CN109652068B - 一种铽和金属双掺杂硅酸镁剂量片及其制备方法 - Google Patents

一种铽和金属双掺杂硅酸镁剂量片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种以硅酸镁作为主体，铽和金属双掺杂硅酸镁剂量片及其制备方法。硅酸镁是斜方晶系，具有很好的物理和化学稳定性，稀土掺杂硅酸镁材料具有非常好的热释光灵敏度。本发明通过高温固相法制备出双掺的Mg2SiO4(Tb；金属)固体热释光剂量片，该剂量片对X射线极为敏感，是目前市场上使用的商用LiF：Mg、Cu、P热释光剂量片的敏感度的7‑9倍，在固体热释光剂量监测领域具有很好的应用价值。

Description

一种铽和金属双掺杂硅酸镁剂量片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铽和金属双掺杂硅酸镁剂量片及其制备方法。
背景技术
热释光是绝缘体或半导体材料预先吸收辐射后加热发光的现象，热释光技术在很多学科领域都有应用。在辐照剂量学领域，人们可以利用固体剂量片在一定范围内接收的辐照剂量和发光强度之间的线性关系来监测环境、人体接收到的辐照剂量。目前，监测特殊工种人群接收的辐照剂量是我国各级疾病预防控制中心开展的常规工作之一。在热释光剂量计研发领域，寻找高灵敏度的剂量片也是众多科研工作人员的研究热点之一。目前市场上常用的热释光剂量片为LiF：Mg、Cu、P热释光剂量片，但实践研究表明，该热释光剂量片仍然存在对于低辐射背景测量中敏感度较低等缺点。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种以硅酸镁作为主体，铽和金属双掺杂硅酸镁剂量片及其制备方法。硅酸镁是斜方晶系，具有很好的物理和化学稳定性，稀土掺杂硅酸镁材料具有非常好的热释光灵敏度。本发明通过高温固相法制备出双掺的Mg2SiO4(Tb；金属)固体热释光剂量片，该剂量片对X射线极为敏感，是目前市场上使用的商用LiF：Mg、Cu、P热释光剂量片的灵敏度的7-9倍，在固体热释光剂量监测领域具有很好的应用价值。
本发明的一个方面提出一种铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片，以硅酸镁为主体，掺杂铽和金属，其中，铽占硅酸镁的摩尔百分比为0.5-7mol％，金属占硅酸镁的摩尔百分比为1-20mol％。
优选的，铽占硅酸镁的摩尔百分比为1-5mol％，金属占硅酸镁的摩尔百分比为9-13mol％。
更优选的，铽占硅酸镁的摩尔百分比为3mol％，金属占硅酸镁的摩尔百分比为11mol％。
进一步优选的，所述的金属优选为钠，钙或铝，更优选为钠。
本发明的另一个方面提供了一种前述铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片的制备方法，制备步骤如下：按化学剂量比称取氧化镁和二氧化硅、以及铽离子和金属离子的前驱物，将各原料充分混合研磨后，用压片机将研磨后的粉体压成薄片，置于马弗炉中以一定的升温速率高温烧结，烧结温度在1500-1650℃，保温时间在1-4个小时，待烧结完成后降至室温，即得出铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片。
氧化镁与二氧化硅按化学剂量比计算称取，化学反应方程式为
Figure BDA0001944372210000021
优选的，所述氧化镁和二氧化硅的摩尔用量比为2∶1。
进一步优选的，所述升温速率为3℃/min，研磨时间为12h。
进一步优选的，所述铽离子的前驱物为氧化铽，金属离子的前驱物为金属离子的氢氧化物。
本发明所制备出Mg2SiO4(Tb；金属)固体热释光剂量片对X射线极为敏感，热释光灵敏度是目前广泛使用的商用LiF：Mg，Cu，P剂量片的7-9倍，可以作为一种高灵敏度的热释光剂量计材料。
本发明的优点为：通过稀土Tb和金属共掺杂后，固体热释光剂量片对X射线的响应灵敏度显著提高，大大提高了其在固体热释光剂量学的应用价值。
附图说明
图1是不同铽掺杂浓度Mg2SiO4材料热释光性能对比；
图2是不同钠掺杂浓度Mg2SiO4：Tb材料热释光性能对比；
图3是本发明实施例1制备的Mg2SiO4(Tb；Na)剂量片与商用LiF：Mg，Cu，P固体热释光剂量计热释光发光性能对比；
图4是本发明的热释光剂量片制备工艺流程图；
图5为本发明实施例1制备的Mg2SiO4(Tb；Na)样品的XRD图；
图6为本发明的Mg2SiO4(Tb；Na)剂量片的实物图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图1至图6对本发明作进一步描述。
实施例1
使用JA2003N型电子分析天平称取氧化镁4.03克(0.1mol)，二氧化硅3.003克(0.05mol)，氧化铽(Tb4O7)0.28克(0.00037mol)，氢氧化钠0.22克(0.055mol)克。然后按照图4所示的制备工艺流程，将样品配制好后用球磨机研磨12h，然后用压片机压成直径为10mm，厚度1mm左右的圆片，压片机的压力设置为6MPa，保持3min后取出。然后采用埋烧法对样品进行高温煅烧，样品在KSL-1800X型的马弗炉中以3℃/min升温速率烧结，烧结温度在1600℃左右，保温时间在1-4个小时，待烧结完成后降至室温取出，即可制备出Mg2SiO4(Tb；Na)固体热释光剂量片，如图6所示。所得产品中，铽占硅酸镁的摩尔百分比为3mol％，钠占硅酸镁的摩尔百分比为11mol％。该样品片的XRD测试结果如图5所示。
