RU2399831C1 - Method of obtaining long phosphor persistence of optical emitters - Google Patents

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: optical emitter phosphor based on a nanostructure ceramic based on Be2(Si0.8Ge0.2)O4 is exposed to radiation in the X-ray energy range or to electrons with energy of 10-300 keV and dose of 10-103 Gy, after which exposure is stopped. In order to regenerate luminescence intensity which drops with time to the required level, material of the phosphor is repeatedly exposed to ionising radiation and short-term optical stimulation is used to excite flashes of afterglow intensity. ^ EFFECT: broader functional capabilities of controlling photodetector devices, high level of radiation and environmental protection. ^ 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способу получения люминесцентных излучателей оптических фотонов видимого и инфракрасного диапазона длин волн, основанных на длительном послесвечении люминофоров, после прекращения их возбуждения ионизирующим излучением. Оно может быть использовано для настройки фотоприемных трактов в термолюминесцентной дозиметрии, ядерной спектроскопии, при проведении фотометрических исследований с помощью спектрофотометров, флуориметров и других оптических приборов, основанных на регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в широком интервале длин волн.The invention relates to a method for producing luminescent emitters of optical photons of the visible and infrared wavelengths, based on a long afterglow of phosphors, after the termination of their excitation by ionizing radiation. It can be used to configure photodetector paths in thermoluminescent dosimetry, nuclear spectroscopy, when performing photometric studies using spectrophotometers, fluorimeters, and other optical devices based on the registration of weak and super-weak light fluxes in a wide range of wavelengths.

В настоящее время распространение получили радиолюминесцентные излучатели (РЛИ) оптических фотонов, представляющие собой фиксированное в пространстве и времени сочетание радиоактивных веществ и люминофора. Основой способа получения оптических фотонов в РЛИ является превращение энергии ионизирующего излучения в веществе люминофора, освобождающейся при распаде радионуклида, в энергию излучения оптического диапазона. Конструкция РЛИ изолирована от внешней среды герметизацией и имеет выходное окно для вывода оптических фотонов. Интенсивность радиолюминесцентного излучения регулируется активностью, типом используемого радионуклида, а его спектральный состав - природой радиолюминофора и типом примесного активаторного иона.At present, the spread of radio-luminescent emitters (RLI) of optical photons, which are fixed in space and time, a combination of radioactive substances and phosphor. The basis of the method for producing optical photons in X-ray radiation is the conversion of the energy of ionizing radiation in the substance of the phosphor, which is released during the decay of the radionuclide, into the radiation energy of the optical range. The design of the radar detector is isolated from the external environment by sealing and has an exit window for the output of optical photons. The intensity of the radioluminescent radiation is regulated by the activity, the type of radionuclide used, and its spectral composition - by the nature of the radioluminophore and the type of impurity activator ion.

В литературе описаны способы получения радиолюминесцентных излучателей (Г.А.Михальченко. Радиолюминесцентные излучатели. М.: Энергоатомиздат, 1988) с использованием твердых, жидких и газообразных сред, преобразующих в реальном времени энергию ионизирующего излучения в энергию оптических фотонов различного спектрального диапазона. Вместе с тем, РЛИ обладают и рядом существенных недостатком, главными из которых являются следующие.The literature describes methods for producing radioluminescent emitters (G.A. Mikhalchenko. Radioluminescent emitters. M: Energoatomizdat, 1988) using solid, liquid, and gaseous media that convert real-time ionizing radiation energy into optical photon energy of various spectral ranges. At the same time, radar sensors have a number of significant drawbacks, the main of which are the following.

1. Биологическая опасность при долговременных применениях.1. Biohazard in long-term applications.

2. Потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды при разгерметизации в процессе изготовления, эксплуатации, хранения или в результате террористических атак.2. The potential danger of radioactive contamination of the environment during depressurization during manufacturing, operation, storage or as a result of terrorist attacks.

3. Дестабилизация радиолюминесцентных характеристик из-за твердофазных химических взаимодействий между радиоактивным веществом и кристаллофосфором, стимулируемых высокой мощностью дозы (0,1-1,0 Гр/с).3. The destabilization of the radioluminescent characteristics due to solid-phase chemical interactions between the radioactive substance and crystallophosphorus, stimulated by a high dose rate (0.1-1.0 Gy / s).

