بررسی میزان افزایش نسبت قله‌های 5a/5 در نانوذرات TLD-100 در تابش‌های آلفا و گاما

نویسندگان

1 گروه مهندسی هسته‌ای، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

در این پژوهش نانوپودر لیتیم‌فلوراید با ناخالصی منیزیم و تیتانیم به‌روش هم‌رسوبی ساخته شد. سپس پودر ساخته شده به‌صورت قرص‌هایی با ابعاد mm3 9/0×2/3×2/3 پرس گردید و در دمای 750 درجه سانتی‌گراد به‌مدت 10 دقیقه تف‌جوشی شد. قله 5 در LiF:Mg,Ti به‌عنوان قله اصلی محسوب می‌شود و از 2 قله فرعی 5a و 5b که به‌ترتیب در دماهای کمتر و بیشتر از قله 5 بروز می‌کنند، تشکیل شده است. پیک 5a در LiF:Mg,Ti در اثر بازترکیب موضعی TC/LC حادث می‌گردد. در این حالت الکترون در اثر کسب انرژی کافی ناشی از حرارت، از دام الکترونی آزاد شده و با یک حفره که در مرکز لومینسانس مجاور در فاصله 5/3 نانومتر قرار گرفته، از طریق پدیده تونل‌زنی و بدون مهاجرت به نوار رسانش بازترکیب شده و سبب بروز این قله می‌گردد. در قرص‌های TLD استاندارد که از ذراتی با ابعاد میکرونی تشکیل شده‌اند، در روش خوانش استاندارد قله 5a یا بروز نمی‌کند و یا این‌که با شدت بسیارکمی ظاهر می‌گردد که به‌لحاظ دزیمتری فاقد اهمیت است. لذا در این تحقیق با استناد به مدل‌های توصیف‌کننده حفظ رفتار خطی نانوپودرهای ترمولومینسانس تا دزهای بالا و ارتباط آن با بازترکیب موضعی الکترون– حفره، اقدام به ساخت نانوذرات ترمولومینسانس به‌روش هم‌رسوبی در چندین مرحله و با ایجاد تغییراتی در غلظت مواد تشکیل‌دهنده، دمای محیط واکنش و حضور یا عدم‌ حضور سورفکتانت و ... جهت دست‌یابی به ذراتی در ابعاد نانویی و شکل هندسی مناسب نمودیم. نانوپودرهای حاصل تحت تابش دزهای متفاوت آلفا و گاما قرار گرفته و پس از آنالیز منحنی‌های ترمولومینسانس میزان افزایش شدت قله 5a نسبت به قله 5 که عامل اصلی در نانودزیمتری است، گزارش گردید. نانوپودرهای ترمولومینسانس LiF:Mg,Ti قادر به افزایش نسبت 5a/5 بودند، لذا می‌توان از آن‌ها به‌عنوان ابزاری بسیارمناسب، ارزان‌قیمت و کاربردی در جهت تخمین میزان انرژی واگذار شده توسط پرتوها در ابعاد نانویی بهره برد.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A study on 5a/5 ratio increasing after Alpha and Gamma radiation of TLD-100 nanoparticles

نویسندگان [English]

  • mahmoud heydari 1
  • kheirollah mohammadi 2
  • dariush sardari 1
1
2
چکیده [English]

In this study, Lithium Fluoride nanopowder with Mangnesium and Titanium impurities has been synthesized by Co-precipitation method. The synthesized powder was then pressed into 3.2*3.2*0.9 mm3 pills and sintered at 750⁰c for 10 minutes. The peak 5 in LiF: Mg, Ti is regarded as the main peak and includes sub-peaks 5a and 5b, which occur at the temperatures lower and higher than that of peak 5, respectively. Peak 5a in LiF;Mg,Ti occurs due to the localized recombination of trapping/luminescence center (TC/LC) , in which the electron is released from the electron trap by obtaining energy from heat and recombines through the tunneling phenomenon with a hole located in the adjacent luminescence center. Concerning the standard TLD chips, which are composed of micron-sized particles, the peak 5a either does not occur or appears with very low intensity, which is insignificant in terms of dosimetry. Thus, the present study focuses on synthesizing thermoluminescence nanoparticles by co-precipitation method in several stages by citing models based on the maintenance of linear behavior of thermoluminescence nanopowder up to high doses and its relationship with localized electron-hole recombination. In addition, by making changes in the concentration of ingredients, the temperature of the reaction medium and the presence or absence of surfactant were evaluated to achieve particles in nano dimensions with suitable geometric shapes. The resulting nanopowder was irradiated with different doses of alpha and gamma and consequently, the increasing rate of the intensity of peak 5a compared to peak 5, as the main factor in nanodosimetry was observed after analyzing the glow curves. Based on the results, the LiF: Mg, Ti thermoluminescence nanopowder could increase the 5a/5 ratio and can be used as a convenient, inexpensive, and practical tool to estimate the amount of energy deposited by the beams in nanoscale.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermoluminescence nanoparticles
  • Synthesis of nanopowders by co-precipitation method
  • Standard read-out method
  • Nanodosimetry