以实施例1所制备的Mg2SiO4(Tb；Na)与商用LiF：Mg，Cu，P(购自北京光润意通公司，型号为GR200)在相同的测试条件和相同辐照条件的情况下进行性能对比，测试条件为X射线辐照100uGy，光电倍增管电压为600V，测试温度从100℃到300℃，升温速率3℃/s，结果如图3所示。
实验结果表明，本发明的双金属掺杂的硅酸镁热释光剂量片对X射线辐照的灵敏度响应取得了显著的提升，本发明的热释光剂量片是商用LiF：Mg，Cu，P热释光剂量片灵敏度的7倍。
实施例2(不加钠)
采用与实施例1相同的方法，原料中不加入氢氧化钠，其他制备条件不变，分别制备铽占硅酸镁的摩尔百分比为0mol％、0.5mol％、1mol％、3mol％、5mol％、7mol％的实例，采用实施例1的测试方法进行测试，实验结果如表1所示：
表1不同铽用量所得热释光剂量片的测试结果
铽占硅酸镁的摩尔百分比 强度(选取200℃的峰温值)：arb.units
0mol％ 329
0.5mol％ 8250
1mol％ 8538
3mol％ 8319
5mol％ 5417
7mol％ 5857
实验结果表明，随着铽用量的增加，本发明的双金属掺杂的硅酸镁热释光剂量片对X射线辐照的灵敏度响应能力逐渐增强，当不添加铽时，响应能力很低，当加入0.5mol％的时候，热释光灵敏度迅速增强，继续增加铽的用量，其热释光灵敏度先增强后下降，当超过7mol％时，已不具有明显增强效果，基于热释光关于剂量方面的应用，考虑高温峰不要太高，综合比较后得出最佳的铽掺杂比为3％mol。
实施例3
采用与实施例1相同的方法，其他制备条件不变，分别制备钠占硅酸镁的摩尔百分比为0mol％、1mol％、3mol％、5mol％、7mol％、9mol％、11mol％、13mol％、15mol％、20mol％的实例，采用与实施例1相同的测试方法进行测试，实验结果如表2所示：
表2不同钠用量所得热释光剂量片的测试结果
钠占硅酸镁的摩尔百分比 铽占硅酸镁的摩尔百分比 强度：arb.units
0mol％ 3mol％ 3443
1mol％ 3mol％ 5349
3mol％ 3mol％ 6739
5mol％ 3mol％ 7722
7mol％ 3mol％ 8351
9mol％ 3mol％ 8929
11mol％ 3mol％ 9338
13mol％ 3mol％ 8832
15mol％ 3mol％ 6964
20mol％ 3mol％ 3706
实验结果表明，随着钠用量的增加，本发明的双金属掺杂的硅酸镁热释光剂量片对X射线辐照的灵敏度响应能力逐渐增强，当用量达到11mol％的时候，其热释光灵敏度最高，继续增加铽的用量，其效果增加并不明显，当超过20mol％时，已不具有明显增强效果。
实施例4
采用与实施例1相同的方法，不同之处在于将氢氧化钠替换为氢氧化钙0.19克(0.00256mol)、氢氧化铝0.12克(0.0015mol)，采用实施例1的测试方法进行测试，实验结果如表3所示。
表3不同金属与氧化铽配合所得热释光剂量片的测试结果
氧化铽 强度：arb.units
钠11mol％ 3mol％ 9338
钙9mol％ 3mol％ 10055
铝3mol％ 3mol％ 8634
实验结果表明，采用钠、钙和铝与铽组成双金属掺杂硅酸镁热释光剂量片的效果中，共掺杂钠更符合热释光剂量计的特性，峰型较好，且灵敏度较高，因此，更适合用作剂量片材料。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片，其特征在于，以硅酸镁为主体，掺杂铽和金属，其中，铽占硅酸镁的摩尔百分比为0.5-7mol％，金属占硅酸镁的摩尔百分比为1-20mol％，所述金属为钠、钙或铝。
2.根据权利要求1所述的铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片，其特征在于，铽占硅酸镁的摩尔百分比为1-5mol％，金属占硅酸镁的摩尔百分比为9-13mol％。
3.根据权利要求2所述的铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片，其特征在于，铽占硅酸镁的摩尔百分比为3mol％，金属占硅酸镁的摩尔百分比为11mol％。
4.根据权利要求1所述的铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片，其特征在于，所述的金属为钠。
5.权利要求1-4任一项所述的铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按化学剂量比称取氧化镁和二氧化硅、以及铽离子和金属离子的前驱物，将各原料充分混合研磨后，用压片机将研磨后的粉体压成薄片，置于马弗炉中以一定的升温速率高温烧结，烧结温度在1500-1650℃，保温时间在1-4个小时，待烧结完成后降至室温，即得铽和金属双掺杂硅酸镁热释光剂量片。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化镁和二氧化硅的摩尔用量比为2∶1。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述升温速率为3℃/min，研磨时间为12h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铽离子的前驱物为氧化铽，金属离子的前驱物为金属离子的氢氧化物。
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