Следует отметить, что на практике, в подавляющем числе случаев, использование РЛИ для поверки и калибровки оптико-электронных приемников носит эпизодический характер, время непосредственной работы с ними несоизмеримо меньше назначенного срока эксплуатации источника. Таким образом, большую часть своего ресурса РЛИ находятся в положении хранения, требующего соблюдения норм и правил хранения радиоактивных источников, что создает дополнительные материальные затраты при организации работ с использованием РЛИ. Поэтому является актуальным создание источников оптических фотонов, способных в определенных случаях заменить РЛИ, без использования в них радиоактивных элементов.It should be noted that in practice, in the overwhelming majority of cases, the use of radar data for verification and calibration of optoelectronic receivers is episodic in nature, the time of direct work with them is incomparably shorter than the designated life of the source. Thus, most of their resources, radar data are in the storage position, requiring compliance with the norms and rules of storage of radioactive sources, which creates additional material costs when organizing work using radar data. Therefore, it is relevant to create sources of optical photons that can, in certain cases, replace X-rays, without the use of radioactive elements in them.

Другой способ получения длительного послесвечения, положенный в основу создания нерадиоактивных люминесцентных излучателей, основан на способности некоторых люминофоров испускать оптические фотоны после прекращения их предварительного возбуждения. В приведенной ниже таблице представлены технические данные по химическому составу некоторых светоаккумулирующих люминофоров с длительным послесвечением, их обозначению, спектральной области и времени послесвечения (www.luminophor.ru/new/phLongAfter.htm).Another way to obtain a long afterglow, which is the basis for the creation of non-radioactive luminescent emitters, is based on the ability of some phosphors to emit optical photons after the termination of their preliminary excitation. The table below provides technical data on the chemical composition of some light-accumulating phosphors with long afterglow, their designation, spectral region and afterglow time (www.luminophor.ru/new/phLongAfter.htm).

ТаблицаTable Область люминесценцииLuminescence region Тип люминофораPhosphor Type Химическая формулаChemical formula Период послесвеченияAfterglow period ЗеленаяGreen FV-540-1FV-540-1 ZnS:CuZnS: Cu 1-2 часа1-2 hours ЗеленаяGreen FV-530DFV-530D SrAl₂O₄:Eu, DySrAl ₂ O ₄ : Eu, Dy 8-10 часов*8-10 hours * БирюзовыйTurquoise AV-490DAV-490D (Ca,Sr)Al₂O₄:Eu, Dy(Ca, Sr) Al ₂ O ₄ : Eu, Dy 8-10 часов8-10 hours Фиолетово-голубойPurple blue FV-440DFV-440D CaAl₂O₄:Eu, DyCaAl ₂ O ₄ : Eu, Dy 8-10 часов8-10 hours * По сложившейся в технической литературе терминологии послесвечение светоизлучающих люминофоров 8-10 часов считается длительным или сверхдлительным* According to the terminology used in the technical literature, the afterglow of light-emitting phosphors of 8-10 hours is considered long or ultra-long

Новейший эффективный светоизлучающий люминофор «Пента Л-1» (ТУ 2149-044-40245042-2003, www.kraspenta.ru) представляет собой порошок бледного желто-зеленого цвета с размером частиц 1-200 микрон. Спектр возбуждения излучения: видимый или УФ-свет, спектр излучения от 420 до 530 нм, период послесвечения до 8 часов.The latest effective light-emitting phosphor Penta L-1 (TU 2149-044-40245042-2003, www.kraspenta.ru) is a pale yellow-green powder with a particle size of 1-200 microns. Radiation excitation spectrum: visible or UV light, emission spectrum from 420 to 530 nm, afterglow period up to 8 hours.

Из приведенных выше примеров следует, что известные способы возбуждения люминесценции люминофоров путем предварительного облучения материала фотонным излучением видимого или ультрафиолетового диапазона позволяют использовать ее в качестве источника оптических фотонов.From the above examples it follows that the known methods of exciting the luminescence of phosphors by pre-irradiating the material with photon radiation of the visible or ultraviolet range allow it to be used as a source of optical photons.

