201611. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aluminium-oxid alapú termolumineszcens sugárzásdetektor előállítására
1 Hü 201611 A A találmány olyan alumínium-oxid alapú térmolumineszcens detektorok előállítására vonatkozik, melyek alkalmasak sugárdózisok meghatározására a baleseti dozimeriában és a sugárzástechnikában. A röntgen-, gamma-, elektron-, sőt újabban a neutronsugárzás ipari és mezőgazdasági hasznosítása rohamosan fejlődő területe a sugártechnikának. Ipari méretekben hasznosítják a ionozáló sugárzás csirátlanitó, tartósitó vagy valamely szerkezeti tulajdonság javitó hatását. A sugártechnika lényeges eleme a dózismérés, ami nem korlátozódik a sugárzási tér igen pontos bemérésére. A sugárkezelt anyagok gyakran nagykiterjedésű testek, dobozokba, zsákokba csomagolt termékek, melyek számottevő abszorpcióval rendelkeznek és Így torzítják az egyébként is inhomogén sugárzási teret. Ezért minden egyes besugárzandó termékcsomagot el kell látni dózismérőkkel. Legtöbb esetben egy-egy besugárzásnál százával, sót ezrével kell dózismérőket kiértékelni. Nyilvánvalóan nem közömbös a mérések reprodukálhatósága, a dózismérők ára, kezelésének egyszerűsége, a dózismérők mechanikai szilárdsága, kémiai ellenállóképessége, mérete, többszöri felhasználhatósága, stb. A sugárzás hatására az elnyelt dózis a jellemző. A tömegegységenként elnyelt energia, a dózis Sí egysége a J/kg, melynek neve gray: 1 J/kg=l Gy. Az 1-10* Gy tartományra kiterjedő sugártechnikai dozimetria területén jelenleg a kémiai doziméterek játsszák a döntő szerepet. A sugárzásmérés más területein - a személyi, környezeti, sőt újabban az orvosi dozimetriában - ma már elfogadott és bevezetett módszer a termolumineszcens (TL) dózismérés. A TL anyagok a besugárzás után az ionizáló sugárzás energiájának egy részét tárolják, majd felmelegítés hatására a tárolt energia egy részét látható fény formájában kibocsátják. A fény' mennyisége és az elnyelt dózis között egyértelmű összefüggés van, ezért a jelenség dózismérésre használható. A TL dózismérők, ill. detektorok sikere és elterjedése a nagy érzékenységnek, kis méretnek, mechanikai szilárdságnak és egyszerű kezelhetőségnek köszönhető. Baleseti és sugárzástechnológiai dozimetriai célra alkalmas TL anyagnak számos követelménynek kell eleget tennie: széles dózistartomány átfogása, tömeges alkalmazási lehetőség, környezeti ártalmakkal szembeni ellenállóképesség, továbbá ne legyen toxikus és az ára olcsó legyen. Ezeknek a követelményeknek maradéktalanul természetesen egyetlen TL anyag sem tesz eleget, bizonyos kompromisszumra van szükség. Baleseti dózismérőként főleg a LiF és BeO, valamint az AI2O3 használatos (Y. S. Horowitz: Thermoluminescence and thermoluminescent dosimetry CRC Pres, In6. Boca Raton, Florida, 1984). A BeO esetén a toxikusság, az előállítási nehézségek okoznak gondot, LiF-nál pedig nagy dózisok esetén a lineáristól eltérő jelzés, valamint a sugár károsodás, ami hőkezeléssel sem szüntethető meg. Portal (G. Portai: French Patent no. 7 103 757 Febr. 1971) Na és Si aktivátort tartalmazó AI2O3 kerámiát használt baleseti dozimetriai célra. Ezen kerámia hátránya, hogy a emissziós spektruma (a TL fény színe) vörös és kifűtési görbe több zavaró, alacsony hőmérsékletű csúcsot tartalmaz, ami a kiértékelésnél gondot okoz. A találmány alapja az a felismerés, hogy ct-Alz03-hoz megfelelő mennyiségű MgO és Y2O3 aktivátor hozzáadásával olyan kerámia sugárzásdetektor készíthető, mely egyszerűbb és szélesebb dózistartományban alkalmazható baleseti- és sugárzástechnikai dozimetriai feladatok megoldására, mint az eddig használt dózismérő rendszerek. Az eljárás baleseti- és sugárzástechnikai dozimetriai feladatok megoldására alkalmas termolumineszcens sugárzásdetektorok előállítására előnyös, melynek során az aluminium-oxidot aktivétorral szennyezzük, homogenizáljuk és hőkezeljük, végül pasztillázzuk azzal jellemezve, hogy 90-99,9 tőmegX alumínium-oxid hoz aktivátorként 0,05-5 tömeg* magnéziumoxidot vagy magnézium-szulfátot és 0,05-5 tömeg* ittriumoxidot adagolunk, ezután szükség esetén szárítunk, majd finom őrlést végzünk, az őrlés után poli-izobutilén ideiglenes kötőanyag hozzáadásával formatesteket alakítunk ki, előnyösen sajtolással, majd minimun 1450 °C-on tömörítve zsugorítjuk a formatesteket, majd feszültségmentesítjük. A feszültségmentesítést a zsugorítás! hőmérséklet minimum 75, maximum 85X- ának megfelelő értéken, minimun egy órán ót végezzük. A különböző mennyiségű aktivátorral szennyezett detektortipusokat az I. táblázatban foglaljuk össze. A táblázat első oszlopában a kiviteli példák sorszáma látható. A felsorolt összetételű detektorok közül a továbbiakban csak a jó megoldásokat - a 2., 3., 4. és 7. kiviteli példa alapján előállított detektorokat - fogjuk részletezni. A detektorok minősítését a legfontosabb TL jellemzők (érzékenység, reprodukálhatóság, kifűtési görbe alakja, linearitás, stb.) alapján végeztük el. A MgO és Y2O3- dal aktivált AI2O3 jelölésére az Al203:Mg,Y szimbólumot használjuk. Az Ah03:Mg,Y kerámia sugórzásdetektorok termolumineszcens tulajdonságait a következő ábrákon mutatjuk be: 1. ábra: A detektorok termolumineszcens jelzése a hőmérséklet függvényében (kifütési görbe) 2. ábra: A detektorok jelzése a dózis függvényében (dózislinearitás) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
