文摘

这项工作是基于不同的效果与预处理和γ剂量post-alpha-irradiated pm - 355聚合物(烯丙基二甘醇的聚碳酸酯)。相结晶度和结构分析的参考和辐照pm - 355聚合物进行了分析使用x射线衍射(XRD)研究。透露,辐照和蚀刻减少%结晶度,但增加的微晶大小pm - 355聚合物。微晶尺寸的增加pm - 355聚合物辐照后的扫描电子显微镜(SEM)分析。样品的腐蚀导致其轨道直径的增加。光学带隙能量,通过紫外-可见光谱(紫外可见),显示了一个递减趋势与αγ和辐照剂量的增加,和蚀刻组样本进行调查。每个集群每个共轭的碳原子数和γ辐照和蚀刻后增加了。然而,增加更明显蚀刻样品nonetched相比的。这表明腐蚀导致一个更大的集群的大小。光致发光(PL)蚀刻前后两种情况下有一个占主导地位的峰值在430 nm辐照前后,峰值强度和改变辐照后证实粒子轰击在pm - 355诱导缺陷和集群,作为非辐射的中心。 The polymer can be used as a detector for gamma irradiation.

1。介绍

材料内部的损伤发生,许多意思是:辐射就是其中之一。当大量带电粒子的辐射事件在固体材料,然后跟踪内形成(1]。丝绸和巴恩斯报道追踪在云母片的形成2]。在这部作品中,跟踪是由暴露辐射路径上的云母片铀的裂变碎片。300年的轨道直径和长度为4.0μ观察。本顿,不让报道,上面有一定的临界能量辐射剂量的跟踪可以在材料中形成,这是依赖于材料的特点和蚀刻方法(3]。重带电粒子可以通过形成的检测跟踪,当它落在有针对性的绝缘高分子材料被称为固体核径迹探测器(SSNTD)。这种技术广泛和成功应用于核、空间和考古科学和技术理解跟踪的机制中形成有针对性的固体材料。弗莱舍等人一直在调查时重带电粒子的辐射效应通过绝缘的目标(4,5]。他们报道的形成轨迹的绝缘材料,因为内带正电粒子的电离。提出了一种模型,即离子爆炸峰值,这表示粒子的弹射是因为带正电的离子之间的相互排斥,这是在协议与实验结果得出结论。

SSNTD一些常用材料是聚烯丙基二甘醇碳酸(PADC),称为cr - 39,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET), Makrofol-KG(双酚a聚碳酸酯),和超级毕业生pm - 355。cr - 39的可见区域是透明的光和紫外线范围绝对是不透明的。宇宙射线的探测,重离子碰撞研究和寻找磁单极子和氡和中子剂量测定法。

在另一项研究中,氦氖激光射线的影响了cn - 85(硝酸纤维素)和基于cr - 39聚合物SSNTDs [6]。在激光辐照之前,聚合物都是斜体的狂轰滥炸> /斜体> 5.44兆电子伏能量粒子使用电流源的241点。laser-irradiated光束的能量密度不一217 J /厘米²。他们研究了聚合物的光学性质使用PL和紫外可见光谱。据报道,laser-irradiated聚合物显示相比光学吸收的最高价值α轰炸和整洁的聚合物。吸收转移到一个更长的波长激光辐射的剂量增加时。此外,光学带隙能量和PL光谱强度的测试样本减少激光辐射的能量密度增加。这可以归因于聚合物链的断开,因为激光辐照。得出的结论是,一个良好的测试结果之间的相关性和应用剂量观察。最近,陈和他的同事研究了氢氧化钠/乙醇的影响蚀刻剂cr - 39的聚合物(7]。结果表明,大部分的蚀刻属性检测器与物质的量浓度的增加增加的腐蚀剂,其次是激动人心的。此外,当跟踪痒痒了财产被认为是,轨道的长度被缩短治疗后聚合物的腐蚀剂。研究SSNTD,即cr - 39是由不同的作者在过去和文献中报道8- - - - - -10]。

