Синтез керамики ZrO2-HfO2-Y2O3-Eu2O3 с различным соотношением Zr/Hf методом соосаждения и изучение электрофизических и термолюминесцентных свойств этих материалов для создания радиационно-стойкого термолюминесцентного дозиметра

В последнее время важными проблемами дозиметрии становятся задачи, связанные с утилизацией и иммобилизацией ядерных отходов, анализом последствий масштабных радиационных аварий и экологических катастроф. Широкое распространение для указанных применений получили термолюминесцентные дозиметры. Одной из важных проблем в настоящее время является разработка радиационно-стойких термолюминесцентных дозиметров, позволяющих измерять высокие дозы ионизирующего излучения. Одним из возможных материалов для создания радиационно- и химически стойких дозиметров является керамика ZrO2-HfO2-Y2O3-Eu2O3. ZrO2-Y2O3-Eu2O3 широко исследуется в качестве материала для термолюминесцентной дозиметрии, однако данный материал прозрачен для нейтронов. В свою очередь гафний хорошо поглощает нейтроны и его добавление позволяет расширить применимость данного материала в дозиметрии. Известно, что при добавлении трехвалентных ионов, например, Y и Eu, диоксид циркония и диоксид гафния стабилизируется в тетрагональной или кубической фазе в зависимости от содержания трехвалентных ионов. В данном проекте будет подобрано соотношение элементов так, чтобы происходила стабилизация в кубической фазе. Эта фаза представляет отдельный интерес в связи с потенциальной возможностью формирования на ее основе прозрачной керамики. При синтезе керамики важным является оптимизация условий для синтеза монофазной керамики, поскольку примесь минорной фазы может приводить к существенному ухудшению термической и химической стойкости. В настоящем проекте выбран метод соосаждения, поскольку он позволяет синтезировать однородную керамику. Керамика ZrO2-HfO2-Y2O3-Eu2O3 в выбранном диапазоне составов будет синтезироваться впервые. Известно, что и в диоксиде циркония, и в диоксиде гафния добавление в керамику оксидов трехвалентных металлов приводит к увеличению количества вакансий кислорода, являющихся основными ловушками зарядов в этих материалах. Тем не менее, несмотря на длительные исследования термолюминесцентных свойств, становиться очевидно, что механизмы локализации заряда и последующего высвобождения их для каждого материала необходимо исследовать подробно, поскольку эти механизмы крайне чувствительны к типу, содержанию и распределению точечных дефектов. В данной работе будет проведено комплексное исследование элементного и фазового состава, люминесцентных, электрофизических и термолюминесцентных свойств синтезированных материалов. Полученные результаты позволят сделать выводы о природе ловушек, их энергии активации и влиянии на люминесцентные свойства. Будет определен диапазон линейности термолюминесцентного отклика от дозы облучения. Совокупность проведенных исследований позволит сделать выводы об оптимальном составе, режимах синтеза и режимах отжига керамики ZrO2-HfO2-Y2O3-Eu2O3 для термолюминесцентной дозиметрии. Будет сделан вывод об областях применимости данного материала для термолюминесцентной дозиметрии. Результаты проекта позволят существенно продвинуться в создании радиационно-стойкого термолюминесцентного дозиметра.