УВИДЕТЬ ДОЗУ ОБЛУЧЕНИЯ

Сегодня ионизирующее излучение все шире используется в различных технологиях, медицинской диагностике и лучевой терапии, геолого-археологических методах датирования, радиационной обработке пищевых продуктов и т.д. К сожалению, при этом возникают серьезные риски в первую очередь для людей, вовлеченных в эту деятельность. Для минимизации рисков необходим постоянный контроль, позволяющий достоверно оценивать дозы облучения. Это можно делать различными способами, но самым востребованным является люминесцентный метод дозиметрии. Он основан на том, что в некоторых материалах электроны и дырки, которые образуются под действием ионизирующего излучения, локализуются на центрах захвата (ловушках). Их количество пропорционально поглощенной энергии, и чтобы ее оценить, нужно высвободить захваченные электроны и дырки, для чего используются термическая или оптическая стимуляция. Возникающая при этом люминесценция и отражает дозу полученного облучения. Проблема состоит в создании подходящих материалов. Хороший дозиметрический материал должен накапливать энергию ионизирующего излучения и удерживать ее без потерь в течение длительного времени, а интенсивность стимулированного излучения должна быть пропорциональна накопленной дозе облучения. Кроме того, реакция такого материала на облучение должна хорошо моделировать реакцию биологических объектов.

Недавно выяснилось, что всем этим требованиям отвечает литий-магниевый фосфат с формулой LiMgPO₄, поэтому им заинтересовались несколько научных групп в разных странах мира. Одна из них возникла в результате кооперации сотрудников Института химии твердого тела и Института физики металлов УрО РАН. На выполнение работы был получен грант РНФ «Комплексное изучение фосфатов и боратов как оптических матриц для твердотельных радиационных дозиметров (руководитель — главный научный сотрудник ИХТТ УрО РАН доктор химических наук Дина Георгиевна Келлерман). Главная нагрузка легла на молодых сотрудников физика Рината Мансуровича Абашева и химика Михаила Олеговича Калинкина. Ринат — кандидат физико-математических наук, а Михаил в этом году окончил аспирантуру и готовится в ближайшее время защитить диссертацию. Недавно к работе подключились и совсем молодые ребята. Дмитрий Акулов только что окончил УрФУ и поступил в аспирантуру, но у него уже есть несколько публикаций в очень престижных журналах и патент, а Илья Малыгин пока еще студент Института естественных наук и математики того же университета.

Цель работы по гранту состоит в том, чтобы на базе перспективных матриц, таких как LiMgPO₄, создать по-настоящему эффективные дозиметрические материалы. Это достигается путем использования легирующих добавок и специально разработанных дополнительных обработок. Практически все зарубежные исследователи используют в качестве допанта LiMgPO₄ редкоземельный элемент тербий, часто в сочетании с бором. Тербий после облучения материала и необходимой оптической или термической стимуляции высвечивается в сине-зеленой области. Интенсивность свечения пропорциональна накопленной дозе радиации, а спектр излучения типичен именно для этого редкоземельного элемента. В работе уральской исследовательской группы был впервые обнаружен другой механизм отклика на облучение. Установлено, что при допировании эрбием и некоторыми другими редкоземельными ионами допанты передают аккумулированную при облучении энергию фосфатной матрице, свечение которой по крайней мере не слабее, чем свечение тербия. Сам же эрбий не светится вообще. На этот материал с уникальными свойствами получен патент, а предложенная новая схема энергетических переходов опубликована в высокорейтинговых журналах. Еще один патент получен на материал, в котором удалось увеличить содержание эрбия и тем самым существенно усилить дозиметрический отклик. Это было достигнуто путем замены части лития в LiMgPO₄ на натрий.

Работа группы не стоит на месте. Постоянно появляются идеи, которые, разумеется, не всегда приводят к ожидаемым результатам, однако дают новый опыт, знания и умения. В настоящее время основные интересы связаны с получением и исследованием новых кристаллических фаз, содержащих одновременно фосфатные, фторидные и боратные группировки. Это совершенно новая область с точки зрения оптики вообще и люминесцентной дозиметрии в частности. Уже получены первые обнадеживающие результаты.