Недостатком светоизлучающих люминофоров, приведенных в таблице, и новейшего из них «Пента Л-1» является то, что спектры их свечения соответствуют видимой области, что не позволяет использовать их в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах. Последнее особенно важно в связи с интенсивным применением нового класса фотоприемных устройств на базе p-i-n диодов, область спектральной чувствительности которых соответствует диапазону 600-1000 нм (G.F.Knoll. Radiation detection and Measurement. Third edition. John Wiley& Sons, Inc. 1999, р.289). Другим недостатком этой группы светоизлучающих люминофоров является необходимость применения их в виде порошка и невозможность компактирования из-за сильного поглощения возбуждающего ультрафиолетового излучения в плотном материале.The disadvantage of the light emitting phosphors shown in the table, and the latest of them, Penta L-1, is that their emission spectra correspond to the visible region, which does not allow their use in the ultraviolet and near infrared ranges. The latter is particularly important in connection with the intensive use of a new class of photodetector based on pin diodes, the spectral sensitivity of which corresponds to the range of 600-1000 nm (GFKnoll. Radiation detection and Measurement. Third edition. John Wiley & Sons, Inc. 1999, p. 289 ) Another disadvantage of this group of light emitting phosphors is the need to use them in powder form and the inability to compact due to the strong absorption of exciting ultraviolet radiation in a dense material.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому следует считать способ получения длительного ультрафиолетового послесвечения люминофоров на основе ВеО и Li₂O-MgO-SiO₂-Ce (Патент РФ №2345274). В этом способе, принятом за прототип, для получения длительного ультрафиолетового послесвечения люминофоров оптических излучателей на основе ВеО и Li₂O-MgO-SiO₂-Ce облучают излучением рентгеновского диапазона энергий или электронами с энергией 10-300 КэВ и дозой 10-10⁴ Гр, после чего излучение прерывают, а для регенерации снижающейся со временем интенсивности люминесценции до требуемого уровня облучение вещества люминофора повторяют многократно. В спектре свечения таких люминофоров доминирует одна полоса с максимумом около 400 нм, что не позволяет использовать их для контроля фотоприемников на базе фотоэлектронных умножителей и p-i-n диодов со спектральными характеристиками чувствительности в диапазоне 600-1000 нм.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed should be considered a method of obtaining a long ultraviolet afterglow of phosphors based on BeO and Li ₂ O-MgO-SiO ₂ -Ce (RF Patent No. 2345274). In this method, adopted as a prototype, to obtain a long ultraviolet afterglow of phosphors of optical emitters based on BeO and Li ₂ O-MgO-SiO ₂ -Ce, they are irradiated with X-ray energy range or electrons with an energy of 10-300 KeV and a dose of 10-10 ⁴ Gy , after which the radiation is interrupted, and for the regeneration of the luminescence intensity that decreases with time to the required level, the irradiation of the phosphor substance is repeated many times. The luminescence spectrum of such phosphors is dominated by one band with a maximum of about 400 nm, which does not allow them to be used to control photodetectors based on photoelectronic multipliers and pin diodes with spectral sensitivity characteristics in the range of 600-1000 nm.

В основу изобретения положена задача расширения границ спектра длительного послесвечения люминофоров от 300 до 800 нм, т.е. до диапазона длин волн, совпадающего со спектральной обнаружительной способностью большинства фотоэлектронных, полупроводниковых и тепловых приемников излучений (М.Д.Аксененко, М.Л.Бараночников. Приемники оптического излучения. М.: Радио и связь. 1987. С.296).The basis of the invention is the task of expanding the boundaries of the spectrum of a long afterglow of phosphors from 300 to 800 nm, i.e. up to a wavelength range that matches the spectral detection ability of most photoelectronic, semiconductor, and thermal radiation detectors (MD Aksenenko, ML Baranochnikov. Optical radiation receivers. M: Radio and communications. 1987. P.296).

