КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 20-13-00121

НазваниеКомплексное изучение фосфатов и боратов как оптических матриц для твердотельных радиационных дозиметров

РуководительКеллерман Дина Георгиевна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук, Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (45).

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые словафосфаты, бораты, термолюминесценция, дефекты, оптические переходы, дозиметрия

Код ГРНТИ31.15.19

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Активное использование радиоактивных материалов в медицине, энергетике, научных исследованиях, проблемы, связанные с утилизацией ядерных отходов, демонтажем боевых ядерных зарядов, ликвидацией и анализом последствий масштабных радиационных аварий и экологических катастроф, а также возможностью террористических атак, делают необходимым дозиметрический контроль окружающей среды, населения и технического персонала. В рамках Проекта № 20-13-00121, в качестве оптических матриц для дозиметрического применения был рассмотрен ряд металлофосфатов и металлоборатов, показано, что на их основе действительно возможно создать материалы с высокими дозиметрическими характеристиками, и предложены пути реализации этих возможностей. Анализ всей совокупности полученных результатов и закономерностей указывает на то, что тема проекта не исчерпана, обнаружены эффекты, требующие проведения дополнительных исследований, а также предложены новые группы перспективных оптических матриц - борофосфаты и фторфосфаты щелочных и щелочноземельных элементов. Люминесцентные и дозиметрические свойства намеченных для исследования фаз, таких как Li9Mg3[PO4]4F, LiNaMgPO4F, Li2NaBP2O8, Na3BP2O8, Li3BP2O8 и LiNa2B5P2O14, а также целого ряда аналогичных фторфосфатов и борофосфатов никем не исследовались, поэтому предполагается провести полномасшабные исследования, включающие поиск оптимальных способов синтеза чистых и допированных фторфосфатов и борофосфатов, измерение и анализ их оптических свойств и функциональных характеристих, проведение первопринципных расчетов их электронных структур и сопоставление их с экспериментальными свойствами. Планируется продолжить изучения особенностей передачи энергии, аккумулируемой фосфатами и боратами при облучении, и адаптировать предложенную при выполнении Проекта 2020 схему энергетического переноса от РЗЭ к дефектам матрицы для более широкого круга объектов. Планируется испытать изучаемые объекты в качестве материалов для детекторов не только рентгеновского, но и нейтронного излучения. Дозиметрия нейтронного излучения является актуальной задачей, поскольку требуется оценка реальных нейтронных полей в помещениях ядерных установок и, несомненно, необходим постоянный дозиметрический контроль людей, обслуживающих эти установки. Нейтронный запоминающий люминофор должен состоять из материала, который содержит в своей матрице чувствительные к нейтронам элементы. Такими элементами в первую очередь являются изотоп лития 6Li изотоп бора 10B, обладающие большим сечением поглощения нейтронов. Оба этих элемента входят в состав фаз, которые планируются для рассмотрения в заявляемом Проекте. Проект 2020 и Проект 2023, который является продолжением и развитием Проекта 2020, объединены кругом объектов, задач и подходов к их решению. Научная значимость нового этапа работы состоит в том, что в результате ее выполнения предполагается сделать выводы о природе ловушек в широком круге боратов, фосфатов, фторфосфатов и борофосфатов, установить неизвестные на сегодняшний день особенности электронной структуры, изучить фото-, термо- и рентгенолюминесценцию, выделить группу материалов, пригодных для дозиметрии нейтронного излучения, выявить закономерности формирования функциональных характеристик изучаемых объектов. На основе проведенных комплексных исследований будут выработаны рекомендации по созданию новых высокоэффективных детекторов ионизирующего излучения широкого назначения.

Ожидаемые результаты
1. Будут разработаны способы синтеза чистых и допированных борофосфатов и фторфосфатов с различной морфологией, включая стеклокерамическую и нанокристаллическую форму. Впервые будут получены фазы, обогащенные изотопами 6Li и 10B. 2. Впервые будут получены данные об электронном строении, оптических и дозиметрических свойствах широкого круга фторфосфатов и борофосфатов. Результаты первопринципных расчетов будут сопоставлены с экспериментальными свойствами. Будут сделаны выводы о природе ловушек, обеспечивающих стимулированную люминесценцию. Будут сделаны выводы о связи дефектности и величины дозиметрического отклика на разные виды ионизирующего излучения. 3. Впервые будут получены зависимости «состав – структура - дозиметрические свойства» для широкого круга фосфатов, боратов, борофосфатов и фторфосфатов, допированных редкоземельными и переходными элементами. Впервые будут проведены первопринципные расчеты электронной структуры и оптических свойств допированных борофосфатов и фторфосфатов, установлены позиции допантов в решетках фаз и их взаимного влияние. 4. Будет сделан вывод о возможности реализации в изучаемых соединениях обнаруженного при выполнении Проекта 2020 механизма переноса энергии, аккумулированной при облучении, от допанта к дефектам матрицы. Реализация этого механизма термолюминесценции в допированных фосфатах, боратах, борофосфатах и фторфосфатах расширит возможности создания высокоэффективных материалов для твердотельных дозиметров. 5. На основе проведенных комплексных исследований будут выработаны рекомендации по созданию новых высокоэффективных детекторов ионизирующего излучения широкого назначения. Предполагаемые результаты соответствуют мировому уровню исследований, они будут отражены в публикациях в международных и российских журналах.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---