دانلود رایگان مقاله آماده سازی و مشخصات ماده ترمولومینسانس

چکیده

      پودر ترمولومینسانس فلورید لیتیم (LiF) تغلیظ شده با Mg، Cu، Na و Si به عنوان فعال کننده تهیه شده شد. تحلیل پراش اشعه ایکس نشان داد که دوپینگ (تغلیظ) LiF با فعال کننده های مختلف باعث می شود که شبکه کریستالی تا حدودی گسترش یابد. ویژگی های دوزسنجی پودر مورد مطالعه قرار گرفت. پیک دوزسنجی اصلی LiF: Mg، Cu، Na، Si در محدوده 227-247 درجه سانتی گراد ظاهر شد و نسبت ارتفاع پیک اصلی به پیک های کوچک دیگر در LiF: Mg، Cu، Na، Si بسیار بیشتر از LiF: Mg، Ti و LiF: Mg، Cu، P است. شرایط آماده سازی از قبیل دما و مدت زمان بازپخت، اتمسفر بازپخت، دوپینگ با فعال کننده های مختلف و غیره مورد بررسی قرار گرفت.

1. مقدمه

      به دلیل وابستگی انرژی کم، حساسیت بالا، ثبات و معادل سازی بافت، مواد ترمولومینسانس مبتنی بر LiF (TL) به طور گسترده ای به عنوان یک ماده دوزسنجی شخصی مورد استفاده قرار می گیرند. ماده دوزسنجی ترمولومینسانس (DLD) بر پایه LiF که به گسترده ترین شکل مورد مطالعه قرار گرفته است، LiF: Mg، Ti است که به طور گسترده ای در دوزسنجی شخصی استفاده می شود و در بازار تحت نام تجاری TLD-100 و گونه های آن (TLD-600 و TLD-700) [1] دردسترس است

     اگر چه اثبات شده است که LiF: Mg، Ti ماده ای مفید برای TLD می باشد، بسیاری از تحقیقات برای توسعه مواد پیشرفته تر TL انجام شده است. Nakajima و همکاران [2] برای اولین بار ویژگی های LiF  تغلیظ شده با ناخالصی های Mg، Cu و P را توصیف نمودند. این ماده TL, ترکیبی از دو ویژگی جذاب، یعنی حساسیت بالا و یک معادل بافت خوب است. این ماده LiF: Mg، Cu، P توسط چین (GR-200)، ژاپن (NTL-500)، لهستانی (MCP-N) و ایالات متحده آمریکا (TLD-600H و TLD-700H) بهبود یافته و تجاری شده اند [3].

      در دهه 1980، Kim و همکاران یک نوع پودر LiF تغلیظ شده با چهار تغلیظ کننده: Mg، Cu، Na و Si [4] را توسعه دادند. در مقایسه با LiF: Mg، Cu، P, این پودرهای TL دارای حساسیت 2 برابر بیشتر هستند. مشخص شده است که ماده مايع LiF: Mg، Cu، Na، Si با پاسخ TL خطي در محدوده دامنه گسترده، سيگنال باقي مانده ضعیف و ثبات خوب براي پرداخت حرارتي، ماده ای اميدوار کننده براي دوزسنجی ترمولومينسانس است.

      در این مقاله, پودرهای LiF فعال شده با Mg، Cu، Na و Si را تهیه نمودیم و وابستگی منحنی تابش و شدت TL را بر رفتار حرارتی و غلظت تغلیظ کننده ها را بررسی کردیم. پودرهای LiF: Mg، Ti و LiF: Mg، Cu، P برای مقایسه آماده شدند.

2. (آزمایش) تجربی

      چهار نوع پودر LiF ساخته شده است. LiF تغلیظ نشده با استفاده از واکنش زیر تهیه شد:

LiCl + HF −→ LiF + HCl (1)

LiF رسوب شده فیلتر شد، چند بار شسته شد و خشک شد.

پودرهای LiF: Mg، Ti توسط روش رسوب همزمان سنتز شدند [5]. محلول های آبی LiCl، MgCl2 و Ti + HF با غلظت مورد نیاز گنجانیده شدند. ماده رسوب شده فیلتر شد، شسته شد، خشک شد و تحت پرداخت حرارتی قرار گرفت و در دمای 640 درجه سانتی گراد به مدت 1 ساعت قرار گرفت و سپس در دمای 400 درجه سانتی گراد به مدت 1 ساعت بازپخت شد.