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что для возбуждения длительной люминесценции в диапазоне 300-800 нм выбирают люминофор на основе наноструктурной керамики Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄, для его облучения используют ионизирующее излучение: рентгеновское или электронное с энергиями 10-300 КэВ и дозой 10-10³ Гр. Интенсивность возбужденной ионизирующим излучением люминесценции в произвольный момент времени в цикле высвечивания дополнительно повышают в несколько десятков раз путем кратковременного освещения люминофора оптическим излучением видимого диапазона длин волн. Для регенерации снижающейся со временем интенсивности люминесценции и восстановления нового цикла высвечивания облучение вещества люминофора излучателя ионизирующим излучением повторяют многократно.The solution of the technical problem is achieved by the fact that to excite long-term luminescence in the range of 300-800 nm, a phosphor based on nanostructured ceramics Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O _{4 is} selected; for its irradiation, ionizing radiation is used: x-ray or electron energies of 10-300 keV and a dose of 10-10 ³ Gy. The intensity of luminescence excited by ionizing radiation at an arbitrary time in the emission cycle is additionally increased by several tens of times by briefly illuminating the phosphor with optical radiation of the visible wavelength range. To regenerate the luminescence intensity that decreases with time and restore a new emission cycle, the irradiation of the phosphor substance of the emitter with ionizing radiation is repeated many times.

Нижняя граница энергии ионизирующего излучения обусловлена необходимостью возбуждения достаточного количества объемных слоев люминофора за счет проникающей способности возбуждающего излучения.The lower limit of the energy of ionizing radiation is due to the need to excite a sufficient number of volume layers of the phosphor due to the penetrating ability of the exciting radiation.

Верхняя граница энергии ионизирующего излучения обусловлена необходимостью объемного возбуждения люминофора толщиной 1-2 мм, не приводя при этом к химической деструкции материала люминофора, образованию новых дефектов, способных изменить требуемые свойства материала.The upper limit of the energy of ionizing radiation is due to the need for volumetric excitation of a phosphor 1-2 mm thick, without leading to chemical destruction of the phosphor material, the formation of new defects that can change the required properties of the material.

Нижняя граница дозы облучения связана с минимальным уровнем послесвечения люминофора, пригодного для обнаружения оптико-электронными приемниками.The lower limit of the radiation dose is associated with a minimum level of afterglow of the phosphor suitable for detection by optoelectronic receivers.

Верхняя граница дозы облучения связана с насыщением излучательной способности люминофоров.The upper limit of the radiation dose is associated with the saturation of the emissivity of the phosphors.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

В предлагаемом способе материал люминофора облучается при комнатной температуре рентгеновским или электронным излучением в выбранном диапазоне энергий и доз. Образовавшиеся под действием излучения свободные заряды, электроны и дырки будут захватываться ловушками, обусловленными собственными или примесными дефектами, всегда присутствующими в материале люминофора. Для получения послесвечения требуемой длины волны люминофор выбирают специального химического состава. Среди ловушек, захвативших свободные заряды, будут и такие, энергетическая глубина которых относительно невелика, и они будут термически нестабильны при комнатной температуре. Такие ловушки спонтанно во времени будут терять захваченные носители, рекомбинация которых с зарядами противоположного знака сопровождается люминесценцией. Длительность послесвечения регулируется дозой облучения, а спектральный состав - природой материала фосфора. Интенсивность свечения и его регенерацию можно задавать на любом уровне многократным облучением ионизирующим излучением.In the proposed method, the phosphor material is irradiated at room temperature with x-ray or electron radiation in a selected range of energies and doses. Free charges, electrons, and holes formed under the action of radiation will be captured by traps due to intrinsic or impurity defects that are always present in the phosphor material. To obtain the afterglow of the desired wavelength, the phosphor is selected with a special chemical composition. Among the traps that captured free charges there will be those whose energy depth is relatively small, and they will be thermally unstable at room temperature. Such traps will lose trapped carriers spontaneously in time, the recombination of which with charges of the opposite sign is accompanied by luminescence. The afterglow duration is controlled by the radiation dose, and the spectral composition is controlled by the nature of the phosphorus material. The luminescence intensity and its regeneration can be set at any level by repeated exposure to ionizing radiation.

В результате применения описанного способа удается получить компактный, автономный, нерадиоактивный, регенерируемый люминесцентный излучатель оптических фотонов в диапазоне длин волн 300-800 нм с пиком в полосе 400 и 700 нм с длительностью послесвечения более нескольких десятков часов. Излучатель может иметь форму пластины с площадью поверхности около 1 см² и толщиной 0,5-1,0 мм, что делает удобным его помещение в малогабаритные и труднодоступные места оптических систем.As a result of applying the described method, it is possible to obtain a compact, autonomous, non-radioactive, regenerated luminescent emitter of optical photons in the wavelength range of 300-800 nm with a peak in the band of 400 and 700 nm with an afterglow of more than several tens of hours. The emitter can be in the form of a plate with a surface area of about 1 cm ² and a thickness of 0.5-1.0 mm, which makes it convenient to place it in small and inaccessible places of optical systems.

Реализация предлагаемого способа получения сверхдлительного послесвечения люминофоров на основе Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄ иллюстрируется представленными ниже чертежами.The implementation of the proposed method for obtaining an ultra-long afterglow of phosphors based on Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O _{4 is} illustrated by the drawings below.

Фиг.1. Интегральный выход рентгенолюминесценции и послесвечения образцов наноструктурных керамик на основе Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄, Be₂(Si_0,6Ge_0,4)O₄, Be₂(Si_0,4Ge_0,6)O₄, Be₂(Si_0,2Ge_0,8)O₄. Облучение рентгеновским излучением (40 кВ, 10 мА, W, D=10² Гр).Figure 1. The integrated yield of X-ray luminescence and afterglow of samples of nanostructured ceramics based on Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ , Be ₂ (Si _0.6 Ge _0.4 ) O ₄ , Be ₂ (Si _0.4 Ge _{0, 6} ) O ₄ , Be ₂ (Si _0.2 Ge _0.8 ) O ₄ . X-ray irradiation (40 kV, 10 mA, W, D = 10 ² Gy).

Фиг.2. Зависимость интенсивности послесвечения наноструктурной керамики на основе Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄ от времени спустя 5 часов после окончания предварительного облучения рентгеновским излучением (40 кВ, 10 мА, W, D=10 Гр).Figure 2. Dependence of the afterglow intensity of nanostructured ceramics based on Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ on time 5 hours after the end of preliminary irradiation with x-ray radiation (40 kV, 10 mA, W, D = 10 Gy).

Фиг.3. Оптический спектр послесвечения наноструктурной керамики на основе Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄, возбужденный электронным пучком дозой 100 Гр.Figure 3. The optical spectrum of the afterglow of nanostructured ceramics based on Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ excited by an electron beam with a dose of 100 Gy.

Фиг.4. Спектр фосфоресценции литиевого стекла, легированного церием Li₂O-MgO-SiO₂-Ce, возбужденный по способу, принятому за прототип.Figure 4. The phosphorescence spectrum of lithium glass doped with cerium Li ₂ O-MgO-SiO ₂ -Ce, excited by the method adopted for the prototype.

Фиг.5. Послесвечение люминофора на основе нанострукторной керамики Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄. 1 - после возбуждения рентгеновским излучением; 2 и 3 -индуцированное послесвечение вспышками света мощностью 2 мВт с длиной волны 480 нм в течение 60 и 10 секунд соответственно.Figure 5. Afterglow of a phosphor based on nanostructured ceramics Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ . 1 - after excitation by x-ray radiation; 2 and 3-induced afterglow with flashes of light with a power of 2 mW with a wavelength of 480 nm for 60 and 10 seconds, respectively.

