Preview

Вестник НЯЦ РК

Расширенный поиск

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИК ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ, ОБЛУЧЕННЫХ ВЫСОКИМИ ДОЗАМИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-4-67-76

Аннотация

В работе представлены результаты исследования термолюминесцентные (ТЛ) и дозиметрические свойства керамик моноклинного диоксида циркония двух типов: синтезированных спеканием в электрической печи при Т = 700–1700 °С и в потоке высокоэнергетических электронов (1,4 МэВ) с высокой плотностью мощности. Установлено, что отжиг керамик первого типа при Т>1000 °С приводит к существенному росту размера кристаллитов, что коррелирует со значительным увеличением интенсивности ТЛ пика при 390 К после облучения образцов высокими дозами (порядка кГр) импульсного электронного пучка (130 кэВ). Максимальным ТЛ откликом обладают керамики типа 2, синтезированные электронно-лучевым методом. В работе обсуждаются также закономерности влияния условий синтеза на кинетические параметры ТЛ и коэффициенты нелинейности дозовых зависимостей. Наличие интенсивного изолированного пика ТЛ, сублинейный характер большинства дозовых зависимостей и пренебрежимо малый фединг свидетельствуют о перспективности синтезированных в настоящей работе керамик для измерения высоких доз (единицы-десятки кГр).

Об авторах

С. В. Никифоров
Уральский Федеральный Университет
Казахстан


М. Ф. Герасимов
Уральский Федеральный Университет
Казахстан


Я. П. Касаткина
Уральский Федеральный Университет
Казахстан


О. В. Денисова
Уральский Федеральный Университет


В. М. Лисицын
Томский политехнический университет
Россия


М. Г. Голковский
Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РА
Россия


А. Т. Акилбеков
Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилёва
Казахстан


А. М. Даулетбекова
Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилёва
Казахстан


Г. М. Аралбаева
Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилёва
Казахстан


А. Д. Акылбекова
Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилёва
Казахстан


Список литературы

1. C. Barry Carter, M. Grant Norton. Ceramic Materials. Science and Engineering. Springer, 2007. 716 p.

2. Salas-Juárez, Ch.J. Afterglow based detection and dosimetry of beta particle irradiated ZrO2 / Ch.J. Salas-Juárez, C. Cruz-Vázquez, R. Avilés-Monreal, R. Bernal // Applied Radiation and Isotopes. – 2018. – Vol. 138. – P. 6–9. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2017.10.026

3. Lokesha, H.S. Thermoluminescence of monoclinic ZrO2: Kinetic analysis and dosimetric features / H.S. Lokesha, M.L. Chithambo, S. Chikwembani // Journal of Luminescence. – 2020. – Vol. 218. – 116864. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116864.

4. Kortov, V.S. Nanophosphors and outlooks for their use in ionizing radiation detection // Radiation Measurements. – 2010. – Vol. 45. – P. 512–515. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2009.11.009

5. Salah, N. Nanocrystalline materials for the dosimetry of heavy charged particles: A review // Radiation Physics and Chemistry. – 2011. – Vol. 80 (1). – P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2010.08.003

6. Seid, E.T. Post-heat treatment effect on the properties of indium doped zinc oxide nanocrystals produced by the solgel method / E.T. Seid, F.B. Dejene // Optical Materials Express. – 2020. – Vol. 10. – No. 11. – P. 2849–2865. https://doi.org/10.1364/OME.400912

7. Z. Wang, J. Zhang, G. Zheng, Y. Liu, Y. Zhao. The unusual variations of photoluminescence and afterglow properties in monoclinic ZrO2 by annealing // Journal of Luminescence. – 2012. – Vol. 132. – No. 11. – P. 2817–2821.

8. E. Aleksanyan, M. Kirm, E. Feldbach, V. Harutyunyan. Identification of F+ centers in hafnia and zirconia nanopowders // Radiation Measurements. –2016. – Vol. 90. – P. 84–89.

9. Paje, S. E., and J. Llopis. Photoluminescence decay and time-resolved spectroscopy of cubic yttria-stabilized zirconia // Applied Physics A. – 1994. – Vol. 59. – No. 6. – P. 569–574.

