Світлопроникний тканиноеквівалентний детектор радіоактивного випромінювання на основі тетраборату літію li2b4o7 для термічно або оптично стимульованої люмінесцентної дозиметрії та спосіб його виробництва

Номер патенту: 102655

Опубліковано: 25.07.2013

Автори: Керікмяе Міхкел, Данілкін Міхаіл, Луст Айме

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Світлопроникний тканиноеквівалентний детектор радіоактивного випромінювання на основі тетраборату літію Lі2B4О7 для термічно або оптично стимульованої люмінесцентної дозиметрії, що складається з матеріалу основи тетраборату літію Li2В4О7, легуючої домішки Мn і в'яжучого матеріалу діоксиду кремнію SiO2,

який відрізняється тим, що детектор додатково містить

співдопант, який вибирається з групи, що складається з двовалентного катіона або лужноземельного металу або перехідного металу зі стабільним 2+ зарядним станом, та в якому вказаний співдопант не знижує світлопроникність детектора в області довжини хвиль 320-750 нм.

2. Спосіб виробництва cвітлопроникного тканиноеквівалентного детектора радіоактивного випромінювання, який складається зі стадій

а) змішування прекурсорних компонентів детектора, включаючи деіонізовану воду, борну кислоту Н3ВО3, легуючу домішку Мn, з в'яжучим матеріалом діоксидом кремнію SiO2;

б) підвищення температури вказаної суміші до 75-85 ºС та додавання до вказаної суміші карбонату літію Lі2СО3 для того, щоб отримати матеріал основи тетраборат літію Li2B4O7;

в) витримування, висушування та попередній відпал вказаного прекурсора;

г) розламування, перемелювання та просіювання вказаного прекурсора;

д) пресування прекурсора під тиском для формування детекторів;

e) спікання сформованих детекторних корпусів,

який відрізняється тим, що співдопант, який вибирається з групи, що складається з двовалентного катіона або лужноземельного металу або перехідного металу зі стабільним 2+ зарядним станом, та в якому вказаний співдопант не знижує світлопроникність детектора в області довжини хвиль 320-750 нм, додається до прекурсора на стадії (б) разом з карбонатом літію Lі2СО3.

