Thủy tinh phốt phát có hợp phần P2O5, CaO, Na2O và Tb2O3 – ký hiệu là PCN:Tb được chế tạo bằng phương pháp dập tắt nóng chảy. Các khảo sát thực nghiệm cho thấy thủy tinh thu được có hiệu ứng nhiệt phát quang khá mạnh khi sử dụng tác nhân kích thích là tia bêta với đường nhiệt phát quang tích phân có hai đỉnh ở khoảng 160 độC và 249 độ C.
hảo sát hiệu ứng TL triển khai ứng dụng sau thủy tinh chế tạo thuận lợi nhiều so với vật liệu phát quang dạng bột đa tinh thể 2.2 Đường nhiệt phát quang tích phân thủy tinh PCN:Tb gây xạ bêta Phép đo đường nhiệt phát quang tích phân thực nhờ hệ đo HARSHAW-TLD 3500 – Mỹ, xạ bêta lấy từ nguồn Sr90 liều lượng xạ xác định từ suất liều nguồn thời gian chiếu C−êng ®é TL (®vt®) 249 6.0x10 4.0x10 2.0x10 Thực nghiệm 164 Đường làm khít 0.0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 o NhiƯt ®é ( C) Hình Đường nhiệt phát quang thủy tinh PCN:Tb chiếu xạ bêta, liều lượng 1,5Gy, đo với tốc độ gia nhiệt 5oC/s, làm khít với hai đỉnh dạng hàm Gauss Hình trình bày kết đo đường nhiệt phát quang tích phân thủy tinh PCN:Tb tác dụng kích thích tia bêta Ta thấy tia bêta gây hiệu ứng TL thủy tinh 46 XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU BẪY BẮT ĐIỆN TỬ TRONG PCN:Tb với đường nhiệt phát quang đo tốc độ gia nhiệt 5oC/s bao gồm đỉnh phân biệt, phép phân tích thành hai đỉnh dạng hàm Gauss cho vị trí tương ứng chúng khoảng 164oC 249oC Từ kết đưa nhận định rằng: việc pha tạp Tb cho thủy tinh PCN kích thích vật liệu tia bêta gây tồn bẫy bắt điện tử, dẫn đến xuất hai đỉnh đường nhiệt phát quang tích phân 2.3 Độ sâu bẫy bắt điện tử gây hiệu ứng TL thủy tinh PCN:Tb Như biết, để thích hợp cho ứng dụng đo liều xạ vật liệu cần có đáp ứng nhiệt phát quang mạnh khoảng từ 200oC đến 300oC [3], theo tiêu chí ta thấy thủy tinh PCN pha tạp Tb dùng đo liều xạ bêta đỉnh có vị trí 249oC lựa chọn thích hợp để làm đỉnh đo liều xạ Vì vậy, cần khảo sát, tìm kiếm thông tin bẫy bắt điện tử dẫn đến xuất đỉnh TL Trước hết xác định độ sâu Et bẫy phương pháp vùng tăng ban đầu lựa chọn sử dụng C−êng ®é TL (®vt®) Phương pháp vùng tăng ban đầu áp dụng cho đỉnh TL độc lập, cần phải loại bỏ đỉnh TL nhiệt độ thấp 164oC), giữ lại đỉnh 249oC Công việc thực theo quy trình: mẫu thủy tinh PCN:Tb chiếu xạ bêta với liều lượng 1,5Gy, sau chiếu xạ mẫu đốt nóng sơ (preheat) từ nhiệt độ phòng lên tới 160oC với tốc độ gia nhiệt 5oC/s, sau làm nguội mẫu nhiệt độ phòng (lúc đỉnh TL nhiệt độ thấp bị loại bỏ) Thực phép đo TL từ 70oC đến 350oC với tốc độ gia nhiệt 5oC/s để thu đường nhiệt phát quang đỉnh 249oC Cuối mẫu ủ 400oC thời gian 5s để loại bỏ hết tín hiệu dư phía nhiệt độ cao, không ảnh hưởng đến phép đo Lặp lại toàn bước phép đo mẫu chiếu xạ bêta với liều lượng tương ứng 15Gy; 37,5Gy Hình trình bày