10. G.M. Phatak, K Gangadharan, H Pal, JP Mittal. Luminescence properties of Ti-doped gem-grade zirconia powders // Bulletin of Materials Science. – 1994. – Vol. 17. – No. 2. – P. 163–169.

11. Toshihide Ito, Motohiro Maeda, and Kazuhiko Nakamura. Similarities in photoluminescence in hafnia and zirconia induced by ultraviolet photons // Journal of applied physics. – 2005. – Vol. 97. – No. 5. – P. 054104.

12. Y. Cong, B. Li, S. Yue, D. Fan, X. Wang. Effect of oxygen vacancy on phase transition and photoluminescence properties of nanocrystalline zirconia synthesized by the one-pot reaction // The Journal of Physical Chemistry C. – 2009. – Vol. 113. – No. 31. – P. 13974–13978.

13. Lokesha, H.S. Effect of annealing on luminescence of ZrO2 irradiated with 100 MeV Si7+ ions / H.S. Lokesha, K.R. Nagabhushana, F. Singh // Optical Materials. – 2020. – Vol. 107. – P. 109984. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.109984

14. Joy, K. Effects of annealing temperature on the structural and photoluminescence properties of nanocrystalline ZrO2 thin films prepared by sol-gel route / K. Joy, I.J. Berlin, P.B. Nair, J.S. Lakshmi, G.P. Daniel, P.V. Thomas // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2011. – Vol. 72. – Iss. 6. – P. 673–677. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2011.02.012

15. Ashraf, S. Optical influence of annealing in nanoand submicron-scale ZrO2 powders / S. Ashraf, M. Irfan, D. Kim, J.-H.Jang, W.-T. Han, Y.-D. Jho // Ceramics International. – 2014. – Vol. 40. – Iss. 6. – P. 8513–8518. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.01.063

16. Tamrakar, R.K. Effect of annealing temperature on thermoluminescence glow curve for UV and gamma ray induced ZrO2:Ti phosphor / R.K. Tamrakar, N. Tiwari, R.K. Kuraria, D.P. Bisen, V. Dubey, K. Upadhyay // Journal of Radiation Research and Applied Sciences. – 2015. – Vol. 8. – Iss. 1. – P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.jrras.2014.10.005

17. Ghyngazov, S.A. Radiation-Thermal Sintering of Zirconia Powder Compacts Under Conditions of Bilateral Heating Using Beams of Low-Energy Electrons / S.A. Ghyngazov, T.S. Frangulyan, A.V. Chernyavskii, A.K. Goreev, E.P. Naiden // Russian Physics Journal. – 2015. – Vol. 58. – No. 2. – P. 188–191. https://doi.org/10.1007/s11182-015-0480-2

18. Suvorov, S.A. Microwave Synthesis of Corundum-Zirconia Materials / S.A. Suvorov, I.A. Turkin, M.A. Dedovets // Refractories and Industrial Ceramics. – 2002. – Vol. 43. – Nos. 9–10. – P. 283–288. https://doi.org/10.1023/A:1022382431509

19. Trindade, N.M. Synthesis and thermoluminescence properties of MgAl2O4:Ca laser-sintered ceramics / N.M. Trindade, E.P. Silva, M.C.S. Nunes, J.M. Munoz, J.C.A. Santos, E.M. Yoshimura, R.S. Silva // Optical Materials. – 2020. – Vol. 108. – P. 110181. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110181

20. Lisitsyn, V.; Mussakhanov, D.; Tulegenova, A.; Kaneva, E.; Lisitsyna, L.; Golkovski, M.; Zhunusbekov, A. The Optimization of Radiation Synthesis Modes for YAG:Ce Ceramics // Materials. – 2023. – Vol. 16. – P. 3158. https://doi.org/10.3390/ma16083158

21. Lisitsyn, V.; Tulegenova, A.; Kaneva, E.; Mussakhanov, D.; Gritsenko, B. Express Synthesis of YAG:Ce Ceramics in the High-Energy Electrons Flow Field // Materials. – 2023. – Vol. 16. – P. 1057. https://doi.org/10.3390/ma16031057