pm - 355是SSNTD, cr - 39或PADC相同的化学公式。pm - 355 SSNTDs已广泛用于离子的检测11- - - - - -15]。Nouh和Bahammam已经研究了电子束辐照对pm - 355聚合物在辐射剂量20 - 250 kGy的(13]。他们报道未照射和辐照样品的硬度值对应用负载和辐射剂量。基础聚合物的硬度值约为4.2 MPa在25 mN负载未照射样品。这个值有增加了大约10.8 MPa在700 mN应用测量负载的增加。相反,随着辐射剂量的增加,最初,硬度值下降到170 kGy的剂量,然后增加到250 kGy的剂量,因为交联聚合物,但它总是显示更少的价值基础聚合物相比。在另一项研究中,Nouh等人暴露了pm - 355从50 kV x射线管x射线辐射的剂量范围是10 - 300 kGy的(15]。结果表明,断链的pm - 355聚合物发生在辐射剂量范围内10 - 20 kGy的。它生成自由基,当辐照在20 - 100 kGy的范围内。这一代的自由基导致交联聚合物基质中,从而增加了硬度和折射率值。辐射剂量范围100 - 300 kGy的pm - 355导致退化证明红外光谱光谱分析的程度排序是增强支持通过XRD分析,因此硬度和折射率都降低了。是聚碳酸酯,例如Makrofol非常敏感的带电粒子(质子、电子和阿尔法粒子),伽马射线和x射线。因此,他们提出一个非常合适的方法检测重离子在宇宙射线的理解,核反应,重元素和调查,最适合微型滤波器技术。Makrofol-DE也被用于离子跟踪检测和track-etched膜和用作微型滤波器(16]。在这部作品中,聚合物与伽马射线辐照,发出⁶⁰有限的能量辐射1.25兆电子伏。在辐射剂量的测量进行了20 - 1000 kGy的。样品的光学性能和硬度测试。紫外可见光谱分析报告带隙能量的衰减与伽马射线辐照后。内的碳原子数也增加辐照样品相比基础聚合物。辐照后PL峰强度也降低。这是由于在辐照样品缺陷的形成。硬度值与γ剂量辐照后显著增加。据报道为4.78 MPa的基础聚合物,23.67 MPa最高剂量辐照样品。接触角测量γ辐照后显示增加润湿性。

获得高价值的轨道直径在聚合物辐照后暗示其有效性作为一名优秀的探测器。这个我们可以实现通过改变辐射类型,辐照,蚀刻,和测量条件。因此,本研究的重要性在于我们已经测试了pm - 355由不同不同剂量的γ辐照探测器,γ紧随其后的是α辐射,αγ辐照紧随其后,最后跟着蚀刻获得高轨道直径值。样品测试通过XRD、SEM、紫外吸收、光致发光光谱。一直在尝试解释结果的基础上,内部结构发生了变化,聚合物由于辐照和腐蚀。

2。材料、方法和实验

2.1。材料和样品制备

在这部作品中,我们使用SSNTD pm - 355。500微米的厚度和密度1.32克/厘米³。样品制备成型方法(Pershore模塑有限公司,英格兰)。测试样品被分成三组,每组包含5探测器。样品最初只与γ辐照剂量,然后紧接着预处理和postalpha与不同的γ辐照剂量,如表所示1。

2.2。γ辐照

γ辐照,我们使用了有限公司⁶⁰源半衰期为5.2714年。这个源辐射的能量1.17和1.33兆电子伏。不同剂量的γ辐照标本20、40、60、80和100 kGy的。

2.3。阿尔法辐射

样本使用0.1微Ciα辐射^241年是源,发出辐射能5.49兆电子伏。标本α辐射在空气中5秒(时间用秒表测量)通过保持2厘米除了辐照源的距离。

2.4。化学腐蚀

化学腐蚀是对样本集进行2和3观察轨道的性质。这些样本被蚀刻在氢氧化钠溶液(6.25 N)在温度为3小时70°C。

2.5。x射线衍射(XRD)研究

试样的结晶度和结构分析阶段进行通过XRD分析(X 'pert职业;PANanalytical)。在室温下测量进行了通过应用辐射波长1.54 Cu-K发出_α源。

2.6。场发射扫描电镜(FESEM)

预处理和postirradiated标本的表面形态观测到FESEM (JEOL FESEM)。大多数在10 - 30 keV标本进行测试,而绝缘样品测试在低能量意味着在几百eV。

2.7。光学显微镜

轨道直径测量蚀刻后pm - 355 SSNTDs使用光学显微镜(Ziess,德国)。测量的放大400倍。

2.8。光致发光(PL)

它是用于半导体材料中找到的缺陷。这主要是用于确定浅能级缺陷,然而,也适用于确定深层缺陷,这取决于辐射复合。标本的PL光谱使用JASCO fp - 8200荧光谱仪记录。在环境温度测量进行了激发波长为250 nm。

