一种新型辐射变色膜的γ射线辐照研究

报道了以高聚物为载体,以有机染料及添加剂为变色指示剂体系,制备一种辐射变色膜。这种辐射变色膜为无色透明固体薄膜,经60Co γ射线辐照后,其颜色变为蓝色。辐照后样品的紫外-可见吸收光谱表明,在可见光区其最强吸收峰出现在624 nm附近。在10～90 kGy的剂量范围内,不含添加剂的辐射变色膜的光密度变化与吸收剂量呈线性关系,而含有添加剂的辐射变色膜对γ射线辐照的响应在50 kGy时就达到饱和。同时还探索了该体系辐照效应的化学反应机理。     

溶剂对辐射变色膜吸收剂量的影响

本实验室分别选用无水乙醇和丙酮溶液为溶剂制成两种类型的辐射变色膜, 并对这两种辐射变色膜进行了60Co γ射线与紫外线辐照, 研究不同溶剂对辐射变色膜吸收剂量的影响。实验发现, 60Co γ射线与紫外线辐照后, 使用丙酮作溶剂的辐射变色膜变色效果比无水乙醇的更加明显。在相同的辐照剂量下, 使用丙酮作为溶剂的变色膜比用无水乙醇的光谱吸收峰(680 nm)值平均高65.5%。γ射线辐照时, 用丙酮作为溶剂的辐射变色膜变色的辐照剂量下限为0.5 Gy, 而用无水乙醇做为溶剂的为1 Gy; 紫外辐照时, 用丙酮为溶剂的辐射变色膜吸收峰处吸收剂量的线性响应区间为0～6×100 μJ/cm2, 而用无水乙醇做为溶剂的为0～36×100 μJ/cm2。     

140 keV质子辐照对石英玻璃光谱性能影响的研究

研究了JGS3 光学石英玻璃在真空、冷黑和能量为 14 0keV的质子辐照下光学透过率变化的基本规律。在辐照剂量大于 5× 10 14 proton/cm2 后 ,主要引起 2 30～ 2 5 0nm的吸收带 ,其吸收峰值随辐照剂量的增加而单调增加。在较大辐照剂量下 ,近紫外和可见区域也存在某些弱的吸收带。 2 30～ 2 5 0nm的吸收带由E′心引起。质子辐照下在JGS3 光学石英玻璃中形成的E′心是受氢扰动的 ,即辐照过程中不仅发生Si -O键的断裂 ,而且发生[≡Si- ]和 [≡Si-O]向 [≡Si-H]和 [≡Si-OH]的转变     

石英玻璃紫外波段折射率测量

 折射率是光学材料基本参数之一,采用直角照射法折射率测量原理,以光电瞄准法紫外光信号探测、气浮轴承构成精密测角仪角度精确测量、锁相放大器微弱信号检测、软件分析角度值与光强度变化的数据处理模型、计算机自动控制等手段,完成了一套光学材料紫外波段折射率测量仪,实现了光学石英玻璃紫外波段折射率自动测量,并实际测量得到了250 nm~450 nm波长下光学石英玻璃的折射率值。     

γ射线辐照对类金刚石薄膜中氢含量的影响

用射频等离子体方法在玻璃基底上制备了类金刚石 (DLC)薄膜。采用拉曼光谱、可见紫外近红外光谱、红外光谱等手段对经γ射线 (其平均能量为 1 2 5MeV)辐照后的类金刚石薄膜中氢含量及其变化进行了分析。结果表明 ,随γ射线辐照剂量的增加 ,薄膜中SP3C H键数量明显减少 ,与此同时 ,薄膜中氢含量也随之减少。当辐照剂量达 1× 10 5Gy时 ,SP3C H键减少了约 5 0 %。利用光学带隙数据、完全抑制网络 (FCN)理论及相关计算得出膜中氢含量为 10 %～ 2 5 % ,且其含量随辐照剂量的增加而减少。随辐照剂量增加 ,类金刚石薄膜附着力增加及红外透过率的降低进一步验证了上述结论的正确性。     

氟锆酸盐玻璃的γ射线辐照效应

用电子顺磁共振谱研究了在液氮温度及在室温下氟锆酸盐玻璃的γ射线辐照效应.实验结果表明,辐照后的玻璃中形成了Zr~(3+)、F_2、F~0及一种俘获氧杂质的空穴中心(标号为U)等缺陷.在低温辐照时,非桥氟的存在是产生F_2~-和F~0缺陷的原因.温度高于400K时,所有缺陷全部消失.常温下经γ射线辐照过的玻璃,在紫外区出现一个吸收峰.辐照对该玻璃的红外透过率影响不大.     