1. Образцы и оборудование1. Samples and equipment

Для проверки работоспособности предлагаемого способа использовались образцы синтезированных наноструктурных керамик с вариацией содержания кремния и германия Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄, Be₂(Si_0,6Ge_0,4)O₄, Be₂(Si_0,4Ge_0,6)O₄, Be₂(Si_0,2Ge_0,8)O₄. Образцы представляли собой плоскопараллельные пластинки толщиной около 1 мм и площадью поверхности около 1 мм². Облучение проводилось с помощью рентгеновского аппарата типа УРС-55 или импульсного электронного ускорителя типа Мир-2Д, снабженного трубкой с выпуском электронов. Интегральное свечение образцов в момент облучения (радиолюминесценция) и после действия облучения регистрировалось фотоэлектронным умножителем типа ФЭУ-142, спектральный состав свечения измерялся с помощью монохроматора ДМР-4, снабженного фотоэлектронным умножителем типа ФЭУ-106. Сравнительный анализ интегрального выхода рентгенолюминесценции и послесвечения (Фиг.1) показал, что наиболее эффективным является люминофор на базе наноструктурной керамики Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄. Это соединение и было выбрано для решения поставленной в предлагаемом изобретении задачи.To verify the operability of the proposed method, samples of synthesized nanostructured ceramics with a variation in the silicon and germanium contents of Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ , Be ₂ (Si _0.6 Ge _0.4 ) O ₄ , Be ₂ (Si _0.4 Ge _0.6 ) O ₄ , Be ₂ (Si _0.2 Ge _0.8 ) O ₄ . The samples were plane-parallel plates with a thickness of about 1 mm and a surface area of about 1 mm ² . Irradiation was carried out using an X-ray apparatus of the URS-55 type or a pulsed electron accelerator of the Mir-2D type, equipped with a tube with the release of electrons. The integral luminescence of the samples at the time of irradiation (radioluminescence) and after irradiation was recorded with an FEU-142 type photomultiplier, and the spectral composition of the luminescence was measured using a DMR-4 monochromator equipped with an FEU-106 photomultiplier. A comparative analysis of the integrated yield of x-ray luminescence and afterglow (Figure 1) showed that the most effective is a phosphor based on nanostructured ceramics Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ . This compound was chosen to solve the problem posed in the present invention.

2. Методика реализации предлагаемого способа2. The methodology of the proposed method

2.1. На Фиг.2 приведена зависимость интенсивности послесвечения Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄ от времени спустя 5 часов после окончания предварительного облучения рентгеновским излучением (40 кВ, 10 мА, W, D=10 Гр). Подобные измерения были проведены при облучении дозами 1·10² и 1·10³ Гр. Характер кривых при этом не отличался от приведенной на Фиг.1, они смещались параллельно кривой Фиг.2 вверх по оси интенсивности послесвечения в соответствии с дозами облучения. С ростом дозы облучения увеличивается интенсивность и длительность послесвечения. Область с особенно медленным затуханием фосфоресценции при t>5 часов после облучения экстраполируется уравнениями:2.1. Figure 2 shows the dependence of the intensity of the afterglow of Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ from time to time 5 hours after the end of the preliminary x-ray irradiation (40 kV, 10 mA, W, D = 10 Gy). Similar measurements were carried out under irradiation with doses of 1 · 10 ² and 1 · 10 ³ Gy. The nature of the curves in this case did not differ from that shown in Fig. 1, they shifted parallel to the curve of Fig. 2 upward along the afterglow intensity axis in accordance with the radiation doses. With an increase in the radiation dose, the intensity and duration of the afterglow increase. The region with a particularly slow decay of phosphorescence at t> 5 hours after irradiation is extrapolated by the equations:

где I(t) - интенсивность люминесценции, имп./с; t - время после окончания облучения, часы; 0,029 - постоянная затухания, 1/час.where I (t) is the luminescence intensity, imp./s; t is the time after the end of irradiation, hours; 0,029 - attenuation constant, 1 / hour.

Анализ уравнений (1-3) и опыт показывают, что измеряемая интенсивность фосфоресценции, на один-два порядка превышающая собственный фон использованного фотоприемника, равный 1-5 имп./с, может быть обнаружена спустя 200-300 часов после облучения. Указанный интервал времени является достаточным для практического применения предложенного изобретения. Кроме того, в отличие от способа, принятого за прототип, для возбуждения длительного послесвечения по предлагаемому способу, благодаря чрезвычайно развитой эффективной поверхности наноструктурной формы керамики Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄, на порядок снижен диапазон дозы облучения.An analysis of equations (1-3) and experience show that the measured phosphorescence intensity, one to two orders of magnitude higher than the intrinsic background of the used photodetector, equal to 1-5 pulses / s, can be detected 200-300 hours after irradiation. The specified time interval is sufficient for the practical application of the proposed invention. In addition, in contrast to the method adopted for the prototype, to excite a long afterglow by the proposed method, due to the extremely developed effective surface of the nanostructured ceramic Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ , the dose range is reduced by an order of magnitude.

