Des chimistes de l'Université RUDN ont étudié le mécanisme d'instabilité radiative des thermoluminophores à base de tétraborate de lithium, qui sont utilisés pour la fabrication de dosimètres à rayonnement. Ils ont constaté que les propriétés des matériaux se détériorent en raison de la rupture des liaisons chimiques dans la structure bore-oxygène et de la formation d'amas de manganèse, qui a été ajouté au tétraborate de lithium afin qu'il puisse présenter ses propriétés. Le travail a été publié dans la revue Mesures de rayonnement .

Le tétraborate de lithium a constitué le premier matériau dosimètre à rayonnement thermoluminescent, très sensible aux rayons X, rayonnement gamma et bêta. Lorsqu'un rayonnement ionisant pénètre dans un dosimètre thermoluminescent, il "stocke" l'énergie absorbée due au saut des électrons vers des niveaux d'énergie plus élevés. Lorsqu'il est chauffé au-dessus d'une certaine température, les électrons émettent de l'énergie préalablement absorbée, et le dosimètre commence à briller. L'intensité lumineuse est proportionnelle à la quantité de rayonnement absorbé.

Afin de rendre le tétraborate de lithium capable de cela, impuretés de manganèse, de l'argent ou d'autres métaux y sont introduits, qui agissent comme des pièges pour les électrons excités par les rayonnements ionisants. Mais à cause de ces impuretés, la résistance aux radiations de la substance diminue. On ne savait pas pourquoi jusqu'à présent.

Le chimiste de l'Université RUDN Alexander Zubov et ses collègues ont comparé des échantillons de céramique à base de tétraborate de lithium avec des impuretés de manganèse, le cuivre, zinc, l'étain et le béryllium. Il s'est avéré que la stabilité aux rayonnements de la substance se détériore en raison de la rupture des liaisons chimiques dans la structure bore-oxygène. Et tandis que le réseau bore-oxygène dans une substance pure est capable de se restaurer pendant le chauffage, l'introduction de manganèse perturbe ce processus.

Le manganèse plus uniformément est réparti dans la structure du tétraborate de lithium, moins il a d'impact négatif sur la stabilité aux rayonnements du matériau. Le cuivre et l'étain empêchent le regroupement du manganèse, formant des complexes liés avec lui, l'empêchant ainsi de "migrer" et de "coller" au réseau cristallin lors de la recharge du dosimètre. De plus, céramique avec ajout d'étain, contrairement au cuivre, possèdent également des propriétés thermoluminescentes qui permettent une utilisation efficace en dosimétrie.

La compréhension des processus physico-chimiques qui se produisent lors de l'irradiation d'un matériau est nécessaire pour créer de nouveaux matériaux résistants aux rayonnements. Les chimistes de l'Université RUDN ont pu non seulement expliquer le mécanisme de destruction par rayonnement du tétraborate de lithium, mais aussi d'appliquer les nouvelles connaissances pour créer un matériau avec une meilleure composition, qui peut ensuite être utilisé dans des dosimètres à rayonnement de poche avancés. En outre, les auteurs soutiennent que leur approche expérimentale, qui implique la détection de manganèse en cluster dans la structure du tétraborate de lithium, peut être utilisé comme un nouveau moyen efficace de certifier la résistance aux rayonnements des dosimètres thermoluminescents.