Kemister från RUDN University har studerat mekanismen för strålningsinstabilitet hos termoluminoforer baserat på litiumtetraborat, som används för tillverkning av strålningsdosimetrar. De fann att materialens egenskaper försämras på grund av nedbrytning av kemiska bindningar i bor-syre-strukturen och bildandet av kluster av mangan, som tillsattes litiumtetraborat så att det kunde uppvisa sina egenskaper. Arbetet publicerades i tidskriften Strålningsmätningar .

Litiumtetraborat omfattade det första materialet termoluminescerande strålningsdosimeter, mycket känslig för röntgen, gamma och betastrålning. När joniserande strålning kommer in i en termoluminescerande dosimeter, den "lagrar" den absorberade energin på grund av elektronernas hopp till högre energinivåer. Vid uppvärmning över en viss temperatur, elektronerna avger tidigare absorberad energi, och dosometern börjar lysa. Ljusintensiteten är proportionell mot mängden absorberad strålning.

För att göra litiumtetraborat kapabel till detta, föroreningar av mangan, silver eller andra metaller införs i den, som fungerar som fällor för de elektroner som exciterades av joniserande strålning. Men på grund av dessa orenheter, ämnets strålningsresistens minskar. Det har inte varit känt varför förrän nu.

RUDN -universitetets kemist Alexander Zubov och hans kollegor jämförde keramiska prover baserade på litiumtetraborat med föroreningar av mangan, koppar, zink, tenn och beryllium. Det visade sig att ämnets strålningsstabilitet försämras på grund av bristning av kemiska bindningar i bor-syre-strukturen. Och medan bor-syregitteret i en ren substans kan återställa sig själv under uppvärmning, introduktionen av mangan stör denna process.

Ju mer jämnt mangan fördelas i strukturen av litiumtetraborat, desto mindre negativ inverkan har det på materialets strålningsstabilitet. Koppar och tenn förhindrar att mangan samlas, bildar bundna komplex med det, därigenom förhindras att den "migrerar" och "klibbar" till kristallgitteret under laddning av dosometern. Dessutom, keramik med tillsats av tenn, till skillnad från koppar, har också termoluminescerande egenskaper som möjliggör effektiv användning i dosimetri.

Att förstå de fysikalisk-kemiska processerna som uppstår under bestrålning av ett material är nödvändigt för att skapa nya strålningsresistenta material. RUDN -universitetets kemister kunde inte bara förklara mekanismen för strålningsförstöring av litiumtetraborat, men också att tillämpa den nya kunskapen för att skapa ett material med en bättre komposition, som senare kan användas i avancerade fickstrålningsdosimetrar. Dessutom, författarna hävdar att deras experimentella tillvägagångssätt, som involverar detektion av klusterad mangan i strukturen av litiumtetraborat, kan användas som ett nytt effektivt sätt att certifiera strålmotståndet hos termoluminescerande dosimetrar.