2.9。紫外可见光谱

试样的光谱的波长范围内记录200 - 800 nm。执行的测试是在环境温度下使用仪器JASCO v - 670 UV / VIS分光光度计。

3所示。结果与讨论

3.1。x射线衍射(XRD)研究

图1显示了x射线衍射光谱的参考,只有γ辐照,α+γ与化学蚀刻pm - 355 SSNTDs在2θ(布拉格角)值10到80°。一个庞大而广泛的高峰 注意到的参考样本。这表明pm - 355聚合物主要是由一个非晶相,从而在一定程度上是水晶。高峰转移到20.36°gamma-irradiated示例20.29,化学蚀刻pm - 355。峰位置的变化可能是由于压力产生的辐照SSNTDs pm - 355。XRD的量化评估参数如%结晶度( ),峰值最大值,最大值的一半(应用,表示 ),平面间的距离( - - - - - -间距)、跨链的距离( ),微晶大小( ),微应变( ),和变形参数( )已经使用下列方程(17]: 在哪里曲线下的面积是结晶相,曲线下的面积是无定形的阶段,是Scheller常数(为0.9),然后呢是x射线辐射的波长(1.54)。在上面的方程中,已经采取的弧度。基于上面的情节和计算参数方程在桌子上2。从表中看到,结晶度( )pm - 355聚合物后减少了γ辐照和化学腐蚀。实际上,辐照引起内部的交联聚合物通过新债券在邻近的分子链。结果的变化规律有序微晶成nonordered的结晶度下降,因此(18]。图和表显示应用( )pm - 355的峰值γ辐照和化学腐蚀后变得狭窄。这表明微晶大小( )增加了γ辐照和化学腐蚀后从表中我们可以看到。的价值应用较少,但晶粒度更高的价值相比,我们的研究文献中提到的研究(18]。平面( )和跨链( )距离增加了辐照后从表中看到。这是由于一些命令结晶相非晶的变化,这就增加了disorderness这意味着失真参数( ),从而增加平面和跨链的距离18]。从表中也看到,参数,微应变( ),降低辐照后pm - 355聚合物。这可以归因于原子或离子的失配(18]。

3.2。通过扫描电子显微镜(SEM)形态

在数据2(一个)- - - - - -2 (c),我们提出了参考点的形态图- 355,只有γ辐射,α+γ辐射和化学蚀刻样品拍照扫描电子显微镜(SEM),分别和图2 (d)阿尔法一个普通显微镜跟踪图像拍摄的pm - 355 SSNTD。图2(一个)表明,谷物的参考SSNTDs拥有spherical-like几何形状的直径范围内100 - 170纳米,这是进一步增加的大小与γ射线辐照后,观察图2 (b)。gamma-irradiated样品的表面也变得更粗糙的引用一个相比。SEM研究的这个结果是根据XRD的发现,这意味着后聚合物的微晶大小增加了应用伽马辐射。然而,有一个截然不同的微晶的大小和颗粒之间的区别。颗粒的大小更高于微晶的大小。这表明,粮食是由几个微晶的积累。数据2 (c)和2 (d)的图像与化学蚀刻α+γ辐照样品扫描电镜拍摄的照片和普通显微镜,分别显示圆形核跟踪由于α辐射平均直径8.75μm。

3.3。紫外可见光谱

γ辐照样品的吸收光谱不同剂量的函数(组1),postalpha与不同的γ辐照剂量(组2),和prealpha辐照不同γ剂量(组3)225 - 350纳米的范围内是描绘在图3,分别。从图中观察到的是,吸收边缘最初急剧转向更长的波长,然后非常小的改变已经注意到与辐射剂量进一步增加。吸收限更高的波长区域的转变表明光学带隙能量的衰减率(19- - - - - -23]。实际上,与γ剂量的增加,分离分子链内的债券与自由基的形成,最后交联形成一些新的债券,导致吸收边沿的转移18- - - - - -20.,24]。结果,因为吸收优势过渡,激发的 - - - - - -电子需要更少的能量,因此,转变发生在一个更长的波长(21]。

腐蚀的影响样品的吸光度组2和组3是调查和提出了数字4(一)和4分别(b)。观察到,吸光度的变化遵循相同的趋势蚀刻之前但相对吸光度增加。吸光度值的增加表明,腐蚀帮助生产一些样品在辐照中的自由基。也有一点点的吸收边转向波长就越高。这是归因于一些新的化学物种的形成聚合物内检测器(23]。比较前后的吸光度腐蚀,可以推断,腐蚀使一些在材料和结构变化增加了跟踪直径。

材料的带隙能量可以通过光学吸收谱的测量计算。确定光学带隙能量,紫外可见光学吸收谱的数据被用于γ辐照预处理和post-alpha-irradiated样品如图3和4。最初,我们计算吸收系数的值带隙能量的估计。的价值计算使用吸光度数据如下: 在哪里表示样品厚度和吸光度(1]。的价值取决于光子能量如下(1,3]:

