Радіація: реєструємо швидко, точно й надійно

Принципово новий сцинтилятор на основі мікромонокристалів фіксує іонізуюче випромінювання вибірково.

Розвиток ядерних технологій спонукає вчених усього світу приділяти все більшу увагу радіоекологічному моніторингу довкілля. Свій внесок у цю сферу зробили й молоді харківські вчені з науково-технологічного концерну «Інститут монокристалів» НАН України.

Під словом «радіація» звичайно мають на увазі різні види іонізуючих випромінювань, у тому числі, альфа-, бета-, гамма-, протонне й  нейтронне. Однак ступінь їхнього впливу на організм людини не однаковий. Найбільшу небезпеку становлять швидкі нейтрони й альфа-частинки. Іонізуюча здатність цих випромінювань така велика, що вони можуть зруйнувати біологічні молекули в живих організмах і призвести до розвитку різних патологічних процесів та захворювань. Тому у випадках, коли присутні різні види випромінювань, потрібні детектори, які дають можливість вибірково реєструвати найнебезпечніші з них.

Традиційно для реєстрації іонізуючого випромінювання використовують органічні сцинтилятори різного типу: монокристалічні, пластмасові й рідкі. Нагадаємо, що так називаються матеріали, у яких під дією радіації виникають світлові спалахи — сцинтиляції. Однак усі вони мають як переваги, так і недоліки. Одні сцинтилятори практичні в реальних польових умовах, але не мають потрібної вибірковості. Інші надійно розділяють сигнали від різних видів випромінювання, однак не завжди зручні для проведення вимірів у реальних умовах або ж небезпечні через високу токсичність і легку займистість. Треті накладають небажані обмеження на розмір і форму детектора.

«Нові органічні структуровані матеріали для реєстрації найнебезпечніших для люди­ни випромінювань» — так називається цикл робіт, виконаних молодими вченими Інституту сцинтиляційних матеріалів НТК «Інститут монокристалів» НАН України Наталею Касян, Євгенією Мартиненко, Сергієм Міненком і Наталею Караваєвою, які здобули Премію Верхов­ної Ради України за 2010 рік. Вони взяли особисту участь у розробці нового класу композиційних органічних сцинтиляторів, у яких поєднані переваги різних детекторів — монокристалічних, пластмасових і рідких.

Активною основою нових сцинтиляторів є мікромонокристалики розміром близько одного міліметра, які світяться під впливом радіації. Одержати їх нелегко: спочатку із сировини в спеціальній камері треба виростити органічні монокристали, потім механічно подрібнити їх за допомогою рідкого азоту. Отриманий зернистий порошок треба просіяти через калібровані сита для поділу за розміром і відібрати мікромонокристалики потрібного розміру. І тільки потім розмістити  їх у контейнері з аморфною кремніє­­­­органічною матрицею, яка являє собою прозорий гель. Детектор-гібрид готовий.

Дотепне технологічне рішення дозволило забезпечити потрібну вибірковість реєстрації випромінювань без обмеження за розміром. Немаловажно, що таким чином значно зменшиться собівартість сцинтиляторів у порівнянні з традиційними. Нововведення може знайти застосування для вирішення широкого кола завдань сучасної радіаційної медицини, радіобіології та радіоекології, говорять учені.

— Наталю, уважається, що наука зараз не найбільш вдала сфера докладання молодих сил та інтелекту. Чому ви вибрали цей шлях і почали працювати в Інституті сцинтиляційних матеріалів?

— У цей інститут ми потрапили головним чином випадково, — зізнається Наталя­ Касян. — А зараз уважаємо,­ що нам пощастило з місцем роботи: НТК «Інститут монокристалів» здобули собі ім’я і в Україні, і за її межами. Крім того, тут політика керівництва дійсно спрямована на залучення та підтримку молодих учених. Велику увагу приділяли нам наші керівники — професори Микола­ Захарович Галунов і Лонгін Миколайович Лисецький. Тут є всі умови для зростання та реалізації наукового потенціалу. Досить сказати, що починаючи з 2001 року молоді вчені інституту щорічно одержують премії Президента України або Верховної Ради. Так, недавно були визнані гідними нагород роботи, присвячені імплантатам із сапфіру, дослідженням у галузі молекулярної біології та нанотехнології.

— Наукою про кристали займаються зараз учені різних спеціальностей. Хто за освітою ви?

— Серед нас є і хіміки — Сергій Міненко й Наталя ­Караваєва, і фізик — Євгенія Мартиненко, а я закінчила радіофізичний факультет Харківського національного університету ім. В. Каразіна.

— Яка з наукових тем у галузі кристалів здається вам найцікавішою?

— Зараз найперспективнішою вважається нанотематика. Основою нашого сцинтилятора є мікрокристали, які являють собою проміжну­­ ланку між макро- і наноматеріалами. У той же час великий інтерес для нас становлять властивості та одержання аналогічного матеріалу з розмірами частинок у мільйон разів меншими, тобто близько декількох нанометрів.