РХТУ им. Д.И. Менделеева разработал новые органические сцинтилляторы для современных детекторов нейтронов

11 мая 2023



В РХТУ им. Д.И. Менделеева разработали органические материалы для детекторов нейтронов: речь идет о новых люминесцентных составах на основе тонкопленочных органических структур. Разработка экономически выгодна и более эффективна, чем распространенные аналоги. Проект поддержан грантом по программе государственной поддержки российских университетов «Приоритет-2030» Минобрнауки России.

Ученые из лаборатории функциональных материалов и структур для фотоники и электроники кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И.Менделеева разработали и создали новые органические сцинтилляторы ― материалы, которые используются в современных детекторах для регистрации нейтронов. Регистрация фонов нейтронов и потоков нейтронов является важной составной частью дозиметрии и радиометрии ионизирующих излучений. Она применяется в атомной промышленности, ядерной медицине, в геофизических исследованиях, в промышленных установках для стерилизации продукции и при реализации мероприятий по нераспространению делящихся ядерных материалов.

«Сегодня в России активно создаются и внедряются новые технологические процессы, растут новые производства. Но технологический суверенитет ― это не только обеспеченность современными технологиями, но и развитие систем мониторинга и контроля. В РХТУ активно развивают направление по созданию аналитических датчиков и материалов для них. В рамках этого направления создаются в том числе детектирующие материалы и составы для применения в дозиметрии и атомной промышленности. Мы должны думать об эффективности и безопасности современных производств и технологических процессов, причем как с точки зрения контроля протекания самих процессов, так и с точки зрения сохранения окружающей среды и здоровья людей. Современные датчики ― важнейшая часть систем безопасности для любого высокотехнологичного производства, они могут своевременно указать на потенциальную проблему, что важно для обеспечения техносферной безопасности. Благодаря полученной поддержке по программе Минобрнауки «Приоритет 2030» у РХТУ есть возможность создавать серьезные заделы для новых научных работ в таких стратегически важных направлениях», ― подчеркнул и.о. ректора РХТУ им. Д.И. Менделеева Илья Воротынцев.

«Исследование органических сцинтилляторов началось во второй половине XX века. В сравнении с неорганическими они обладают рядом преимуществ: меньшее время высвечивания — десятки наносекунд против 250-1000 нс у неорганических. Световыход органических сцинтилляторов существенно снижается за счет необходимости использовать дополнительные люминофоры для перевода первичной сцинтилляции (380-440 нм) в видимый диапазон (480-550 нм), на котором эффективно работают фотоэлектронные умножители и кремниевые полупроводниковые фотоприемники. К числу преимуществ можно также отнести наличие атомов водорода, позволяющих лучше тормозить нейтроны и протоны и эффективно регистрировать их излучение», — поясняет Кристина Рунина, победитель конкурса прикладных научно-исследовательских проектов молодых штатных сотрудников РХТУ по федеральной программе поддержки университетов «Приоритет-2030» Минобрнауки России в категории «Геном материала и хемоинформатика».

Одно из направлений работы кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И.Менделеева — получение высокочистых веществ, в том числе органических светящихся материалов — люминофоров, а также исследование их спектрально-люминесцентных свойств.

По словам Кристины Руниной, сегодня широко известны способы получения жидких и твердых пластиковых сцинтилляторов, однако получение тонкопленочных органических структур, на которых возможно получить сцинтилляцию, впервые осуществлено именно в Менделеевском университете.

«Работа является технологическим заделом для разработки тонкопленочных люминесцентных сцинтилляционных структур на основе 8-оксихинолятов. Такие сцинтилляторы экономически выгодны, так как при их использовании световод находится непосредственно в контакте с материалом, что позволяет снизить потери на границах и уменьшить объем самого сцинтиллятора», — рассказывает Кристина Рунина.

Произведя успешный подбор материала матрицы-полимера и сформировав пленочную сцинтилляционную структуру, ученые столкнулись со сложностью — для исследования сцинтилляционных свойств нужны были специальные измерительные приборы. Необходимое оборудование для измерения сцинтилляционных свойств нового материала было обнаружено в Минске. По словам Кристины Руниной, в результате совместной с белорусскими коллегами работы удалось быстро получить результат, соответствующий установленным требованиям.

В настоящее время идет процесс оформления заявки на получение патента; кроме того, отправлен тезис на международную конференцию European Materials Research Society, которая пройдет в начале июня 2023 года в Страсбурге, а также планируется публикация статьи в международном научном журнале.

Источник