[发明专利]光激发光剂量检测晶体制备方法

说明书

一种光激发光剂量检测晶体制备方法，该方法是先将氧化铝（Al₂O₃）以碳包覆起来，在真空下经过扩散（Diffusion）后，使碳原子扩散进入氧化铝晶格内，再于大气下进行退火（Annealing），使氧与碳原子反应，透过C+O转换成CO，或C+O₂转换成CO₂，使氧化铝晶体产生氧空缺（Oxygen Vacancy），而可简易制得碳分布均匀的检测晶体（C:Al₂O₃）结构，具有光激发光剂量响应灵敏度高，且线性剂量响应范围宽的特性。

技术领域

本发明有关于一种光激发光剂量检测晶体制备方法，尤指涉及一种光激发光剂学，特别是指以碳包覆氧化铝结构经过真空扩散与大气退火后，使氧化铝晶体产生氧空缺（Oxygen Vacancy）缺陷的检测晶体（C:Al₂O₃）结构的制备方法。

背景技术

材料的热激发光（Thermoluminescence, TL）与光激发光（Optically StimulatedLuminescence, OSL）特性，广泛应用于辐射剂量学（Radiation Dosimetry），作为环境与个人辐射剂量之的测定。其中热激发光是指材料在吸收辐射能之后的热释光，而光激发光是指材料在吸收辐射能之后的光释光。光激发光与热激发光相比，光激发光剂量计使用过程中不用加热，可以有效避免发光中心之热淬灭，具有灵敏度高，使用相对简单的优点。然而，光激发光剂量学因为缺少有对辐射敏感、光激发光效率高、有效原子数较小、及光衰退性能好之的发光材料，因此长期没有得到重视与发展。

蓝宝石（Al₂O₃）晶体具有优良的热激发旋光性能，目前Al₂O₃晶体的生长方法常使用的包括提拉法（Czochralski, Cz）与泡生法（Kyropoulos, KY）两种，其中KY法仅能生长纯的Al₂O₃晶体，但纯的Al₂O₃晶体对射线的热激发光灵敏度很低。为了改善Al₂O₃晶体的热激发旋光性能，于20世纪90年代，Landauer公司的M.S. Akselrod研究小组采用Cz法在有石墨存在的强还原气氛条件下，生长得到α-Al₂O₃:C晶体（M. S. Akselrod et. al. Highlysensitive thermoluminescent anion-defective 0t-Al2O3: C single crystaldetectors, Radiation Protection Dosimetry, 1990， 32: 15-20)。经过一系列的研究表明，α-Al₂O₃:C晶体具有灵敏度高；热激发光峰单一且温度适中；背底与剂量阈值低；线性剂量响应范围宽；热激发光与光激发旋光性能衰减速度慢；低剂量下重复使用性能好；对辐射敏感；及光激发光效率高等诸多优点。因此α-Al₂O₃:C晶体是极具应用潜力的热激发光与光激发光材料。然而，目前α-Al₂O₃:C晶体的生长与剂量计的制造主要被美国Landauer公司所垄断，该公司研制生产的α-Al₂O₃:C热激发光与光激发光剂量计已经在欧美广泛使用，普遍应用于环境与个人剂量监测，但其采用Cz法长晶过程复杂，而导致碳在Al₂O₃晶体中分布不均匀，难以获得品质均一的α-Al₂O₃:C晶体；同时，晶体生长工艺还需要昂贵的设备、生产周期长且成本高。国内关于α-Al₂O₃:C晶体生长以及α-Al₂O₃:C剂量计的研制则有杨新波等人于文献（杨新波等人.硅酸盐学报,2008, 36(5)：678-682.；杨新波等人.无机材料学报,2009, 24(2)：255-258.）中提出采用导模法（Edge-defined Film-fed Growth, EFG）生长蓝宝石晶体，其过程中使用石墨加热体，导致生长得到的蓝宝石晶体表面附着有碳与碳化物，晶体质量较差。故，一般无法符合使用者于实际使用时所需。