Сцинтилляционный и Люминесцентный методы дозиметрии

Люминофоры

     Люминофоры (от лат. lumen — свет и греч. phoros — несущий), вещества, способность которых светиться под действием внешних факторов, используются для практических целей. Люминофоры применяют для преобразования различных видов энергии в световую.

     По  химической природе различают  органические люминофоры (органолюминофоры), и неорганические (фосфоры). Фосфоры, имеющие кристаллическую структуру, называются кристаллофосфорами. 

     Кристаллофосфоры — неорганические кристаллические люминофоры. Люминесцируют под действием света, потока электронов, электрического тока, радиоактивного излучения. Применяются в люминесцентных лампах, экранах электронно-лучевых приборов, сцинтилляционных счетчиках, полупроводниковых лазерах.

     По  типу возбуждения различают фотолюминофоры, рентгенолюминофоры, радиолюминофоры, катодолюминофоры, электролюминофоры  и т. д. Некоторые вещества могут  люминесцировать при различных  видах возбуждения, т. е. являются люминофорами смешанного типа (например, ZnS, легированный Cu, является фото-, катодо- и электролюминофором).

     Требования  к параметрам люминофоров определяются условиями их применения. Люминофоры различаются по типу возбуждения, спектру  возбуждения (для возбуждения различных фотолюминофоров меняется от коротковолнового ультрафиолетового до ближнего инфракрасного), спектру излучения, выходу излучения, времени возбуждения, свечения и длительности послесвечения.

     Цвет  свечения определяется материалом основы люминофора, природой и концентрацией вводимых примесей-активаторов, которые образуют в основном веществе (основании) центры свечения. Подбором люминофора и соответствующих центров свечения можно варьировать длину волны люминесценции. Даже в одном люминофоре, меняя тип примесей, можно регулировать спектральный состав излучения. Например, люминофоры на основе ZnS отличаются высокой яркостью и светоотдачей в видимой области спектра. При введении в ZnS активаторов получаем для кристаллов ZnS (Ag) свечение голубое, для ZnS(Cu) — зеленое, а для ZnS(Mn) — оранжевое. Если же в ZnS ввести CdS, то спектр люминесценции сместится в сторону более длинных волн.

     Органические  люминофоры представляют собой сложные  высокомолекулярные соединения: ароматические  углеводороды и их производные, гетероциклические соединения, комплексные соединения атомов металла с органическими лигандами и т.д. Механизм свечения органических люминофоров обычно внутрицентровой. Органические люминофоры могут люминесцировать в растворах (флуоресцеин, родамин) и в твердом состоянии (пластические массы и антрацен, стильбен и другие органические кристаллы), обладают ярким свечением и очень высоким быстродействием. Цвет люминесценции органических люминофоров может быть подобран для любой части видимой области. Применяются для люминесцентного анализа, изготовления люминесцирующих красок, указателей, оптического отбеливания тканей и т. д.

     Основное  применение среди неорганических люминофоров  имеют кристаллофосфоры. К твердым  неорганическим люминофорам относятся  также люминесцирующие стекла, порошки, тонкие пленки. Люминесцирующие стекла изготовляют на основе стеклянных матриц различного состава.

     При варке стекла в шихту добавляют активаторы, чаще всего соли редкоземельных элементов или актиноидов. Такие люминофоры применяются в лазерах. В светотехнике широко используют различные порошковые люминофоры, многие их которых являются бертоллидами, т. е. имеют переменный химический состав.

     На  основе порошковых электролюминофоров изготовляются плоские безвакуумные источники света сравнительно большой площади, которые нашли применение в светящихся панелях, табло, управляемых шкалах, мнемонических схемах, твердотельных экранах и т. д. Благодаря согласованию по спектральным характеристикам электролюминофоров с фотосопротивлениями создаются различные оптоэлектронные системы: приборы автоматики — оптроны, усилители и преобразователи изображения, например для рентгеноскопии. Получены тонкопленочные электролюминесцентные излучатели, которые позволяют получать яркость, сопоставимую по величине с яркостью обычного телевизионного экрана. В качестве активного слоя в них используется сульфид цинка, легированный марганцем или фторидами редкоземельных элементов. Излучатели на их основе, обладая большой яркостью, дают возможность получить полную цветовую гамму в плоскостных экранах для дисплеев. На их основе уже созданы эффективные излучатели сине-зеленого свечения (SrS (Cе), зеленого (СаS (Се)), красного (СаS (Еu), СаS (Еr)) и белого свечения (CaS (Рr, К), SrS (Но, Nd), SrS :(Sm, Cе)). [5]

Заключение

     При дозиметрии ионизационных излучений  используют как инструментальные, так  и расчетные методы. Все дозиметрические  приборы устроены по принципу регистрации  радиационно-индуцированных эффектов в некотором модельном объекте  — детекторе ионизирующего излучения. В ранний период становления дозиметрии, использовались фотографическое действие ионизирующих излучений, химические превращения и выделение тепла. По мере развития методов регистрации элементарных частиц развивались и методы дозиметрии. В современных условиях используется широкий спектр радиационно-индуцированных эффектов. К уже упомянутым можно добавить ионизационные эффекты в газах и конденсированных средах, изменение электрических свойств полупроводников, деструктивные повреждения твердых тел, люминесценцию, сцинтилляцию и др. Особое место занимает биологическая дозиметрия использующая в качестве меры дозиметрической величины количественные радиобиологические эффекты, например хромосомные аберрации, изменение морфологического состава крови и другие показатели, однозначно связанные с дозиметрией ионизационных излучений. Методы дозиметрии ионизационных излучений можно классифицировать по разным признакам. Так, в зависимости от вида регистрируемого эффекта различают ионизационный, фотографический, химический, люминесцентный, калориметрический, сцинтилляционный методы, метод следов повреждения и др. При этом имеет место однозначная количественная связь между изменением физических или химических свойств детектора излучения и поглощенной энергией. В клинической дозиметрии распространены ионизационные методы, в которых детектором служат ионизационная камера, твердотельные люминесцентные кристаллы, полупроводники. Последние привлекают малыми размерами детектора. [3] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Литература:

1. В. И. Иванов «Курс дозиметрии» 
2. Козлов В.Ф. - Справочник по радиационной безопасности – 1991.
3. Матвеев А.В., Козаченко В.И., Котов В.П. Практикум по дозиметрии и радиационной безопасности

     Интернет  источники:

4. http://clermontrealty.net/bgd-t10r3part1.html
5. http://dic.academic.ru/dic.nsf/es/33115/люминофоры

     Приложение 1. Характеристики некоторых неорганических сцинтилляторов.