22. Nikiforov, S.V. Luminescent and dosimetric properties of magnesium oxide ceramics synthesized by a high-energy electron beam / S.V. Nikiforov, V.M. Lisitsyn, D.V. Ananchenko, Y.P. Kasatkina, M.G. Golkovski, A.V. Ishchenko // Letters to the Journal of Technical Physics. – 2022. – Vol. 48. – No. 11. – P. 8–11. https://doi.org/10. 21883/PJTF.2022.11.52605.19174 (in Russian)

23. Mehnert, R. Electron beams in research and technology // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 1995. – Vol. 105 (1–4), – P. 348–358. https://doi.org/10.1016/0168-583X(95)00634-6

24. Nasiri, S. Modified Scherrer equation to calculate crystal size by XRD with high accuracy, examples Fe2O3, TiO2 and V2O5 / S. Nasiri, M. Rabiei, A. Palevicius, G. Janusas, A. Vilkauskas, V. Nutalapati, A. Monshi // Nano Trends. – 2023. – Vol. 3. – P. 100015. https://doi.org/10.1016/j.nwnano.2023.100015

25. S.V. Nikiforov, V.S. Kortov, D.L. Savushkin, A.S. Vokhmintsev, I.A. Weinstein. Thermal quenching of luminescence in nanostructured monoclinic zirconium dioxide // Radiat. Meas. – 2017. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2017.03.020

26. Kiisk, V. Photo-, thermoand optically stimulated luminescence of monoclinic zirconia / V. Kiisk, L. Puust, K. Utt, A. Maaroos, H. Mändar, E. Viviani, F. Piccinelli, R. Saar, U. Joost, I. Sildos // Journal of Luminescence. – 2016. – Vol. 174. – P. 49–55. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.12.020

27. Nikiforov, S. V., Menshenina, A. A., Konev, S. F., The influence of intrinsic and impurity defects on the luminescent properties of zirconia // J. Lumin. – 2019. – Vol. 212. – P. 219–226. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.03.062

28. Popov A.I. Basic properties of the F-type centers in halides, oxides and perovskites / A.I. Popov, E.A. Kotomin, J. Maier // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2010. – Vol. 268. – P. 3084–3089.

29. Electronic excitations and defect creation in wide-gap MgO and Lu3Al5O12 crystals irradiated with swift heavy ions / A. Lushchik, T. Karner, Ch. Lushchik, K. Schwartz, F. Savikhin, E. Shablonin, A. Shugai, E. Vasil’chenko // Nuclear Instuments and Methods in Physics Research B. – 2012. – Vol. 286. – P. 200–208.

30. Jean-Marc Costantini, François Beuneu, Didier Gourier, Christina Trautmann, Georges Calas and Marcel Toulemonde "Colour centre production in yttria-stabilized zirconia by swift charged particle irradiations // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2004. Vol. 16. – No. 23. – P. 3957.

31. Nikiforov, S.V., Kortov, V.S., Kazantseva, M.G., Petrovykh, K.A. Luminescent properties of monoclinic zirconium oxide // J. Lumin. – 2015. – Vol. 166. – P. 111–116.

32. Chen, R. and McKeever, S.W.S. Theory of Thermoluminescence and Related Phenomena // World Scientific. – 1997. – 559 p. https://doi.org/10.1142/2781

33. Kitis, G., Gomez-Ros, J.M., Tuyn, J.W.N., 1998. Thermoluminescence glow-curve deconvolution functions for first, second and general orders of kinetics. J. Phys. D: Appl. Phys. – Vol. 31. – P. 2636–2641. https://doi.org/10.1088/0022-3727/31/19/037

34. Lokesha, H.S. A combined study of the thermoluminescence and electron paramagnetic resonance of point defects in ZrO2:Er3+ / H.S. Lokesha, M.L. Chithambo // Radiation Physics and Chemistry. – 2020. – Vol. 172. – P. 108767. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.108767

