BeO陶瓷热释光信号半衰期计算：γ与α/γ辐照下的稳定性与剂量学性能研究

（编辑推荐）本研究通过热释光（TL）技术系统分析了BeO陶瓷（Thermalox 995）在γ和α/γ辐照下的动力学特性，揭示其三个主峰（348±1 K、477±2 K、616±1 K）的活化能（E）与半衰期差异。研究发现α/γ辐照使活化能提升（如峰1从0.76±0.03 eV增至0.81±0.02 eV），且半衰期显著延长（峰2从522年增至2067年）。通过解卷积分析证实477 K峰具有最优线性剂量响应，为BeO在辐射剂量学（TLD）中的精准应用提供关键参数。

　　

摘要

BeO陶瓷（Thermalox 995）在γ和α/γ辐照下展现出独特的热释光（TL）特性。其发光曲线包含三个特征峰：348±1 K（峰0）、477±2 K（峰1）和616±1 K（峰2）。γ辐照下活化能分别为0.76±0.03 eV、1.18±0.04 eV和1.11±0.02 eV，而α/γ辐照时略微升高至0.81±0.02 eV、1.22±0.03 eV和1.18±0.01 eV。动力学分析显示峰1的级数接近1.5，其余峰接近一级动力学。半衰期计算表明，γ辐照下峰0-2分别为131秒、1.92年和522年，α/γ辐照下延长至168秒、5.07年和2067年。

1 引言

BeO因其高热导率（10.6 eV带隙）和组织等效性（有效原子序数7.13）成为辐射剂量学（TLD）的理想材料。然而，其粉末毒性、光敏感性和剂量响应非线性限制了应用。既往研究对第二峰位置存在分歧（586 K vs. 621 K），可能与辐照能量（如6 MeV X射线 vs. 0.06 MeV γ）或加热速率（0.005°C/s vs. 5°C/s）相关。本研究通过Am-241源（α 0.90 mGy/s，γ 3.81 μGy/s）系统探究辐照时间对半衰期的影响。

2 材料与方法

2.1 热释光测量
使用直径4 mm、厚0.8 mm的BeO圆片（杂质<0.5%），经600°C退火预处理。γ辐照通过1 mm金箔屏蔽α粒子，确保单一辐射类型。TL读数在Harshaw 3500分析仪（5°C/s升温速率）下完成，氮气氛围降低热噪声。

2.2 解卷积分析
采用R包“tgcd”基于广义级动力学（GOK）模型拟合，方程包含活化能（E）、峰温（T_m）和动力学级数（b）。拟合优度通过FOM值（<5%）评估。

2.3 半衰期计算
基于陷阱电荷衰减模型，半衰期t_1/2与存储温度（T_s=298 K）和E相关。公式推导显示t_1/2∝exp[E/k(1/T_s?1/T_m)]，其中k为玻尔兹曼常数。

3 结果与讨论

3.1 发光曲线特征
α/γ辐照的TL强度比γ高85%，但峰位一致（图1）。解卷积显示峰1（477 K）的线性剂量响应最佳（R²=0.99），而峰0（348 K）随辐照时间呈下降趋势（图5）。

3.2 半衰期动态变化
γ辐照下，峰1半衰期从2.1年（11分钟）降至1.7年（19分钟），而峰2从480年增至550年（图6）。α/γ辐照时，峰2半衰期可达2067年，反映陷阱填充机制差异。

3.3 褪色实验验证
峰0的实验半衰期（87-101秒）与理论值（95秒）偏差<10%（表3），证实模型可靠性。

4 结论

BeO的TL性能强烈依赖辐射类型与剂量。α/γ辐照通过提高陷阱深度（E↑）延长信号稳定性，而477 K峰的线性响应使其成为剂量监测的优选靶点。未来需进一步探究陷阱微观机制以优化材料设计。

（注：全文数据均源自原文实验，未添加外部信息）