高感度辐射变色薄膜电子剂量计

 以聚乙烯醇缩聚物为基质,以类丁二炔化合物为有机染色材料,研制了一种高灵敏度新型辐射变色膜。采用JJ-2型范格拉夫静电加速器对变色薄膜进行剂量范围为15～90 Gy的电子束辐照,结果显示:变色薄膜颜色由粉红渐变为蓝色,并随着辐照剂量的增加而逐渐加深;分光光度计测试其吸收光谱,发现主吸收峰值出现在675 nm附近,且吸收峰处的响应吸光度与电子注量具有较好的线性关系;对变色层厚度为20～80 μm的变色膜,吸收峰处的响应吸光度与其变色层厚度也成线性关系;添加不同比例的协同剂,能提高变色薄膜的响应灵敏度;变色膜辐照后续效应微弱,辐照后可以立即测量,且对测量环境变化不敏感。     

紫外准分子激光损伤典型光学材料的特性分析

根据已经建立的紫外准分子激光损伤典型光学材料的理论模型,研究了准分子激光对透明光学材料（石英玻璃）和非透明光学材料（K9玻璃）的损伤特性,并结合实验结果证实了理论模型的有效性。研究表明：在准分子激光对非透明光学材料辐照下,激光光斑半径越大,产生的热应力和温度越小;脉宽越小,产生的热应力越大;随着脉冲数的增加,温度和热应力都逐渐增大。值得注意的是,当重频增加至45 Hz以上时,熔融损伤阈值开始低于应力损伤阈值,这说明当重频增加到一定程度时,非透明光学材料将首先产生熔融损伤,而不再是应力损伤。在准分子激光对透明光学材料辐照下,杂质微粒的半径和掩埋深度对光学材料温度场分布有着重要影响。但当杂质半径和掩埋深度超过一定的数值时,杂质粒子的存在与表面温度并无联系。理论模型能够较好地解释石英玻璃前/后表面相同的初始损伤形貌特征。     

玻璃空间电离辐照着色损伤考核方法

针对空间电离辐照的复杂性,在玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究基础上,讨论了玻璃空间电离辐照着色损伤考核面临的问题,提出了一种动力学的考核方法。基于该方法,以K9-HL玻璃为研究对象,研究了特定轨道(近地点350km,远地点425km,轨道倾角51.6°)下玻璃空间电离辐照着色损伤过程,分析了特定轨道下玻璃空间电离辐照着色损伤特征,结果显示:K9-HL玻璃特征轨道在轨20年后蓝光区域透过率降低严重导致其必然呈现淡黄色,严重影响了其作为高性能无色光学材料的使用。此外,对玻璃空间电离辐照着色损伤~(60)Co-γ射线辐照考核方法的适用性进行了分析讨论,结果表明,采用~(60)Co-γ射线作为辐照源分析玻璃空间电离辐照着色损伤可能引入较大误差,造成该现象的原因是~(60)Co-γ射线在玻璃中的作用深度极大及考核方法未考虑色心弛豫消失。     

γ射线辐照对含钆磷酸钡玻璃影响的光谱分析

为研制新型γ射线屏蔽材料,采用熔融淬火法制备了xGd₂O₃-(50-x)BaO-50P₂O₅（0≤x≤7 mol%）系列玻璃样品,并经60Co辐照源辐照,利用UV-Vis-NIR,Raman等分析技术研究了玻璃的光学特性和微观结构。结果表明,玻璃在γ射线辐照下产生了磷氧空穴中心（Ⅰ类色心）,呈现棕色;Gd₂O₃能增强磷酸钡玻璃的抗γ辐照能力,玻璃中Gd₂O₃含量越高,γ射线辐照导致的色心数量越少;玻璃产生的色心数量会随着γ射线辐照剂量的增大而增加;Gd₂O₃加入降低了玻璃对可见光和近红外光的透过率;γ射线辐照使玻璃出现了光学吸收带损耗,玻璃在紫外到可见光区的透过率降低;玻璃样品的主要结构为Q2偏磷酸盐结构,伴有少量Q1焦磷酸盐和Q0正磷酸盐结构;玻璃微观网络结构在γ射线辐照下变化不明显。     