      پودرهای LiF: Mg، Cu، P توسط روش مشابه در [6] تهیه شدند. محلول های آبی MgCl2، CuCl2 و (NH4) 2H2PO4 توسط واکنش (1) با غلظت مورد نیاز به LiF رسوب شد. ماده به دست آمده شسته شد، خشک شد و خنک گردید و در دمای اتاق به مدت 1 ساعت در دماي 700 درجه سانتی گراد و سپس در دماي 240 درجه سانتی گراد در مدت 10 دقیقه تحت بازپخت قرار گرفت.

      فرایند سنتز برای پودرهای LiF: Mg، Cu، Na، Si TL به شرح زیر است: [7]. ماده LiF  میزبان با ترکیبات حاوی فعال کننده های MgCl2، CuCl2 و Na2SiO3 در آب مقطر مخلوط شد. مخلوط در یک همزن مغناطیسی مخلوط شد و سپس در دماي 150 درجه سانتی گراد به مدت 15 ساعت خشک شد. ماده خشك شده در محدوده دمايي 750-850 درجه سانتيگراد براي مدت زمان 10 تا 40 دقيقه حرارت داده شد و سپس به سرعت به دمای اتاق خنك شد. محصول نهایی به صورت پودر سوراخ شده و برای انتخاب دانه هایی با اندازه های 60 تا 150 میکرومتر انتخاب شد. با توجه به [4، 7]، غلظت بهینه فعال کننده های در فرم-پودر LiF: Mg.Cu، Na، Si به عنوان Mg: 0.6 mol٪، Cu: 0.6-0.8 mol٪، Na: 1.8- 2.0 mol٪ و Si: 1.8-2.0 mol٪ مشخص شد. در این مقاله، ما پودر LiF فعال شده با Mg 0.2-1.0 mol٪، Cu 0.2-1.0 mol٪، NaSi 1.6-2.4 mol٪ را تهیه نمودیم (NaSi به عنوان یک تغلیظ کننده تک در نظر گرفته شد و غلظت آن به صورت کل Na و Si محاسبه شد زیرا ترکیب Na2SiO3.9H2O اضافه شد).

      الگوهای پراش اشعه ایکس (XRD) با چهار نوع از نمونه های فوق با استفاده از تابش Cu-Kα (λ = 0.154056 nm)  روی یک پراش سنج اشعه ایکس D5005، Bruker آلمان بدست آمد. نمونه ها تحت تابش پرتوهای انرژی بالا قرار گرفتند. منبع اشعه ایکس 20 کیلوولت (1 میلی آمپر) به عنوان یک منبع تابش استفاده شد. مدت زمان تابش, 3 دقیقه بود. منحنی های تابش (درخشندگی) TL نمونه ها با استفاده از یک مدل Harshaw 3500 TLD با نرخ گرمایش خطی 2 تا 5 درجه سانتی گراد بر ثانیه در محدوده دما از 50 تا 360 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد.

3. نتایج و بحث

     شکل 1 الگوی XRD چهار نوع پودر LiF را نشان می دهد. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، تمام الگوهای XRD به خوبی می توانند با LiF ساختاریافته با وجه مرکزی مشخص شوند. در طیف های XRD، پیک های پراش از صفحات شبکه بلوری (111)، (200)، (220) و (311) مشاهده می شوند.

Abstract

     Lithium fluoride (LiF) thermoluminescent powder doped with Mg, Cu, Na, and Si as activators was prepared. X-ray diffraction analysis indicated that doping LiF with different activators makes crystal lattice somewhat expand. The dosimetric properties of the powder were studied. The main dosimetric peak of LiF:Mg,Cu,Na,Si appeared in the range of 227−247oC and the ratio of the height of the main peak to that of the other small peaks in the LiF:Mg,Cu,Na,Si is much greater than that in the LiF:Mg,Ti and LiF:Mg,Cu,P. The preparation conditions such as annealing temperature and duration, annealing atmosphere, doping with different activators etc. were investigated.

1. Introduction

     LiF-based thermoluminescent (TL) materials are widely used as a personal dosimetric material because of their low energy dependence, high sensitivity, stability and tissue equivalency. The thermoluminescent dosimetry (TLD) material based on LiF that has been studied most extensively is LiF:Mg,Ti, which is widely used in personal dosimetry and available in the market under trade names like TLD-100 and its variations (TLD-600 and TLD-700) [1].

