Фізичні властивості ортоалюмінату ітрію, легованого марганцем, для люмінесцентної дозиметрії іонізуючого випромінювання

Abstract

Дисертація присвячена керованій модифікації властивостей та оптимізації способів отримання складних оксидів, придатних для люмінесцентної дозиметрії іонізуючого випромінювання на базі явищ термічно- та оптично стимульованої люмінесценції. Шляхом вивчення оптичних і люмінесцентних властивостей кристалів ортоалюмінату ітрію (YAlO3), легованих Марганцем, та впливу на них радіаційних і термічних полів показано можливість та перспективність застосування цього матеріалу для люмінесцентної дозиметрії іонізуючого випромінювання. Встановлено закономірності впливу хімічного складу та технологічних факторів (таких як: співвідношення основних компонент кристала (Y2O3/Al2O3), склад легуючої компоненти (MnO чи MnO2), наявність неізовалентних домішок (Ca2+, Si4+, Hf4) та післяростовий високотемпературний відпал кристалів в окислювальному або відновлювальному середовищі) на оптичні та люмінесцентні властивості кристалів YAlO3:Mn, вирощуваних методом Чохральського, з метою отримання ефективного кристалофосфору 2+YAlO3:Mn придатного для люмінесцентної дозиметрії іонізуючого випромінювання. Визначено основні дозиметричні характеристики термо-люмінесцентних детекторів на основі монокристалів YAЮз:Mn та проведено їхнє порівняння із комерційними детекторами. Синтезовано різними методами та досліджено люмінесцентні властивості нанокристалічних матеріалів та кераміки YAlO3:Mn з метою пошуку недорогої та повторюваної технології виготовлення люмінесцентних детекторів іонізуючого випромінювання на основі цього матеріалу. Проведено порівняння кращих монокристалічних та 2+керамічних детекторів на основі YAЮ3:Mn для детектування та дозиметрії різних видів фотонного та корпускулярного іонізуючого випромінювання. Диссертация посвящена управляемой модификации свойств и оптимизации способов получения сложных оксидов пригодных для люминесцентной дозиметрии ионизирующего излучения базирющейся на явлениях термо- и оптически стимулированной люминесценции. Путем изучения оптических и люминесцентных свойств кристаллов ортоаллюмината итрия ^АЮ3) легированных марганцем и влияния на них радиационных и термических полей установлена возможность и перспективность применения этого материала для люминесцентной дозиметрии ионизирующего излучения. Установлены закономерности влияния химического состава и технологических факторов (таких как: соотношение основных компонент кристалла ^203/А1203), состав легирующей компоненты (МпО или Мп02), наличие неизовалентных примесей (Са2+, Бі4+, ИҐ4) и послеростовой высокотемпературный отжиг кристаллов в окислительной или востановительной среде) на оптические и люминесцентные свойства кристаллов YAЮ3:Mn выращеваемых методом Чохральского с целью получения 2+эффективного кристаллофосфора YAlO3:Mn пригодного для люминесцентной дозиметрии ионизирующего излучения. Определены основные дозиметрические характеристики термолюминесцентных детекторов на основе 2+монокристаллов YAЮ3:Mn и проведено их сравнение с коммерческими детекторами. Синтезированы различными методами и исследованы люминесцентные свойства нанокристаллических материалов и керамики YAЮ3:Mn с целью поиска недорогой и воспроизводимой технологии изготовления люминесцентных детекторов ионизирующего излучения на основе этого соединения. Проведено сравнение лучших монокристаллических и 2+керамических детекторов на основе YAlO3:Mn для детектирования и дозиметрии различных видов фотонного и корпускулярного ионизирующего излучения. The thesis is devoted to the problem of controlled modification of properties and ways to optimize complex oxides suitable for luminescent dosimetry of ionizing radiation on the basis of the thermally and optically stimulated luminescence phenomena. By studying the optical and luminescent properties of the manganese-doped yttrium orthoaluminate crystals (YAlO3:Mn) and the influence of radiation and thermal fields, the possibility and prospects of use of this material for luminescent dosimetry of ionizing radiation was shown. The regularities of influence of chemical composition and technological factors on the optical and luminescent properties of the Czochralski-grown YAlO3:Mn crystals were established to obtain effective 2+crystalline phosphor YAlO3:Mn suitable for luminescent dosimetry of ionizing radiation. Among the studied technological factors were: the ratio of the basic components (Y2O3/Al2O3), the composition of doping component (MnO or MnO2), the presence of non-isovalent dopants (Ca2+, Si4+, Hf^) and the after-growth high-temperature annealing in oxidizing or reducing environment. The main dosimetric 2+characteristics of the thermoluminescent detectors based on YAlO3:Mn single crystals were established and compared with commercial detectors. Nanocrystalline and ceramic YAlO3:Mn materials were synthesized by different methods and their luminescent properties were studied to find an inexpensive and reproducible technology for manufacturing of the luminescent detectors based on this material. 2+Comparison of the best single crystalline and ceramic YAlO3:Mn detectors for detection and dosimetry of different types of photon and particle ionizing radiation was performed.