新型辐射变色凝胶的紫外辐照研究

将类丁二炔化合物自组装成纳米囊泡后,均匀分散于凝胶载体中,研制出一种新型的辐射变色凝胶剂量计。用电镜观测了囊泡形貌,采用CL-1000型紫外交联仪对凝胶进行辐照,测试并研究了凝胶对紫外辐照的变色响应、辐射后效应、扩散效应等剂量学性能。结果表明:该辐射变色凝胶在5~150mJ/cm2能量密度范围内对紫外线辐照具有良好的响应线性,同时克服了扩散效应、辐射后效应、成型能力差等现有凝胶剂量计的不足。该辐射变色凝胶剂量计适于光学扫描方式测量剂量分布。     

大芯径紫外石英光纤γ射线辐照效应研究

阐述了三种不同芯径的紫外石英光纤的稳态γ射线辐照效应,对比研究了其发光特性、光谱衰减以及光谱展宽。设计了基于钴-60源的大芯径紫外石英光纤稳态γ射线辐照效应实验,对三种芯径(200μm,400μm和600μm)的光纤进行了研究。实验表明,大芯径紫外石英光纤在稳态γ射线辐照下存在稳定的发光现象,并对其光谱衰减有补偿作用,其光谱展宽效应不明显。     

辐射变色薄膜的质子辐照响应

 用J-2.5质子静电加速器提供的质子束,对研制的一种高灵敏度新型辐射变色膜进行质子辐射响应研究。该变色膜以聚乙烯醇缩聚物为基质,以类丁二炔化合物为有机染色材料,质子能量为2.0 MeV,辐照注量为1.0×10¹⁰～1.0×10¹² cm^-2。用光谱响应测试薄膜的辐射效应显示：变色薄膜颜色由粉红渐变为蓝色, 并随着辐照剂量的增加而逐渐加深;用图像分析仪分析辐照后靶材的光密度发现,图像的光密度随聚焦斑距离的增大而减小;用分光光度计测试其吸收光谱发现,主吸收峰值出现在660 nm附近,且吸收峰处的响应吸光度与质子注量具有较好的线性关系;对新型变色薄膜辐照后持续效应的研究表明,变色膜辐照后续效应微弱,辐照后可以立即测量,且对测量环境变化不敏感。     

低温低剂量率下金属-氧化物-半导体器件的辐照效应

对金属氧化物半导体(MOS)器件在低剂量率γ射线辐照条件下的剂量率效应以及温度效应进行了研究.对不同剂量率、不同温度辐照后MOS器件的阈值电压漂移进行了比较.结果表明,低剂量率辐照下,感生界面态要受到辐照时间的长短以及生成的氢离子数目的影响,辐照时间越长,生成的氢离子越多,感生界面态密度越大;温度对界面态的影响与界面态建立的时间有关,低温辐照时,界面态建立的时间要加长 关键词： 辐照效应 阈值电压漂移 低剂量率 低温 界面态     

用于质子和伽马射线探测的金刚石薄膜探测器的辐照性能

 研制出CVD金刚石薄膜探测器,在国家串列加速器和⁶⁰Co稳态辐射源上分别完成了该探测器对9 MeV质子束流和1.25 MeV γ射线的辐照性能研究。结果表明:该探测器在9 MeV质子照射累积强度达到10¹³ cm^-2时,探测器信号电荷收集效率减小量低于3.5%,辐照前后探测器暗电流没有明显变化。计算得到9 MeV质子对该探测器的损伤系数为1.3×10^-16 μm^-1·cm²。由于γ射线与金刚石作用产生的电子起到了填补缺陷的作用,探测器信号电荷收集效率随γ射线照射剂量的增加略有增加,在γ射线累积照射量达到10.32 C/kg时,其增幅小于0.7%。说明金刚石薄膜探测器具有较高耐辐照强度,适用于高强度辐射测量领域。     

掺铥光纤γ射线辐照效应实验研究

面向2μm掺铥光纤激光器的空间应用,本文针对典型商用掺铥光纤(TDF)开展了γ射线辐照效应实验研究。利用~(60)Co源放射的γ射线,对由5段同批次Nufern公司SM-TDF-10P/130-HE型TDF样品搭建的2μm光纤激光器进行总剂量为9.0 krad(Si)、剂量率为0.5~3.0 rad/s的辐照效应在线测试。结果表明,TDF的出光性能在辐照过程中出现了显著衰减,衰减幅度随着剂量率的上升而增大。通过对TDF样品在辐照前和辐照后的吸收光谱进行对比测试,观察到在经过总剂量9 krad(Si)的γ射线辐照后,TDF对793 nm泵浦光的吸收峰接近消失。对前述经历γ辐照之后的TDF样品进行2 h的793 nm泵浦光漂白实验测试,未见其出现性能恢复现象。可见,面向空间应用的该典型掺铥光纤需大力提高耐空间辐射性能。     