kết phép đo thu 1.5x10 1.0x10 5.0x10 249 1.5Gy 15Gy 37.5Gy 0.0 50 100 150 200 250 300 350 NhiƯt ®é (oC ) Hình Đường nhiệt phát quang thủy tinh PCN:Tb, với tốc độ gia nhiệt 5oC/s, thay đổi theo liều chiếu xạ bêta sau loại bỏ đỉnh TL nhiệt độ thấp 47 NGUYỄN DUY LINH - LÊ THỊ MẾN - LÊ VĂN TUẤT 1.5 Gy 15 Gy 37.5 Gy 12 Ln(I ) TL 11 10 -3 -3 2.3x10 2.3x10 -3 -3 2.4x10 -3 2.4x10 2.5x10 -3 2.5x10 1/T(K) Nhiệt độ T(K) Từ đó, vùng tăng ban đầu xác định khoảng nhiệt độ thay đổi từ 125oC đến 165 C (hay từ 398K đến 438K) vùng nhiệt độ đồ thị biểu diễn ln(ITL) theo 1/T ứng với ba liều lượng chiếu xạ bêta đưa hình Kết hồi quy tuyến tính giá trị độ sâu bẫy theo biểu thức E = tính theo phương trình ln I TL = a + b t T -b.k đưa bảng sau o Ta thấy, hệ số hồi quy tuyến tính R có giá trị cao thay đổi liều chiếu xạ bêta khoảng giá trị tương đối rộng (1,5Gy đến 37,5Gy) sai số tương đối giá trị độ sâu bẫy cỡ 4% xem nhỏ Mặt khác, giá trị độ sâu bẫy Et = 1,032 ± 0,039 (eV) ứng với đỉnh TL 249oC phù hợp với giá trị tính tốn tương tự tác giả khác [1, 2, 3] Như vậy, nhận định rằng: độ sâu bẫy bắt điện tử ứng với đỉnh đo liều xạ bêta thủy tinh PCN:Tb có giá trị Et = 1,032eV Bảng kết xác định độ sâu bẫy ứng với đỉnh đo liều Liều chiếu (Gy) a b Hệ số hồi quy R Độ sâu bẫy Et = -b.k (eV) 1,5 38.93 -11577.74 0.999 0.998 15 39.92 -12432.76 0.999 1.071 37,5 36.44 -11939.81 0.998 1.029 Et = 1,032 ± 0,039 (eV); 48 ΔEt / EtTB ≈ 0,04 XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU BẪY BẮT ĐIỆN TỬ TRONG 2.4 Đáp ứng nhiệt phát quang thủy tinh theo liều lượng chiếu xạ bêta Ta biết bên cạnh u cầu có vị trí nằm khoảng từ 200oC đến 300oC, để thuận lợi ứng dụng cần có đáp ứng tuyến tính đỉnh đo liều liều chiếu xạ Từ kết hình 3, sau đọc cường độ đỉnh TL ứng với liều lượng chiếu xạ bêta, kết khảo sát thay đổi cường độ đỉnh đo liều theo liều chiếu bêta đưa hình C−êng ®é ®Ønh ®o liỊu (®vt®) 1.5x10 ®−êng thùc nghiƯm ®−êng lμm khÝt HÖ sè håi quy tuyÕn tÝnh R = 0.999 1.2x10 9.0x10 6.0x10 3.0x10 0.0 10 20 30 40 LiỊu chiÕu (Gy) Hình Sự thay đổi cường độ đỉnh đo liều thủy tinh PCN:Tb theo liều chiếu xạ bêta Ta thấy hệ số hồi qui tuyến tính đường đáp ứng cao: R = 0.999 Điều có nghĩa là: khoảng liều chiếu rộng, từ vài vài chục Gy, hiệu ứng TL thủy tinh PCN:Tb có đáp ứng tuyến tính tốt với liều chiếu Kết khảo sát cho thấy đỉnh TL lựa chọn thỏa mãn yêu cầu việc ứng dụng phép đo liều xạ bêta dựa hiệu ứng TL phục vụ cho cơng việc đảm bảo an tồn xạ nói chung Kết luận Thủy tinh phát quang PCN:Tb chế tạo phương pháp dập tắt nóng chảy, vật liệu thu có tính chất lý tính chất TL thích hợp cho ứng dụng đo liều hấp thụ xạ bêta Để ứng dụng đo liều xạ bêta, đỉnh đo liều xác định đỉnh TL có vị trí 249oC, bẫy bắt điện tử có độ sâu Et = 1,032eV gây Có thể thực