35. Nikiforov, S.V. The effect of annealing temperature on the change in the structure, luminescent and dosimetric properties of ultrafine α-Al2O3 ceramics / S.V. Nikiforov, D.V. Ananchenko, G.R. Ramazanova, T.V. Shtang, A.V. Ishchenko, G.A. Yakovlev // Radiation Measurements. – 2023. – Vol. 166. – P. 106981. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2023.106981

36. Mandlik, N.T. Effect of size variation and gamma irradiation on thermoluminescence and photoluminescence characteristics of CaSO4:Eu microand nanophosphors / N.T. Mandlik, P.D. Sahare, S.D. Dhole // Applied Radiation and Isotopes. – 2020. – Vol. 159. – P. 109080. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2020.109080

37. Saran, M. Thermoluminescence in Eu doped NaLi2PO4TLD nanophosphor: Effect of particle size on TL characteristics / M. Saran, P.D. Sahare, V. Chauhan, R. Kumar, N.T. Mandlik // Journal of Luminescence. – 2021. – Vol. 238. – P. 118207. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118207

38. Altunal, V. A calcination study on BeO ceramics for radiation dosimetry / V. Altunal, V. Guckan, A. Ozdemir, Z. Yegingil // Materials Research Bulletin. – Vol. 130. – 2020. – P. 110921. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2020.110921

39. Tsoutsoumanos, E. Nanostructured TLDs: Studying the impact of crystalline size on the Thermoluminescence glowcurve shape and electron trapping parameters / E. Tsoutsoumanos, M. Saleh, P.G. Konstantinidis, V. Altunal, P.D. Sahare, Z. Yengigil, T. Karakasidis, G. Kitis, G.S. Polymeris // Radiation Physics and Chemistry. – 2023. – Vol. 212. – P. 111067. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2023.111067

40. J.Z. Zhang. Optical properties and spectroscopy of nanomaterials. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2009, 400 p. https://doi.org/10.1142/7093

41. Salah, N. TL and PL studies on CaSO4: Dy nanoparticles / N. Salah, P.D. Sahare, S.P. Lochab, P. Kumar // Radiation Measurements. – 2006. – Vol. 41. – Iss. 1. – P. 40–47. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2005.07.026

42. Lawless, J.L., Chen, R., Pagonis, V. Sublinear dose dependence of thermoluminescence and optically stimulated luminescence prior to the approach to saturation level // Radiation Measurements. – 2009. – Vol. 44, – P. 606–610. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2009.03.003

43. Nikiforov, S.V., Pagonis, V., Merezhnikov, A.S. Sublinear dose dependence of thermoluminescence as a result of competition between electron and hole trapping centers // Radiation Measurements. – 2017. – Vol. 105, – P. 54–61. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2017.08.003

44. Blair, M.W., Jacobsohn, L.G., Tornga, S.C., Ugurlu, O., Bennett, B.L., Yukihara, E.G., Muenchausen, R.E. Nanophosphor aluminum oxide: Luminescence response of a potential dosimetric material. J. Lumin. – 2010. – Vol. 130. – P. 825–831. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2009.12.008


Рецензия

Для цитирования:


Никифоров С.В., Герасимов М.Ф., Касаткина Я.П., Денисова О.В., Лисицын В.М., Голковский М.Г., Акилбеков А.Т., Даулетбекова А.М., Аралбаева Г.М., Акылбекова А.Д. ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИК ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ, ОБЛУЧЕННЫХ ВЫСОКИМИ ДОЗАМИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА. Вестник НЯЦ РК. 2023;(4):67-76. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-4-67-76

For citation:


Nikiforov S., Gerasimov M.F., Kasatkina Ya.P., Denisova O.V., Lisitsyn V.M., Golkovsky M.G., Akilbekov A.T., Dauletbekova A.M., Aralbaeva G.M., Akylbekoba A.D. THERMOLUMINESCENT AND DOSIMETRIC PROPERTIES OF ZIRCONIUM DIOXIDE CERAMICS IRRADIATED WITH HIGH DOSES OF PULSE ELECTRON BEAM. NNC RK Bulletin. 2023;(4):67-76. (In Russ.) https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-4-67-76

Просмотров: 335


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1729-7516 (Print)
ISSN 1729-7885 (Online)