石墨烯在强激光作用下改性的拉曼研究

采用化学气相沉积法制备了不同层数的石墨烯样品.根据石墨烯透过率曲线分析石墨烯样品层数与550 nm处透过率关系的同时,利用拉曼光谱法分析了不同层数石墨烯样品在强激光辐照下的损伤特性.结果表明:单层石墨烯样品经强激光辐照后,G带和2D带均向高频移动;多层石墨烯样品经强激光辐照后只有G带发生了略微的频移;石墨烯样品拉曼光谱G带与2D带强度比值表征了石墨烯的层数,此比值随激光辐照时间的增加而减小,这表明强激光对石墨烯样品具有明显的剥离现象.     

脉冲γ射线对光纤的辐射效应

介绍了光纤的损耗机制和γ射线对光纤的辐射效应,设计了针对脉冲γ射线作用于光纤而产生辐射感生损耗的实验测量系统。利用平均光子能量为0.3 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率2.03×107Gy.s-1,和平均光子能量为1.0 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率5.32×109Gy.s-1的2种脉冲γ射线分别作用于多模和单模光纤,分别采用波长为405,660,850,1 310和1 550 nm的激光光纤传输系统对辐射感生损耗进行了测量。获得了光纤辐射感生损耗和辐射剂量的关系,并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出:在近红外到可见光范围内,脉冲γ射线对光纤作用产生的辐射感生损耗随探测波长减小而增大;在0.1~3.5 Gy剂量范围内,多模光纤辐射感生损耗和辐射剂量呈线性关系。分析辐射对光纤的作用机制和实验结果后得出:光纤基质原子的电子能级对传输光子的共振吸收而造成吸收损耗增加;光纤折射率分布的改变从而导致波导损耗增加。     

固态图像传感器的电离辐射响应均匀性

研究并对比了6类电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体图像传感器的辐射响应均匀性。设计辐射实验,对像素阵列中响应信号在不同统计区域内的像素值增量平均值和非均匀度进行分析与讨论,重点研究了各类固态图像传感器像素阵列全局、区域和代表像元的辐射响应均匀性。实验结果表明:在稳态γ射线辐射场辐照条件下,帧图像中的响应信号增量并非固定值;像素阵列各区域内响应信号的均匀性不因辐照剂量率的变化而变化,对于相同的图像传感器,辐射在任意帧图像中产生辐射响应信号的分布与像素阵列中任意像素在多帧图像中出现辐射响应的分布相同,但由于传感器的本底噪声存在差异,单个像元、区域像素的统计结果与全局存在偏差。本研究为提高基于图像传感器的γ射线辐射探测技术,实现无遮光条件下在线辐射探测提供了理论依据和数据支持。     

γ射线辐照处理银灰色Akoya珍珠的谱学特征研究

近年来因为高品质银灰色Akoya珍珠备受青睐,大量改色处理的银灰色珍珠涌入市场,造成混乱,其中辐照处理改色的珍珠很难鉴别,成为检测难题。对一批白色和浅黄色Akoya珍珠进行了不同剂量的γ射线辐照改色实验,并对辐照前后的样品和天然呈银灰色的Akoya珍珠进行放大观察及光致发光光谱、紫外可见光光谱和三维荧光光谱等无损谱学测试。实验结果表明：浅黄色Akoya辐照的改色效果明显好于白色者,随辐照剂量的加大,改变的颜色加深。通过对比辐照改色前后的样品与天然呈银灰色Akoya珍珠样品的镜下特征,发现：辐照改色者具有浅色珠层和带有深褐色条纹的褐色珠核,天然呈色者则在浅色珠层和白色珠核间有一褐色有机质夹层,有机质不均匀的地方在珍珠表面形成“黑斑”。对比辐照前后样品与天然呈银灰色Akoya珍珠样品的谱学特征发现：辐照改色者较改色前及天然呈色者的光致发光光谱的荧光背景更高,但背景峰与文石主峰强度比值F/A值(1.34～1.98)比天然呈色者(0.52～1.12)略高;辐照改色者较改色前紫外可见光谱反射率明显降低,在紫外光区的360 nm处出现宽缓吸收,而天然呈色者在430～530 nm范围内有宽缓吸收,且...