đo liều xạ bêta khoảng liều chiếu rộng, từ vài vài chục Gy, đáp ứng yêu cầu công việc đảm bảo an toàn xạ thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chen R and McKeever S.W.S (1997), Theory of Thermoluminescence and Related phenomena World Scientific Publishing Co Pte.Ltd [2] Claudio Furetta (2002), Handbook of Thermoluminescence, World Scientific Publishing Co.pte.Ltd, Singapore 49 NGUYỄN DUY LINH - LÊ THỊ MẾN - LÊ VĂN TUẤT [3] Yigal S Horowitz, Ph.D Editor (1984) Thermoluminescence thermoluminescent dosimetry Volume I CRC Press inc and [4] Venkatramu V et al (2007) Optical spectroscopy of Sm3+ ions in phosphate and fluorophosphate glasses, Optical Materials 29, 1429-1439 [5] Chaofeng Zhu et al (2007) Rare earth ions doped full-color luminescence glasses for white LED Journal of Luminescence 126, 707-710 [6] Jing Jing Li et al Enhanced luminescence via energy transfer from Ag+ to RE ions (Dy3+, Sm3+, Tb3+) in glasses Optics express Vol 20, No 9, April 2012 [7] Tonchev D et al (2012) Synthesis, structure and luminescent properties of samarium-doped borophosphate Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 47, 4, 439-448 [8] Ratnakaram Y.C et al (2009) Optical absorption and photoluminescence properties of Nd3+ doped mixed alkali phosphate glasses-spectroscopic investigations Spectrochimica Acta Part A 72, 171–177 Title: DETERMINATION OF A DEEP ELECTRON TRAP IN TERBIUM (Tb) DOPED PHOSPHATE GLASSES NGUYEN DUY LINH Quang Nam University Abstract: Phosphate glasses based on P2O5, CaO, Na2O and Tb2O3 system were prepared by the melt quenching method Experimental measurements showed that in obtained glasses, the thermoluminescent (TL) effect occurred when excited by beta rays with two peaks appear on the TL integrated glow-curve at about 160oC 249oC By initial rise method, the deep electron trap with Et = 1.032Ev related to the peak at 249oC was determined We can use this TL peak to measure beta radiation dose in the relatively wide range of absorbed doses, from a few to several tens of Gy Keywords: phosphate glasses, PCN: Tb, thermoluminescence (TL) 50 ... đưa nhận định rằng: việc pha tạp Tb cho thủy tinh PCN kích thích vật liệu tia bêta gây tồn bẫy bắt điện tử, dẫn đến xuất hai đỉnh đường nhiệt phát quang tích phân 2.3 Độ sâu bẫy bắt điện tử gây... độ sâu bẫy bắt điện tử ứng với đỉnh đo liều xạ bêta thủy tinh PCN:Tb có giá trị Et = 1,032eV Bảng kết xác định độ sâu bẫy ứng với đỉnh đo liều Liều chiếu (Gy) a b Hệ số hồi quy R Độ sâu bẫy Et... -11939.81 0.998 1.029 Et = 1,032 ± 0,039 (eV); 48 ΔEt / EtTB ≈ 0,04 XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU BẪY BẮT ĐIỆN TỬ TRONG 2.4 Đáp ứng nhiệt phát quang thủy tinh theo liều lượng chiếu xạ bêta Ta biết bên cạnh u cầu có