在上面的方程中,功率因数数量是一个常数,这决定了光学过渡的性质。的值是1/2,3/2,2和3直接允许,直接禁止,间接允许,分别和间接禁止过渡。代表了带隙能量,而其他条款有其意义。

计算带隙能量不同γ剂量nonetched和蚀刻的样品列在下表中3。从表中看到,带隙能量受到辐射剂量的应用。是逐渐减少的所有设置与辐射剂量的增加而接受调查。带隙能量的衰减,因为内部的缺陷生成的检测器结构由于γ辐照剂量(25]。这些缺陷可能是由于共轭键的创建,因为部分增长的氢气(25]。表显示值的带隙能量蚀刻样本nonetched同行相比。这可以归因于腐蚀导致的破损C-O-C,碳氢键,C = O和C = C -债券,因此减少了带隙能量(25]。

每个共轭长度的碳原子数( )一个线性结构计算使用以下方程(18]: 在哪里 和 电动汽车。这个词在上面的方程表达的能带结构能量相邻网站。这是相关的过渡- C = C -结构性债券。并给出了计算数据表4显示的值随辐射剂量的增加。显然,这增加的碳原子数共轭系统导致消除氢原子从碳氢键的γ辐照。这就是为什么的价值减少了,因此提高聚合物的电子传导行为与辐射剂量的增加。

每个集群的碳原子数( )可以计算的26]

的计算值使用上面的方程描述在表4。从表中看到,价值辐照剂量的增加而增加。这表明,集群/粒径增加后聚合物内辐射剂量的增加。这一发现印证了与前面提到的扫描电镜研究。也从表中看到,蚀刻后,蚀刻的集群大小nonetched相比增加了样品的。这是因为能量吸收因腐蚀导致的形成是一个扩展系统共轭碳债券,导致更大的生产规模集群(25]。

3.4。光致发光光谱

光致发光(PL)的特性不同的pm - 355聚合物很少研究。的PL光谱nonetched组1、组2和组3所示的数字5(一)-5分别(c)。PL峰强度的值已经从图中提取和绘制在图6检查他们的趋势变化对γ剂量。图显示有一个宽带强度衰减的三组当γ剂量增加而接受调查。这PL强度衰减可以归因于辐照后缺陷的形成(20.]。此外,在高剂量,PL强度的变化是边际,这可能是由于聚合物的饱和度与缺陷。有随机强度峰值位置转向更短或更长波长。这是因为聚合物内照射可能导致一些缺陷和/或可能被破坏一些化学物种16]。

蚀刻的样品的光致发光光谱组2和组3γ剂量给出的函数(数字7(一)和7(b))。峰值强度从图中提取的位置,绘制在图8检查他们的变化趋势。是见过蚀刻样品的峰值强度几乎在同一位置的nonetched。山顶大多转向了更长的波长相比,参考。nonetched的相反,蚀刻样品的峰强度增加几乎成倍增加后γ剂量如图8。这种行为可能是由于腐蚀,增加缺陷的浓度和集群内点- 355聚合物作为非辐射的中心(4]。实际上,这些排放乐队相关的 和 电子转移,它发生在不饱和化合物的中心和帐户的增加和减少的PL强度(5]。

轨道直径的变化对γ剂量化学腐蚀后第二组和第三组样本如表所示5。很明显,在高γ剂量,轨道变得不规则形状的,规模大,成为难以衡量其大小。这个轨道直径的大小相比太高了早先研究中提到的轨道直径(2]。

4所示。结论

研究微观结构特性,x射线衍射表明,pm - 533聚合物主要由无定形相结晶度。XRD分析表明,平面间的距离,距离跨链,畸变参数,微晶尺寸增加但microstain和%结晶度降低γ辐照和蚀刻之后。这些参数的变化是由于一些压力产生辐照后和腐蚀。增加后的带隙能量降低γ剂量。这是明显的转移吸收边缘长波长。然而,减量率的带隙能量高蚀刻nonetched相比的一个类似的样品伽玛照射剂量。透露,轨道直径增加腐蚀后的样品。的值和增加了γ辐照后和腐蚀。然而,增加更明显的蚀刻样本。PL强度的降低在γ剂量递增后确认存在的缺陷和集群内点- 355聚合物与粒子轰击后。蚀刻后,辐照样品的光致发光强度有一个相反的趋势相比,nonetched样本。跟踪蚀刻样品直径的大小是非常大的,甚至超出了可测量的范围时,在高辐射剂量治疗。这证明了pm - 355聚合物可以用作γ探测器。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这个手稿。

的利益冲突

作者没有竞争之间的经济利益。

确认

作者想扩展他们的真诚感谢院长以来在沙特国王大学科学研究的资助这项工作通过研究小组(RG 1436 - 005)。