2.2. На Фиг.3 приведен спектр фосфоресценции наноструктурной керамики, а на Фиг.4 - спектр послесвечения люминофора, полученного по способу, принятому за прототип. Сравнение двух этих спектров показывает, что в спектре послесвечения люминофора, возбужденного по предлагаемому способу, содержатся все компоненты спектра, возбужденного по способу, принятому за прототип, а их главное отличие состоит в том, что спектр послесвечения, возбужденный по предлагаемому способу, более широкополосен (250-800 нм), имеет хорошо выраженную полосу в ближней инфракрасной области (около 700 нм), примерно равное соотношение интенсивностей полос около 400 и 700 нм. Совокупность отмеченных отличий в спектрах послесвечения люминофоров, возбужденных по предлагаемому способу и принятому за прототип, существенно расширяет класс контролируемых с помощью регенерируемых люминесцентных излучателей оптических фотонов фотоприемников.2.2. Figure 3 shows the phosphorescence spectrum of nanostructured ceramics, and Figure 4 shows the afterglow spectrum of the phosphor obtained by the method adopted for the prototype. A comparison of these two spectra shows that the afterglow spectrum of the phosphor excited by the proposed method contains all the components of the spectrum excited by the method adopted as a prototype, and their main difference is that the afterglow spectrum excited by the proposed method is wider ( 250-800 nm), has a well-defined band in the near infrared region (about 700 nm), an approximately equal ratio of band intensities of about 400 and 700 nm. The set of marked differences in the afterglow spectra of phosphors excited by the proposed method and adopted as a prototype significantly expands the class of optical photodetectors controlled by regenerated luminescent emitters.

2.3. В процессе реализация предлагаемого способа обнаружился эффект светочувствительности применяемого люминофора, заключающийся в том, что освещение возбужденного ионизирующим излучением люминофора видимым светом приводит к росту интенсивности послесвечения на один-два порядка относительно уровня свечения, возбужденного только ионизирующим излучением. Эффект наблюдается только после облучения люминофора ионизирующим излучением. Без такого предварительного возбуждения освещением люминофора видимым и ультрафиолетовым диапазоном длин волн светочувствительность люминофора не наблюдалась.2.3. In the process of implementing the proposed method, the photosensitivity effect of the phosphor used was revealed, namely, that illumination of the phosphor excited by the ionizing radiation of visible light leads to an increase in the afterglow intensity by one or two orders of magnitude relative to the level of glow excited by the ionizing radiation only. The effect is observed only after irradiation of the phosphor with ionizing radiation. Without such preliminary excitation by illumination of the phosphor with the visible and ultraviolet range of wavelengths, the photosensitivity of the phosphor was not observed.

Проведенные исследования показали, что используемое в предлагаемом изобретении соединение является эффективным запасающим термолюминофором. На кривой его термовысвечивания после возбуждения ионизирующим излучением и спадания интенсивности послесвечения до уровня фона имеются два пика около 300 и 500°С. Интенсивность пика при 300°С снижалась, если перед измерением термолюминесценции люминофор освещался видимым светом. Величина этого снижения зависела от длины волны, интенсивности и времени освещения люминофора. Анализ этих фактов позволяет заключить, что физической причиной светочувствительности является оптически стимулированное переселение носителей заряда с глубоких ловушек на более мелкие, опустошение которых происходит уже при комнатной температуре, их рекомбинация усиливает интенсивность послесвечения.Studies have shown that the compound used in the present invention is an effective storage thermoluminophore. On the curve of its thermal emission after excitation by ionizing radiation and a decrease in the intensity of the afterglow to the background level, there are two peaks at about 300 and 500 ° C. The peak intensity at 300 ° C decreased if the phosphor was illuminated with visible light before measuring the thermoluminescence. The magnitude of this decrease depended on the wavelength, intensity and time of illumination of the phosphor. An analysis of these facts allows us to conclude that the physical cause of photosensitivity is the optically stimulated transfer of charge carriers from deep traps to smaller ones, the devastation of which occurs even at room temperature, their recombination enhances the intensity of the afterglow.

