Влияние режимов синтеза на люминесцентные и дозиметрические свойства кислородо-дефицитной субмикронной керамики оксида алюминия : магистерская диссертация

Abstract

The purpose of this work was to study the synthesis conditions effect on the luminescent and dosimetric properties of aluminum oxide submicron ceramics excited by different types of radiation. We reviewed the research published on the topic of luminescent and dosimetric properties of aluminum oxide and other nanoscale materials. It was found that high-temperature annealing of Al2O3 nanopowder compacts in a vacuum (reducing medium in the presence of carbon) triggers the generation of oxygen vacancies in the oxide, which is confirmed by pulsed cathodoluminescence (PCL) results for the samples under study. It was proved that the samples, when annealed in a vacuum at high temperatures, display maximum thermoluminescence (TL) intensity, which is caused by an increased concentration of oxygen vacancies forming F luminescence center. We obtained a complex of parameters characterizing TL peak at 410 К and thermoluminescence properties and later compared it with the parameters found in references. It was observed that TL peaks intensity at 410 К and 600 K of submicron aluminum oxide depended on the dose of β-irradiation (under 200 Gy) and after electron beams irradiation (under 12 kGy). It was demonstrated that submicron aluminum oxide ceramics would be a promising material to detect ionizing radiation doses in excess of the operating dose range of single crystal α-Al2O3 detectors be more than one order. It was found that the sensitivity of submicron aluminum oxide ceramics after high-dose irradiation returned its initial value when annealed in the atmosphere at the temperature of 600 °C for 1 hour. We analyzed and assessed ecological risks and compliance with safety rules during experimental investigations.

Цель работы – изучение влияния режимов высокотемпературного отжига в восстановительной среде на люминесцентные и дозиметрические свойства субмикронной керамики оксида алюминия. Проведен обзор литературы на тему люминесцентных и дозиметрических свойств оксида алюминия и других наноразмерных материалов. Экспериментально установлено, что высокотемпературный отжиг компактов из нанопорошка в вакууме в сильно-восстановительной среде в присутствии углерода вызывает образование кислородных вакансий в оксиде, что подтверждают спектры импульсной катодолюминесценции исследуемых образцов. Увеличение температуры и времени отжига приводит к росту концентрации центров люминесценции, созданных кислородными вакансиями и, как следствие, увеличению интенсивности термолюминесценции субмикронной керамики оксида алюминия. В результате исследования образцов субмикронной керамики оксида алюминия получен комплекс параметров, характеризующих дозиметрический пик ТЛ (410 К), проведено сравнение найденных параметров с известными литературными данными. Наблюдается зависимость интенсивности пиков ТЛ при 410 К и 600 К синтезированной керамики оксида алюминия от поглощенной дозы β-облучения (до 200 Гр) и при облучении электронными импульсами (до 12 кГр). Установлено, что возврат чувствительности к β-излучению после высокодозного облучения происходит при отжиге в атмосфере при температуре 600 ºС в течение 1 часа. Проведен анализ экологических рисков и соблюдения правил безопасности жизнедеятельности при экспериментальных исследованиях.