Текст

Реферат: Представляється світлопроникний тканиноеквівалентний детектор радіоактивного випромінювання для термічно або оптично стимульованої люмінесцентної дозиметрії і спосіб його виробництва. Детектор складається з матеріалу основи тетраборату літію Li2В4О7, легуючої домішки Мn і в'яжучого матеріалу діоксиду кремнію SiO2, де співдопант, який вибирається з групи, що складається з двовалентного катіона або лужноземельного металу або перехідного металу зі стабільним 2+ зарядним станом, та в якому вказаний співдопант не знижує світлопроникність детектора в області довжини хвиль 320-750 нм. При виробництві детекторів співдопант додається до прекурсора разом з карбонатом літію Li2СО3. UA 102655 C2 (12) UA 102655 C2 UA 102655 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Цей винахід стосується радіаційної дозиметрії, зокрема детекторів іонізуючого випромінювання на основі тетраборату літію Li2B4O7 для використання для термічно або оптично стимульованої люмінесцентної дозиметрії. Передумова винаходу Твердотільна люмінесцентна дозиметрія є широко відомою для вимірювань дози іонізуючого випромінювання. Існує два основні класи детекторів: термолюмінесцентні детектори (ТЛД) та детектори з оптично-стимульованим зчитуванням показників (ОСЛ - оптично стимульована люмінесценція). Обидва вони використовуються для вимірювання інтегральної дози за певний відомий період часу. Інформація про дозу зберігається в якості захоплених електронів і дірок, яка здатна передаватись до люмінесцентних центрів за допомогою стимуляції, або за допомогою термічної стимуляції (нагрівання) або за допомогою оптичної стимуляції (опромінення світлом відомої довжини хвилі). Термолюмінесцентна дозиметрія є відомим та широко використовуваним засобом вимірювання дози випромінювання. Основні вимоги до ТЛД є такими: еквівалентність тканині людини (повинна мати таку ж залежність дози випромінювання від енергії випромінювання, що має тканина людини), стабільність інформаційної пам'яті (відсутність затухання), достатня чутливість (висока ефективність трансформації енергії випромінювання). Ті ж самі вимоги застосовуються до ОСЛ детекторів також. Тим не менш, є деякі винятки. Ефекти затухання не є обов'язковими для деяких ТЛД-ів, якщо є декілька термолюмінесцентних максимумів при різних температурах і ті, які задіяні в затухаючих низькотемпературних максимумах, не використовуються у вимірюваннях. Для усунення нестабільних низькотемпературних максимумів використовують попередній випал перед зняттям показань такого ТЛД. Однак, попередній випал є незручним для оптичного зняття показань, оскільки робить зчитувач детектора більш ускладненим та менш портативним. Тому відсутність затухаючих ефектів все ще є більш важливою для ОСЛ детекторів в порівнянні з ТЛД. Часто однакові матеріали є придатними і для термолюмінесцентного і для оптично стимульованого зчитування інформації про дозу. Принцип зчитування ОСЛ відкриває можливість дуже компактних портативних вирішень завдяки відсутності нагрівача в зчитувачах. Також, існує можливість неруйнівного зчитування інформації про дозу у випадку ОСЛ зняття показань. Наразі існує відоме комерційне втілення ОСЛ дозиметрії, виконане Landauer®, Inc. Вони пропонують комерційні дозиметричні системи InLight® та LUXEL®. Всі ці системи базуються на корундових (Al2O3:C) ОСЛ детекторах. Будучи дуже світлопроникним та маючи високу чутливість, корунд не є еквівалентом тканини людини. Він має набагато вищий ефективний атомний номер ніж тканина людини. Це не є проблемою у випадку відомого джерела випромінювання з постійною енергією рентгенівських квантів або відомого енергетичного спектру частинок – детектори можуть бути вивірені для кожного окремого випадку. Однак, висока енергетична залежність в інтервалі десятків кілоелектронвольт може дати значну недостовірність (до 300 %) у разі невідомої енергії випромінювання або в комплексних полях випромінювання. Цей недолік відсутній у випадку тканино-еквівалентних ТЛД детекторів як-то Li2B4O7: Mn, Si. Однак, класичний Li2B4O7: Mn, Si ТЛД має низькотемпературний термолюмінесцентний максимум, який не може використовуватись у вимірюваннях дози через суттєве затухання. Опис винаходу В цьому документі розкрито Li2B4O7: Mn, Si термолюмінесцентний детектор, що також придатний для зчитування показань ОСЛ завдяки подавленому низькотемпературному максимуму, та який є світлопроникним і для стимулюючого світла і для вихідної люмінесценції. Об'єктом за даним винаходом є представлення світлопроникного тканино-еквівалентного детектору радіоактивного випромінювання на основі тетраборату літію Li2B4O7 для термічно або оптично стимульованої люмінесцентної дозиметрії, що складається з матеріалу основи тетраборату літію Li2B4O7, легуючої домішки Mn і в'яжучого матеріалу диоксиду кремнію SiO2, де детектор додатково містить співдопант, який обирається з групи, що складається з двовалентного катіону або лужноземельного металу або перехідного металу зі стабільним 2+ зарядним станом, та в якому вказаний співдопант не знижує світлопроникність детектору в області довжини хвиль 320-750 нм. Додатково об'єктом даного винаходу є представлення способу виробництва вищевказаного детектора, який складається зі стадій а) змішування прекурсорних компонентів детектора, включаючи деіонізовану воду, борну кислоту H3BO3, легуючу домішку Mn, з в'яжучим 1 UA 102655 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 матеріалом диоксидом кремнію SiO2; б) підвищення температури вказаної суміші до 75-85С