Таким образом, имеется возможность в произвольно взятый момент времени в цикле послесвечения и за его пределами, индуцированного ионизирующим излучением, с помощью оптического возбуждения, вызвать резкое увеличение интенсивности послесвечения. Эта возможность позволяет помимо спектральной чувствительности контролировать динамический диапазон фотоприемников.Thus, it is possible at an arbitrary time in the afterglow cycle and beyond, induced by ionizing radiation, using optical excitation, to cause a sharp increase in the intensity of the afterglow. This feature allows in addition to spectral sensitivity to control the dynamic range of photodetectors.

2.4. Для установления оптимальных режимов оптически стимулированных вспышек на кривой послесвечения в качестве источника света использовался оптический монохроматор и лампа накаливания. Проведенные измерения показали, что наиболее эффективное возбуждение реализуется светом с длиной волны в диапазоне 450-500 нм. Энергия квантов такой длины волны соответствует оптической глубине ловушек, ответственных за термолюминесцентный пик около 300°С. Оптимальное время оптической стимуляции составляло 10-60 секунд. Оптимальная мощность оптического излучения в месте расположения люминофора составляла 1-5 мВт. Результаты этих измерений представлены на Фиг.5. На этом чертеже кривой 1 представлено послесвечение люминофора на основе наноструктурной керамики Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄, кривыми 2 и 3 - индуцированное вспышками света с длиной волны 480 нм в течение 60 и 10 секунд соответственно.2.4. To establish the optimal regimes of optically stimulated flares on the afterglow curve, an optical monochromator and an incandescent lamp were used as a light source. The measurements showed that the most efficient excitation is realized by light with a wavelength in the range of 450-500 nm. The energy of quanta of this wavelength corresponds to the optical depth of the traps responsible for the thermoluminescent peak of about 300 ° C. The optimal optical stimulation time was 10-60 seconds. The optimal optical radiation power at the phosphor location was 1–5 mW. The results of these measurements are presented in FIG. 5. In this drawing, curve 1 shows the afterglow of a phosphor based on nanostructured ceramics Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ , curves 2 and 3 - induced by flashes of light with a wavelength of 480 nm for 60 and 10 seconds, respectively.

Приведенные фигуры показывают возможность получения сверхдлительного свечения люминофоров малогабаритных, регенерируемых излучателей оптических фотонов на основе наноструктурной керамики Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄, не связанной с применением радиоактивных изотопов.The figures show the possibility of obtaining ultra-long glow of phosphors of small-sized, regenerated emitters of optical photons based on nanostructured ceramics Be ₂ (Si _0.8 Ge _0.2 ) O ₄ , not associated with the use of radioactive isotopes.

Claims (1)

Способ получения длительного послесвечения люминофоров оптических излучателей, включающий облучение люминофора излучением рентгеновского диапазона энергий или электронами с энергией 10-300 кэВ и дозой 10-10³ Гр, после чего облучение прерывают, а для регенерации снижающейся со временем интенсивности люминесценции до требуемого уровня интенсивности облучение вещества люминофора ионизирующим излучением повторяют многократно, отличающийся тем, что в качестве вещества люминофора оптического излучателя выбирают наноструктурную керамику на основе Be₂(Si_0,8Ge_0,2)O₄, а для возбуждения вспышек интенсивности послесвечения используют оптическую стимуляцию с длиной волны 450-500 нм, длительностью 10-60 с и мощностью излучения 1-5 мВт. A method of obtaining a long afterglow of optical emitter phosphors, including irradiating the phosphor with X-ray energy or 10-300 keV electrons and a dose of 10-10 ³ Gy, after which the irradiation is interrupted and, for regeneration, the luminescence intensity decreases with time to the required intensity level phosphor ionizing radiation is repeated many times, characterized in that the substance of the phosphor of the optical emitter choose nanostructured ceramics n based Be ₂ (Si _0,8 Ge _0,2) O _4, and for the excitation of afterglow intensity flashes optical stimulation is used with a wavelength of 450-500 nm, with a duration of 10-60 and 1-5 mW output power.

Images