I chimici dell'Università RUDN hanno studiato il meccanismo di instabilità delle radiazioni dei termoluminofori a base di tetraborato di litio, utilizzati per la fabbricazione di dosimetri di radiazioni. Hanno scoperto che le proprietà dei materiali si deteriorano a causa della rottura dei legami chimici nella struttura boro-ossigeno e della formazione di grappoli di manganese, che è stato aggiunto al tetraborato di litio in modo che potesse esibire le sue proprietà. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Misurazioni delle radiazioni .

Il tetraborato di litio comprendeva il primo materiale dosimetro di radiazioni termoluminescenti, altamente sensibile ai raggi X, radiazioni gamma e beta. Quando la radiazione ionizzante entra in un dosimetro termoluminescente, esso "immagazzina" l'energia assorbita a causa del salto di elettroni a livelli energetici superiori. Quando riscaldato al di sopra di una certa temperatura, gli elettroni emettono energia precedentemente assorbita, e il dosimetro inizia a brillare. L'intensità della luce è proporzionale alla quantità di radiazione assorbita.

Per rendere il tetraborato di litio capace di questo, impurità di manganese, vi vengono introdotti argento o altri metalli, che fungono da trappole per quegli elettroni che sono stati eccitati dalle radiazioni ionizzanti. Ma a causa di queste impurità, la resistenza alle radiazioni della sostanza diminuisce. Non si sapeva perché fino ad ora.

Il chimico della RUDN University Alexander Zubov e i suoi colleghi hanno confrontato campioni di ceramica a base di tetraborato di litio con impurità di manganese, rame, zinco, stagno e berillio. Si è scoperto che la stabilità alle radiazioni della sostanza si sta deteriorando a causa della rottura dei legami chimici nella struttura boro-ossigeno. E mentre il reticolo boro-ossigeno in una sostanza pura è in grado di ripristinarsi durante il riscaldamento, l'introduzione di manganese interferisce con questo processo.

Il manganese è distribuito più uniformemente nella struttura del tetraborato di litio, l'impatto meno negativo che ha sulla stabilità alle radiazioni del materiale. Il rame e lo stagno impediscono l'accumulo di manganese, formando complessi legati con esso, impedendogli così di "migrare" e di "attaccarsi" al reticolo cristallino durante la ricarica del dosimetro. Inoltre, ceramiche con aggiunta di stagno, a differenza del rame, hanno anche proprietà termoluminescenti che ne consentono un uso efficace in dosimetria.

La comprensione dei processi fisico-chimici che si verificano durante l'irradiazione di un materiale è necessaria per creare nuovi materiali resistenti alle radiazioni. I chimici dell'Università RUDN sono stati in grado non solo di spiegare il meccanismo di distruzione delle radiazioni del tetraborato di litio, ma anche applicare le nuove conoscenze per creare un materiale con una migliore composizione, che può essere successivamente utilizzato in dosimetri tascabili avanzati di radiazioni. Inoltre, gli autori sostengono che il loro approccio sperimentale, che comporta il rilevamento di manganese a grappolo nella struttura del tetraborato di litio, può essere utilizzato come un nuovo modo efficace per certificare la resistenza alle radiazioni dei dosimetri termoluminescenti.