[发明专利]用于热释光和光释光的掺铜铝酸钇晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热释光和光释光，特别是一种用于热释光和光释光的掺铜铝酸钇晶体(以下简称为YAP:Cu)及其制备方法。

背景技术

在20世纪40年代末和50年代初热释光已呈现出日益增长的应用前景。20世纪50年代，美国威斯康星大学的F.Daniels首次提出热释光可以作为辐射剂量测定的一种方法，并将LiF的热释光特性用于原子弹场辐射剂量的监测和放射性同位素治疗癌症病人的内照射剂量测定。与热释光剂量学相比，光释光用于辐射场剂量测定的技术起步比较晚，主要原因是激发光源和剂量学材料的限制。1988年，Aitken和Smith等在详细研究石英光释光特性的基础上发展了光释光在辐射剂量学上的应用。目前，热释光和光释光广泛应用于辐射防护(核电站、核潜艇个人剂量监测和职业病防治等)、辐射治疗、环境监测、航天等诸多领域。多年来人们一直致力于新型热释光和光释光剂量计材料的探索，以期获得性能更加优异实用的剂量计探测材料。

目前常用热释光材料较多，有不同掺杂的氟化锂(LiF)，硫酸钙(CaSO₄)，氟化钙(CaF₂)，硼酸锂(LiB₄O₇)，硅酸镁(Mg₂SiO₄)，氧化铝(Al₂O₃)等系列。而且每次固态剂量学会议上总有一些新材料出现，但是由于实际应用热释光材料有较高要求，能够完全具备剂量计全部优点的热释光和光释光材料，到目前为止还没有被发现，多数材料都是具备其中的某几个优点。热释光方面应用最多的是不同掺杂的氟化锂(LiF)热释光剂量计(TLD)系列材料，如LiF:Mg:Ti(TLD-100)，LiF:Mg:Cu:P等；光释光方面α-Al₂O₃:C晶体是光释光剂量学领域唯一投入实际应用的材料。

发明内容

为了解决上述现有释光材料的不足，本发明的目的在于提供一种用于热释光和光释光的掺铜铝酸钇晶体及其制备方法，该晶体能够在吸收高能射线辐射能后实现热致释光或光致释光，并具有良好的剂量线性响应，是一种性能优异的辐射剂量计的释光材料。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于热释光和光释光的掺铜铝酸钇晶体，特点在于该掺铜铝酸钇晶体是采用熔体法生长的，其化学式为：

Y_(1-x):AlO₃:Cu_x

式中，x＝0.001～0.1，x为掺杂离子Cu²⁺与Y原子的摩尔比。

一种掺铜铝酸钇晶体的制备方法，该方法包括下列步骤：

①原料配方：

掺铜铝酸钇晶体，即YAP:Cu晶体的初始原料采用Al₂O₃(5N)，Y₂O₃(5N)和CuO(3N)并按摩尔比1∶(1-x)∶2x进行配料，其中x的取值范围为0.001～0.1；

②采用熔体法生长YAP:Cu单晶：

先将各高纯氧化物粉末在空气中预干燥，除去吸附水，灼烧温度为1000℃，按选定的x值后的摩尔比称量Al₂O₃(5N)，Y₂O₃(5N)和CuO(3N)原料，其中5N表示原料的纯度为5个9，即99.999％，原料充分混合均匀后在液压机上压制成块，然后装入氧化铝坩埚内，放进马弗炉中烧结，用10个小时升温至1200℃，保温10个小时后再用10个小时降温至室温，将块料取出放入坩埚内，采用熔体法生长上述单晶体：

所述的熔体法为提拉法，所述的坩埚为铱坩埚，籽晶为<010>方向的纯YAP单晶棒，晶体生长在高纯Ar气氛中进行。提拉速度为1～2.5mm/h，旋转速度为10～20rpm。

所述的熔体法为坩埚下降法，所述的坩埚材料采用高纯石墨，坩埚底部可以不放籽晶，或放入上述提拉法中所述的纯YAP籽晶，晶体生长在高纯N₂气氛中进行。坩埚下降速率为0.1～1mm/h。

所述的熔体法为温度梯度法，坩埚材料采用高纯石墨，坩埚底部可以不放籽晶，或放入上述提拉法中所述的纯YAP籽晶，晶体生长在高纯N₂气氛中进行。使晶体以生长速率为1～1.8mm/h的降温速率进行降温并生长晶体。

本发明的技术效果：