та додавання до вказаної суміші карбонату літію Li2CO3 для того, щоб отримати матеріал основи тетраборат літію Li2B4O7; в) витримування, висушування та попередній відпал вказаного прекурсору; г) розламування, перемелювання та просіювання вказаного прекурсору, д) пресування прекурсору під тиском для формування детекторів; е) спікання сформованих детекторних корпусів, де співдопант, який обирається з групи, що складається з двовалентного катіону або лужноземельного металу або перехідного металу зі стабільним 2+ зарядним станом, та в якому вказаний співдопант не знижує світлопроникність детектору в області довжини хвиль 320-750 нм, додається до прекурсору на стадії (б) разом з карбонатом літію Li2CO3. Отриманий детектор(и) мають базовий дозиметричний термолюмінесцентний пік при вищій температурі в порівнянні зі "стандартним" Li2B4O7: Mn, Si, в якому відсутній додатковий співдопант. Інтенсивність базового термолюмінесцентного піку стає вище ніж інтенсивність низькотемпературної частини термолюмінесцентної кривої. Це означає, що інформація, яка зберігається, стає більш стабільною до ефектів затухання. Детектори з нижчою часткою нестабільних термолюмінесцентних піків є більш підходящими для зняття показань ОСЛ через нижчу недостовірність результатів зняття показань. Кількість співдопанта має бути принаймні рівною мольним часткам Mn або перевищувати їх. В той же час, співдопант не повинен порушувати кристалічну структуру Li2B4O7 і не повинен підвищувати ефективний атомний номер матеріалу для збереження тканино-еквівалентності. Це робить верхні межі різними для різних співдопантів, в залежності від іонних радіусів, атомних мас та їхньої здатності змінювати координацію кисневих зв'язків в Li2B4O7. Короткий опис креслень Фіг. 1 Ефект затухання в "стандартних" Li2B4O7: Mn, Si детекторах. Фіг. 2 Покращення співвідношення стабільних та нестабільних піків в Li2B4O7: Mn, Si, Ве у порівнянні зі "стандартним" Li2B4O7: Mn, Si. Детальний опис кращих варіантів винаходу Нижче даний винахід буде описано детально. Винахід охоплює світлопроникний тканино-еквівалентний детектор радіоактивного випромінювання на основі тетраборату літію Li2B4O7 для термічно або оптично стимульованої люмінесцентної дозиметрії, що складається з матеріалу основи тетраборату літію Li2B4O7, легуючої домішки Mn і в'яжучого матеріалу диоксиду кремнію SiO2, де співдопант, який обирається з групи, що складається з двовалентного катіону або лужноземельного металу або перехідного металу зі стабільним 2+ зарядним станом, та в якому вказаний співдопант не знижує світлопроникність детектору в області довжини хвиль 320-750 нм. Кращий варіант виготовлення світлопроникного тканино-еквівалентного детектору радіоактивного випромінювання на основі тетраборату літію Li2B4O7 складається з наступних стадій: а) прекурсорні компоненти керамічного детектора змішуються разом в скляній посудині, включаючи деіонізовану воду, борну кислоту H3BO3, SiO2, легуючу домішку Mn у формі або карбонату або іншого придатного для реакції з борною кислотою складника, з кількістю Mn взятою у межах 0,15-0,3 молярного відсотку Li2B4O7, і кількість деіонізованої води взято в межах 2000-2500 молярного відсотку Li2B4O7; б) вказана суміш нагрівається до температури 75-85С з одночасним і постійним перемішуванням; в) Карбонат літію Li2CO3 додається до прекурсору разом зі співдопантом оксидом берилію, тоді як кількість карбонату літію Li2CO3 взято згідно реакції 4H3BO3+Li2CO3=Li2B4O7+6H2O+CO2, а кількість Ве дорівнює кількості Mn в мольних частках (0,15-0,30 молярного відсотка літію); ця кількість співдопанта Ве є достатньо низькою для збереження тканино-еквівалентності матеріалу детектору і для збереження решітчастої структури і світлопроникності Li2B4O7; і складник Ве і Li2CO3 додаються при постійному і інтенсивному перемішуванні протягом 10-15 хвилин; г) вказані компоненти далі безперервно нагріваються і перемішуються утримуючи температуру в межах 75-85С до завершення реакції між борною кислотою H3BO3 і Li2CO3, а суміш стає пастоподібною та важко перемішуваною; ґ) прекурсор керамічного детектора витримується протягом 40-50 хвилин при температурі приблизно 80С і постійному розтиранні прекурсору щоб попередити його приклеювання до реакційної посудини; д) прекурсор керамічного детектора потім переміщується до гладкої форми та висушується при 105С протягом 12 годин; 2 UA 102655 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 е) прекурсор керамічного детектору піддається попередньому відпалу при 575С протягом 2 годин в ізольованій від повітря атмосферній трубці під захисним інертним газом, що спадає; є) прекурсор керамічного детектору потім розламується і перемелюється для отримання порошку, придатного для пресування керамічного детектора; ж) прекурсор керамічного детектора просіюється через решітчастий фільтр з мілкими отворами (приблизно 0,1 мм); з) корпуси детекторів формуються ударним пресом з вказаного прекурсору керамічного детектора під тиском 1000-2000 МПа, враховуючи зменшення розміру під час наступного спікання: наприклад, діаметр детекторів зменшується з 5,7 мм до 4,5 мм при спіканні їх при 900 °C; и) сформовані керамічні детектори розміщуються на гладку неприлипаючу інертну форму щоб запобігти контактуванню детекторів один з одним; і) керамічні детектори спікаються у печі або атмосферній трубці ізольованій від повітря під захисним газом, що спадає, при температурі в межах 870-915С протягом 40-50 хвилин. Отримані керамічні детектори являють собою дуже міцні напівпрозорі