положении над облучаемыми образцами. Образцы располагались на подложке в четырех фиксированных позициях, относительная активность, которых была определена при предварительной калибровке. Облучение проводилось ло 30 мин. Результаты измерения ТЛ чувствительности нормировались на сигнал от эталона (ТЛД-580). Воспроизводимость измерений для термо-люминофора была на уровне 10%.

Достижение равновесия контролировалось рентгенофазовым анализом на дифрактометре 08 Advance фирмы Broker AXS, Си-К^-излучение, графитовый монохроматор.

В соответствии с [6] MgB₄O₇ образуется в системе MgO-B₂O₃ и разлагается в твердой фазе выше 1050°С. При избытке MgO кристаллизуется соединение Mg₂B₂O5. Нами были опробованы зависимости интенсивности люминесценции бората магния с содержанием активатора 0,5 мас.% от температуры (от 75О°С до 900°С с шагом 50°С). Результаты опытов представленные на рис.1, показывают следующие условия как оптимальные: температура 850°С и время отжига 24-25 часов. Исходный MgB₄O₇ с активатором синтезировали сплавлением стехиометрических количеств оксидов бора, магния и диспрозия: В₂О₃ (ос.ч. 12-13), MgO (ч), Dy₂O₃ (DyO-ж) при 850“С в течение одних суток. Также изучалась зависимость интенсивности термолюминесценции от концентрации активатора (Dy) (рис. 2).

Рис. 1. Зависимость интенсивности термолюминесценции MgB4O7 с содержанием 0,5 мае. % Dy от а) температуры, б) времени отжига при 850°С .

Рис.2. Зависимость интенсивности термолюминесценции MgB4O7 от концентрации (Dy).

Интенсивность термолюминесценции зависит от распределения в объеме бората магния очень малого количества диспрозия, поэтому был предложен следующий метод перетирания - метод равных количеств, который заключается в следующем: перетираются сначала оксиды магния и бора, т.к. они имеют примерно равный вес, далее эта перетертая смесь равными по весу количествами растирается с оксидом диспрозия. Также использовали перемешивание на ультразвуковом вибраторе (рис.За) и на шаровой мельнице (рис.Зб). Лучшими показателями обладал образец, перетертый методом равных количеств (рис.Зв).

• а) б) в)

  

Рис.З. Спектр люминесценции MgB4O7: Dy (0.5 мае. %) в зависимости от способа перемешивания: а) - ультразвуковой вибратор; б) - шаровая мельница; в) - метод равных количеств. 1- спектры термолюминесценции образцов; 2- спектры термо люминесценции эталона (ТЛД-580).

Исследовали зависимость интенсивности термолюминесценции от концентрации второго допирую-щего элемента (лития, натрия, оксида бора). На рис. 4а представлены результаты данного эксперимента, лучшим был образец с концентрацией лития 0,5 мас.% по отношению к чистому тетраборату магния. После нескольких облучений уровень его термолюминесценции падает до уровня ТЛД 580 (эталон).

Добавление ионов натрия также несколько увеличивает термолюминесценцию тетрабората магния, но не дает стабильной термолюминесценции (рис.4б).

Проводились опыты с избытком оксида бора, которые показали, что увеличение термолюминесценции наблюдается при 0,8-1,0 мол.% (рис.4в).

Ионы лития и натрия как ко-допирующие элементы увеличивают термолюминесценцию бората магния по сравнению с нелегированным боратом.

Выводы

Определены оптимальные условия синтеза (температура 850°С при времени отжига 24 часа) бората магния (MgB4O7:Dy) с интенсивностью термолюминесценции на уровне и выше эталона (ТЛД-580).

в)

Рис.4. Интенсивность термолюминесценции в зависимости от концентрации второго допирующего злемента: a)-Li;5)-Na; в)-В2О3

Изучено влияние щелочных металлов (лития и натрия) и В2О3 как дополнительных активаторов и показано, что они увеличивают интенсивность термолюминесценции, понижающуюся со временем.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №06-08-00726).