随着核能在我国能源格局中比重的持续增长和核科学与技术的快速发展，核辐射防护、医学诊断治疗、辐照灭菌等领域对于快速、精准的辐射剂量检测技术的需求与日俱增。传统的热释光辐射剂量计、丙氨酸剂量计依赖昂贵的专业实验设备对辐射累积剂量进行终端读取，无法实现辐射剂量的快速、实时检测。电离室、闪烁体、半导体探测器更适用于瞬时剂量的检测，并且不适合在高剂量辐射场中使用。因此，为了克服上述难题，研发新一代辐射剂量检测方法至关重要。

西安交通大学林健教授联合中科院上海应用物理研究所研究团队、黑龙江大学潘清江教授、北京高压科学研究中心王永刚研究员在《J. Am. Chem. Soc.》期刊上发表了题为“A New Concept of Radiation Detection Based on a Fluorochromic and Piezochromic Nanocluster”的文章（DOI: 10.1021/jacs.1c11496）。该研究基于红绿蓝（RGB）三原色检测理念，实现了核辐射剂量实时、快速、可视化、低成本的定量检测，为研发全新一代辐射剂量计奠定了基础。

图1 (a) Th-101沿a轴的分子结构。(b) Th-101沿c轴的分子结构。(c) Th-101中相邻的TPC配体之间π π作用。

该研究通过锕系金属钍离子和2,2':6',2"-三联吡啶-4'-甲酸（HTPC）组装合成了具有六核钍簇的金属有机纳米团簇材料[Th₆(μ₃-OH)₄(μ₃-O)₄(H₂O)₆](TPC)₈(CH₃COO)₄（Th-101）（图1）。作者表示， Th-101是迄今为止报道过的第二例具有光致荧光变色和首例具有压致变色的锕系材料。在UV、X射线、β射线的辐照下，Th-101在紫外灯（356 nm）激发下的荧光颜色随着辐射剂量的增加，从蓝色逐渐地转变为青色和绿色（图2）。此外，Th-101在大约20 GPa压力的作用下，本征颜色从无色转变为了暗棕色。

图2 Th-101晶体在紫外光照射下的 (a) 颜色、(c) 荧光光谱、(e) CIE色度坐标变化趋势。Th-101剂量片在X射线辐照下的 (b) 颜色、(c) 荧光光谱、(f) CIE色度坐标变化趋势。

基于Th-101光致荧光变色的罕见特性，碾磨其晶体、并压片加工成辐射剂量片。结合自主研发的RGB剂量读取装置，可直接获取荧光颜色中的绿色通道G值，实现从荧光颜色的数字化转换。研究发现，Th-101荧光的G值和辐射剂量在20 Gy到8.4 kGy的区间呈现了5段优异的线性关系，可用于辐射剂量的精准定量。Th-101具有超高的抗辐射性能，可以承受6MGy剂量，而不造成结构损伤。这种特性使Th-101适用于高剂量辐射相关的应用，如食品辐照、灭菌和材料改性。

（摘自高分子科学前沿）