Sm3+ 掺杂氟硼酸盐玻璃的β射线辐照光热发光特性及其辐射剂量学应用研究

本研究针对辐射剂量检测材料的需求，开发了Sm3+ 掺杂氟硼酸盐玻璃体系，系统研究了不同Sm2 O3 浓度对光致发光(PL)和热释光(TL)性能的影响。研究发现0.7 mol%掺杂样品具有最优的PL强度和非桥氧(NBOs)捕获能力，其TL发光曲线包含10个重叠载流子陷阱，在22-1375 Gy剂量范围内呈现线性响应，最低检测限达29.9 mGy。该材料结合PbO和氟化物的协同效应，为开发高灵敏度辐射剂量计提供了新思路。

　　

辐射剂量检测技术在医疗、工业和科研领域具有重要应用价值，但现有材料往往面临灵敏度不足、线性范围窄或制备复杂等问题。氟硼酸盐玻璃因其独特的结构可调性和优异的发光性能成为研究热点，然而如何通过稀土掺杂优化其辐射响应特性仍是挑战。

研究人员通过熔融淬火法制备了系列Sm₂
O₃
掺杂的氟硼酸盐玻璃(FBPZSm(x))，系统考察了PL和TL特性。PbO的引入促使BO₃
向BO₄
单元转化，形成更多非桥氧(NBOs)作为电子陷阱位点。研究采用X射线衍射(XRD)确认非晶态结构，通过PL光谱分析发现604 nm处最强发射峰源自⁴
G_5/2
→⁶
H_5/2
跃迁，408 nm激发下0.7 mol%样品显示最大发光强度。TL分析采用计算机解卷积技术，揭示发光曲线包含10个重叠陷阱，其中主陷阱深度约1.2 eV。

XRD分析证实所有样品均保持非晶态，热处理未诱导结晶。PL研究表明Sm³⁺
的4f-4f跃迁产生特征发射，0.7 mol%掺杂浓度实现最佳发光效率。TL剂量响应显示优良线性特性，经重复性测试和热衰退实验验证其稳定性。计算分析表明陷阱参数与加热速率法结果吻合。

研究结论指出，PbO的引入显著改善了玻璃基质的TL性能：通过增加密度提升辐射吸收效率，降低声子能量减少非辐射损耗，并促进陷阱形成。0.7 mol% Sm₂
O₃
掺杂样品展现出29.9 mGy的低检测限和宽线性范围，证实其作为辐射剂量计的潜力。该工作为开发新型玻璃基剂量材料提供了理论依据和实践方案，特别适用于高剂量辐射监测场景。

论文发表在《Radiation Physics and Chemistry》，主要技术方法包括：1)熔融淬火法制备掺杂玻璃；2)XRD表征非晶结构；3)PL光谱分析发光特性；4)TL技术评估剂量响应性能；5)计算机解卷积分析陷阱参数。研究通过系统优化玻璃组分与结构，成功实现了辐射敏感性与稳定性的平衡，为功能化发光材料设计提供了新范式。