مراجع

[1] J. Azorín, C. Furetta, and A. Scacco. Preparation and properties of thermoluminescent materials, Phys. status solidi, 138(1) (1993) 9–46. [2] Y. Horowitz, E. Fuks, H. Datz, L. Oster, J. Livingstone, and A. Rosenfeld. Mysteries of LiF TLD response following high ionization density irradiation: Glow curve shapes, dose response, the unified interaction model and modified track structure theory, Radiat. Meas, 46(12) (2011) 1342–1348. [3] E. Fuks et al. Thermoluminescence solid-state nanodosimetry—the peak 5A/5 dosemeter, Radiat. Prot. Dosimetry, 143(2–4) (2011) 416–426. [4] A. J. J. Bos, R. N. M. Vijverberg, T. M. Piters, and S. W. S. McKeeve. Effects of cooling and heating rate on trapping parameters in LiF:Mg, Ti crystals, J. Phys. D. Appl. Phys, 25(8) (1992) 1249–1257. [5] A. Pandey, R. G. Sonkawade, and P. D. Sahare. Thermoluminescence and photoluminescence characteristics of nanocrystalline K2Ca2(SO4)3: Eu, J. Phys. D. Appl. Phys, 35(21) (2002) 2744–2747. [6] A. Pandey et al. Thermoluminescence properties of nanocrystalline K2Ca2(SO4)3: Eu irradiated with gamma rays and proton beam, Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. With Mater. Atoms, 269(3) (2011) 216–222. [7] K. Raheja, A. Pandey, S. Bahl, P. Kumar, S. P. Lochab, and B. Singh. Optimization and thermoluminescence study of the nanophosphor BaSO4: Eu, AIP Conf. Proc, 1832(1) (2017) 50044. [8] N. Salah, P. D. Sahare, S. P. Lochab, and P. Kumar. TL and PL studies on CaSO4: Dy nanoparticles, Radiat. Meas, 41(1) (2006) 40–47. [9] N. Salah, P. D. Sahare, and A. A. Rupasov. Thermoluminescence of nanocrystalline LiF:Mg, Cu, P, J. Lumin, 124(2) (2007) 357–364. [10] S. P. Lochab, P. D. Sahare, R. S. Chauhan, N. Salah, R. Ranjan, and A. Pandey. Thermoluminescence and photoluminescence study of nanocrystalline Ba0.97Ca0.03SO4: Eu, J. Phys. D. Appl. Phys, 40(5) (2007) 1343–1350. [11] S. P. Lochab et al. Nanocrystalline Ba0.97Ca0.03SO4: Eu for ion beams dosimetry, J. Appl. Phys, 104(3) (2008) 33520. [12] V. Pagonis and R. Chen. Monte Carlo simulations of TL and OSL in nanodosimetric materials and feldspars, Radiat. Meas, 81 (2015) 262–269. [13] A. Mandowski. Topology-dependent thermoluminescence kinetics, Radiat. Prot. Dosimetry, 119(1–4) (2006) 23–28. [14] V. Pagonis, E. Gochnour, M. Hennessey, and C. Knower. Monte Carlo simulations of luminescence processes under quasi-equilibrium (QE) conditions, Radiat. Meas, 67 (2014) 67–76. [15] L. Sadri, K. Mohammadi, S. Setayeshi, and M. H. Khorasani. Synthesis, simulation of semi-localized transitions (SLT) model of LiF:Mg,Ti phosphors and investigation of displacement peak in glow curves, Radiat. Meas, 125 (2019) 89–95. [16] J. L. Lawless, R. Chen, D. Lo, and V. Pagonis. A model for non-monotonic dose dependence of thermoluminescence (TL), J. Phys, Condens. Matter, 17(4) (2005) 737–753.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار