Chemici van de RUDN University hebben het mechanisme van stralingsinstabiliteit van thermoluminoforen op basis van lithiumtetraboraat bestudeerd, die worden gebruikt voor de vervaardiging van stralingsdosimeters. Ze ontdekten dat de eigenschappen van de materialen verslechteren door de afbraak van chemische bindingen in de boor-zuurstofstructuur en de vorming van clusters van mangaan, die werd toegevoegd aan lithiumtetraboraat zodat het zijn eigenschappen kon vertonen. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Stralingsmetingen .

Lithiumtetraboraat was de eerste materiële thermoluminescente stralingsdosismeter, zeer gevoelig voor röntgenstraling, gamma- en bètastraling. Wanneer ioniserende straling een thermoluminescente dosismeter binnenkomt, het "slaat" de geabsorbeerde energie op vanwege de sprong van elektronen naar hogere energieniveaus. Bij verhitting boven een bepaalde temperatuur, de elektronen zenden eerder geabsorbeerde energie uit, en de dosismeter begint te gloeien. De lichtintensiteit is evenredig met de hoeveelheid geabsorbeerde straling.

Om lithiumtetraboraat hiertoe in staat te maken, onzuiverheden van mangaan, zilver of andere metalen erin worden ingebracht, die fungeren als vallen voor die elektronen die werden geëxciteerd door ioniserende straling. Maar vanwege deze onzuiverheden, de stralingsweerstand van de stof neemt af. Het is tot nu toe niet bekend waarom.

RUDN University-chemicus Alexander Zubov en zijn collega's vergeleken keramische monsters op basis van lithiumtetraboraat met onzuiverheden van mangaan, koper, zink, tin en beryllium. Het bleek dat de stralingsstabiliteit van de stof verslechtert door het verbreken van chemische bindingen in de boor-zuurstofstructuur. En terwijl het boor-zuurstofrooster in een zuivere stof in staat is zichzelf te herstellen tijdens verhitting, de introductie van mangaan verstoort dit proces.

Het meer gelijkmatige mangaan is verdeeld in de structuur van lithiumtetraboraat, hoe minder negatieve invloed het heeft op de stralingsstabiliteit van het materiaal. Koper en tin voorkomen de clustering van mangaan, vormen er gebonden complexen mee, waardoor wordt voorkomen dat het "migreert" en "plakt" aan het kristalrooster tijdens het opladen van de dosimeter. Bovendien, keramiek met toevoeging van tin, in tegenstelling tot koper, hebben ook thermoluminescente eigenschappen die een effectief gebruik in dosimetrie mogelijk maken.

Begrip van de fysisch-chemische processen die optreden tijdens de bestraling van een materiaal is noodzakelijk om nieuwe stralingsbestendige materialen te creëren. De scheikundigen van de RUDN University waren niet alleen in staat om het mechanisme van stralingsvernietiging van lithiumtetraboraat te verklaren, maar ook om de nieuwe kennis toe te passen om een ​​materiaal te maken met een betere compositie, die later kan worden gebruikt in geavanceerde zakstralingsdosismeters. In aanvulling, de auteurs stellen dat hun experimentele benadering, waarbij geclusterd mangaan in de structuur van lithiumtetraboraat wordt gedetecteerd, kan worden gebruikt als een nieuwe effectieve manier om de stralingsweerstand van thermoluminescente dosimeters te certificeren.