керамічні корпуси, зазвичай сформовані у форму таблеток 0.8 мм товщиною та 4.5 мм діаметром. Вони є світлопроникними і для стимулювання ультрафіолетовим світлом і для внутрішньою люмінесценції. Стимулювання ультрафіолетовим випромінюванням 360 нм добре проникає через корпуси детекторів, тому при експонуванні ядерним або рентгенівським випромінюванням детектори випускають ОСЛ, придатну для зчитування дози. Детектори також можуть бути спорожнені (очищені) ультрафіолетовим світлом перед наступним циклом вимірювання. Для покращення поверхні та зменшення розсіювання світла детектори можуть бути відполіровані схожим чином як стандартні оптичні частини, але це є необов'язковою процедурою. На Фіг. 1 відображено збережені втрати енергії від низькотемпературної частини термолюмінесцентної кривої для "стандартного" Li2B4O7: Mn, Si ТЛД. Низькотемпературний пік ще є співставним з базовим дозиметричним ТЛ піком після 100 секунд після завершення збудження і зникає повністю за декілька годин. На Фіг. 2 порівнюються нормалізовані низькотемпературним піком ТЛ криві для "стандартного" Li2B4O7: Mn, Si та Li2B4O7: Mn, Si, Ве, де кількість Ве дорівнює кількості Mn (0.25 мол. %). Співвідношення стабільного дозиметричного піку до нестабільного низькотемпературного піку зростає принаймні до коефіцієнту 2,5. В той же час, позиція базового дозиметричного піку варіюється по відношенню до вищих температур від 490 К до 570 К. Ідея даного винаходу базується на створенні додаткових пасток, де могли б зберігатись електрони при більшій температурі без ефекту затухання. Концентрація створених пасток є вищою, ніж концентрація низькотемпературних пасток в "стандартному" Li2B4O7: Mn, Si ТЛД. Це спричиняє значне збільшення частки надійно-збереженої енергії в порівнянні з нестабільною частиною, що піддається ефектам затухання. Детектор зі збільшеною часткою високотемпературного дозиметричного ТЛ піку в порівнянні з низькотемпературним нестабільним піком дає набагато нижчу недостовірність при знятті показань ОСЛ без попереднього відпалу. Це робить можливим використання такого детектора в портативних компактних ОСЛ дозиметричних системах. Відносна невелика кількість легуючої домішки і співдопанта зберігає тканино-еквівалентність Li2B4O7. Цей вид детекторів випромінювання є дуже корисним для моніторингу дози випромінювання при медичних радіологічних лікуваннях та рентгенівських дослідженнях. Портативні та невеликі за розміром зчитувачі будуть застосовні для вимірювання доз, отриманих і медичним персоналом і пацієнтами. Приклад демонструє властивості детектора випромінювання Li2B4O7: Mn, Si, Ве, де співдопантом є Ве, доданий в кількості, що дорівнює головній легуючій домішці Mn (в молярних частках). Тканино-еквівалентність зберігається завдяки і невеликій кількості співдопанта і завдяки низькому атомному числу Ве. Базовий дозиметричний пік в ТЛ кривій відбувається при більших температурах, ніж в "стандартних" детекторах, але він залишається добре-зчитуваним звичайними ТЛД техніками. Співдопанти, що обираються серед інших лужноземельних металів, роблять настання базового піку на ще високих температурах, тому ОСЛ зчитування було б більш бажаним для таких детекторів випромінювання. Варіанти, описані в цьому документі, демонструють принципи винаходу і не направлені на всесторонність або обмеженість винаходу в межах розкритої форми; мається на увазі, що обсяг винаходу визначається формулою, що додається до цього документу, і її еквівалентами. 3 UA 102655 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 1. Світлопроникний тканиноеквівалентний детектор радіоактивного випромінювання на основі тетраборату літію Lі2B4О7 для термічно або оптично стимульованої люмінесцентної дозиметрії, що складається з матеріалу основи тетраборату літію Li2В4О7, легуючої домішки Мn і в'яжучого матеріалу діоксиду кремнію SiO2, який відрізняється тим, що детектор додатково містить співдопант, який вибирається з групи, що складається з двовалентного катіона або лужноземельного металу або перехідного металу зі стабільним 2+ зарядним станом, та в якому вказаний співдопант не знижує світлопроникність детектора в області довжини хвиль 320-750 нм. 2. Спосіб виробництва cвітлопроникного тканиноеквівалентного детектора радіоактивного випромінювання, який складається зі стадій а) змішування прекурсорних компонентів детектора, включаючи деіонізовану воду, борну кислоту Н3ВО3, легуючу домішку Мn, з в'яжучим матеріалом діоксидом кремнію SiO2; б) підвищення температури вказаної суміші до 75-85 ºС та додавання до вказаної суміші карбонату літію Lі2СО3 для того, щоб отримати матеріал основи тетраборат літію Li2B4O7; в) витримування, висушування та попередній відпал вказаного прекурсора; г) розламування, перемелювання та просіювання вказаного прекурсора; д) пресування прекурсора під тиском для формування детекторів; e) спікання сформованих детекторних корпусів, який відрізняється тим, що співдопант, який вибирається з групи, що складається з двовалентного катіона або лужноземельного металу або перехідного металу зі стабільним 2+ зарядним станом, та в якому вказаний співдопант не знижує світлопроникність детектора в області довжини хвиль 320-750 нм, додається до прекурсора на стадії (б) разом з карбонатом літію Lі2СО3. 4 UA 102655 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Light-transparent tissue-equivalent radiation detector based on lithium tetraborate li2b4o7 for thermally or optically stimulated luminescent dosimetry and method for its production