      Although LiF:Mg,Ti has proven to be a useful material for TLD, many researches for developing the more advanced TL materials have been accomplished. Nakajima et al. [2] were the first to describe the properties of LiF doped with Mg, Cu and P impurities. This TL material combines two attractive properties, namely, a high sensitivity and a good tissue equivalency. This LiF:Mg,Cu,P material has been improved and commercialized by Chinese (GR-200), Japanese (NTL-500), Polish (MCP-N) and USA (TLD-600H and TLD-700H) [3].

      In the 1980s, Kim et al. developed a powdered type of LiF doped with four dopants: Mg, Cu, Na and Si [4]. This TL powders have about 2 times higher sensitivity in comparison with LiF:Mg,Cu,P. The LiF:Mg,Cu,Na,Si material with linear TL response over a wide dose range, low residual signal, and good stability to heat treatment is found to be a promising material for thermoluminescent dosimetry.

      In the present work, we prepared LiF powders activated with Mg, Cu, Na and Si and studied the dependence of the glow curve and the TL intensity on thermal treatment and the concentration of the dopants. The LiF:Mg,Ti and LiF:Mg,Cu,P powders were prepared for comparison.

2. Experimental

      Four kinds of LiF powders have been prepared. Undoped LiF was prepared by means of the reaction:

LiCl + HF −→ LiF + HCl (1)

The precipitated LiF was filtered, washed repeatedly and dried.

LiF:Mg,Ti powders were synthesized by co-precipitation method [5]. Aqueous solutions of LiCl, MgCl2 and Ti + HF with required concentration were incorporated. The material precipitated was filtered, washed, dried, and was subjected to thermal treatment in an oven at 640oC for 1 hour, and then was annealed at 400oC for 1 hour.

      LiF:Mg,Cu,P powders were prepared by the same method like in [6]. Aqueous solutions of MgCl2, CuCl2, and (NH4)2H2PO4 with required concentration were added to LiF precipitated by reaction (1). The material obtained was washed, dried, and was annealing in an oven at 700 oC for 1 hour, and then at 240 oC for 10 min.

       The synthesis process for LiF:Mg,Cu,Na,Si TL powders is as follows [7]. The host LiF material was mixed with the compounds containing required activators MgCl2, CuCl2 and Na2SiO3 in distilled water. The mixture was mixed on a magnetic stirrer and was then dried at 150 oC for 15 hours. The dried material was annealed at temperature range of 750-850 oC for interval of 10-40 minutes and then it was quickly cooled to room temperature. Final product was pulverized, sieved to select grains having sizes in the range of 60-150 µm. According to [4, 7], the optimum concentration of the activators in powder-form LiF:Mg.Cu,Na,Si material were found to be Mg: 0.6 mol%, Cu: 0.6-0.8 mol%, Na: 1.8-2.0 mol% and Si: 1.8-2.0 mol%. In the present work, we prepared LiF powder activated with Mg 0.2-1.0 mol%, Cu 0.2-1.0 mol%, NaSi 1.6-2.4 mol% (NaSi was considered as a single dopant and its concentration was calculated as total of Na and Si because the compound Na2SiO3.9H2O was added).

      The X-ray diffraction (XRD) patterns of four kinds of the above mentioned specimens were obtained by using Cu-Kα (λ = 0.154056 nm) irradiation on an X-ray diffractometer D5005, Bruker, Germany. The specimens were irradiated by high energy radiation. The X-ray source of 20 kV { 1 mA was used as an irradiation source. Irradiation duration was 3 minutes. The TL glow curves of the samples were measured by using a Harshaw model 3500 TLD reader with a linear heating rate of 2 - 5 oC/s in temperature range from 50 oC to 360 oC.

3. Results and discussion

      Figure 1 shows XRD patterns of four kinds of the LiF powders. As shown in Fig. 1, all the XRD patterns can be well indexed to the face centered cubic structured LiF. In the XRD spectra are observed diffraction peaks from (111), (200), (220), and (311) crystal lattice planes.

1. مقدمه

2. (آزمایش) تجربی

3. نتایج و بحث

4. نتیجه گیری

1. Introduction

2. Experimental

3. Results and discussion

4. Conclusion

References