197967. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ritkaföldfémekkel aktivált kalcium-szulfát termolumineszcens doziméter előállítására
197967 A találmány olyan ritkaföldfémekkel aktivált kalcium-szulfát termolumineszcens doziméter (TLD) foszforok előállítására vonatkozik, amelyek kiválóan alkalmazhatók az ionizáló sugárzások dozimetriájában, igen érzékeny és széles dózisintervállumban teszi lehetővé a dózis mérést, kiértékelése után többször is felhasználható. Az ionizáló sugárzások dózisának mérésére a gázok ionizációján és a fotográfiai emulzió feketedésen alapuló módszerek mellett az utóbbi néhány évtizedben előtérbe léptek a szilárdtest doziméterek. Ezek a lkai - ’ mazása azon alapszik, hogy az ionizáló sugárzás hatására olyan (optikai, elektromos, kémiai, stb.) változások lépnek fel bennük, amelyek mértéke bizonyos intervallumon belül arányos az elnyelt energiával, az abszorbeált dózissal. A különböző elven működő szilárdtest doziméterek közül a termolumineszcencia (TL) elven működők számos előnynyel rendelkeznek a többiekkel szemben, mint pl.: nagy érzékenység, széles dózistartomány átfogása, kis méret, tömeges alkalmazási lehetőség, környezeti ártalmakkal szembeni ellenállóképesség, sterilizálhatóság in vivo alkalmazás esetén, viszonylag egyszerű és gyors kiértékelhetőség, többszöri felhasználhatóság, stb. A dozimetriai célokra alkalmas TL anyagoknak számos követelményeknek kell eleget tenniök. Ezek a következők: a TL jel kizárólag az ionizáló sugárzással történő gerjesztés hatására keletkezzék, tribolumineszcencia, kemilumineszcencia, oxigén- és fényérzékenység minimális legyen; széles intervallumban álljon fenn a lineáris összefüggés a TL válasz és az elnyelt dózis között; a fading (az információveszteség a tárolási idő függvényében) minimális legyen; a TL válasz nagysága nem vagy csak minimális mértékben függjön a röntgen- vagy a gamma-sugárzás fotoenergiájától. Kémiailag stabil legyen levegőn történő felmelegítésnél 300—500°C-ig, beleértve azt is, hogy a kifűtési görbe alakja, a TL hatásfoka, valamint az alsó mérési határ hosszabb tárolásnál és ismételt besugárzásnál és kiértékelésnél ne változzék; a környezeti hatásokkal szemben (fény, nedvesség, gőzök, gázok, stb.) ellenálló legyen. Kívánatos továbbá, hogy a TL foszfor emissziós sávja a látható színkép rövid hullámhosszúságú tartományában vagy a közeli UV-ban legyen. Könnyű legyen vele dolgozni, ne legyen toxikus. Végül fontos követelmény, a TL foszfor olcsósága, könnyű és reprodukálható tulajdonságokkal történő előál líthatósága. A TLD egyes lumineszcens anyagnak azon tulajdonságán alapszik, hogy elnyeli és tárolja a sugárzás energiáját. Melegítés hatására az elnyelt energiát fény formájában kisugározza. Az előzőleg besugárzott TLD melegítésekor a kisugárzott fény intenzitása a hőmérséklet függvényében ábrázolt (I = = I(T) függvény) görbe a kifűtési görbe. 1 2 A gyakorlati dozimetriában a dózis mértékéül a kifűtési görbe két jellemzője használható fel. — Az I (T) görbe csúcsának intenzitása (csúcsmódszer) — A fényösszeg: S = j I(T)dt mérése (integrál módszer) Az I(T) görbe csúcsának nagysága vagy a fényösszeg nagysága — adott besugárzás esetén — a TLD érzékenységére jellemző, míg az I (T) görbe csúcsához tartozó hőmérséklet (Tm) az elnyelt sugárzás energiájának tárolási idejére, illetve az információ veszteségre (a fadingre) van hatással. A Tm értéke kismértékben változik a doziméter felfűtésének sebességével. Számos szervetlen vegyület ismeretes, amely TL tulajdonságokkal rendelkezik, dozimetriai alkalmazásra azonban eddig nem sok anyag került. Ennek egyik oka, hogy a TL foszfornak számos — fentebb ismertetett — követelményeknek kell eleget tenni. Ezeknek a követelményeknek maradéktalanul természetesen egyetlen TL foszfor sem tesz eleget. Bizonyos kompromisszumra van szükség. A különböző aktivátorokkal aktivált kalcium-szulfát eleget tesz a fenti követelmény nagy részének. A nagyérzékenységű, kis dózisok mérésére is alkalmas kalcium-szulfát alapú TL dozimétereknél aktivátorként eddig mangánt és ritkaföldfémeket (elsősorban diszpróziumot és tuliumot) alkalmaztak. A CaS04:Mn igen érzékeny termolumineszcens doziméter. A CaS04:Dy, a CaS04:Tm kedvező dozimetriai sajátságokkal rendelkeznek. A fentebb felsorolt követelményeknek csaknem maradéktalanul eleget tesznek. Iiyen kedvező dozimetriai tulajdonságokkal rendelkező CaS04:Dy és CaS04:Tm íoszfor előállítására javasolt módszer (pl. 1,569.245 sz. francia szabadalom; T. Yamashita, N. Nada, H. Onishi, S. Kitamura: 2-nd Intern. Conf. Luminescence Dosimetry CONF-680920 p. 4 (1968); K. Becker: Nuclear Instruments and Methods 104, 405—407 (1972)) abból állt, hogy néhány cm3 hígított kénsavban feloldják az aktivátorként szereplő ritkaföldfémet, tömény kénsavat adnak hozzá, majd 250°C-ra történő melegítés után adják hozzá a kalcium-szulfát-dihidrátot. Kb. egy órai melegítés után a fel nem oldódott anyagot forrón leszűrik. A tiszta szűrt oldatot ezután 300°C-on lassan bepárolják, miközben a megfelelő aktivált kalcium-szulfát kristályok kiválnak. A végső dozimetriai jellemzőket 700—750°C-on történő néhány órás hőkezeléssel alakítják át. A megfelelő kristály méretet aprítással és szitálással állítják be. A CaS04:Mn doziméter hátránya a nagy fading, amely ezen típusú doziméter alkalmazását erősen korlátozza. Az egyébként kiváló dozimetriai tulajdonságú CaS04:Dy és CaS04:Tm terméket szolgáltató fenti eljárás hátránya viszont, hogy 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