Автори англійською

Kerikmae, Mihkel, Danilkin, Mihhail, Lust, Aime

Назва патенту російською

Светопроницаемый тканево-эквивалентный детектор радиоактивного излучения на основе тетрабората лития li2b4o7 для термически или оптически стимулированной люминесцентной дозиметрии и способ его производства

Автори російською

Керикмяе Михкел, Данилкин Михаил, Луст Айме

МПК / Мітки

МПК: C09K 11/63, G01T 1/11, G01T 1/10, C09K 9/00, G01T 1/202

Мітки: li2b4o7, стимульованої, дозиметрії, термічної, тканиноеквівалентний, спосіб, виробництва, літію, випромінювання, люмінесцентної, світлопроникний, оптично, основі, радіоактивного, тетраборату, детектор

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/7-102655-svitloproniknijj-tkaninoekvivalentnijj-detektor-radioaktivnogo-viprominyuvannya-na-osnovi-tetraboratu-litiyu-li2b4o7-dlya-termichno-abo-optichno-stimulovano-lyuminescentno-dozimetr.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Світлопроникний тканиноеквівалентний детектор радіоактивного випромінювання на основі тетраборату літію li2b4o7 для термічно або оптично стимульованої люмінесцентної дозиметрії та спосіб його виробництва</a>

Подібні патенти