掺银铝硼硅酸钠玻璃的热释光和光刺激释光响应

《Radiation Physics and Chemistry》:Thermoluminescence and Optically Stimulated Luminescence Responses of Ag-doped Sodium Aluminoborosilicate Glass

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月25日 来源:Radiation Physics and Chemistry 3.5

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   •研究了掺银钠铝硼硅酸盐(SABS)玻璃的TL(热致发光)和OSL(光致发光)剂量学特性。•在所有成分中,0.10 mol% Ag的掺入量提供了最高的OSL响应。•未掺杂的SABS玻璃表现出最高的TL强度。•预加热方案实现了稳定且可重复的OSL测量。•OSL表现出以20 mG

  
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    研究了掺银钠铝硼硅酸盐(SABS)玻璃的TL(热致发光)和OSL(光致发光)剂量学特性。
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    在所有成分中,0.10 mol% Ag的掺入量提供了最高的OSL响应。
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    未掺杂的SABS玻璃表现出最高的TL强度。
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    预加热方案实现了稳定且可重复的OSL测量。
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    OSL表现出以20 mGy为最小可探测剂量的灵敏度。
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    TL在0.3至1500 Gy范围内表现出线性剂量响应。

引言

光致发光剂量学是一项成熟的测量电离辐射的技术,已广泛应用于医学(Rivera-Montalvo, 2016)、环境(Ranogajec-Komor, 2003)和个人剂量学(Bos, 2006, 2001; Kase等, 1990)领域。晶体荧光粉,如氟化锂(LiF),由于其高灵敏度、稳定性和成熟的光致发光特性,长期以来一直被用作辐射剂量学中的商业剂量计(Nakajima等, 1978; Obryk等, 2017; Oster等, 1993; S?del等, 2015; W. Shoushan等, 1986)。近年来,玻璃材料作为一种有吸引力的替代方案脱颖而出(Baballe等, 2025; Bassam等, 2026; Discher和Kim, 2025; Ekendahl等, 2013; Ekendahl和Judas, 2017; Fernandes等, 2025a, 2025b, 2025c; Hirano等, 2017; Mat Nawi等, 2026; Okada等, 2026, 2019, 2018; ?ahiner, 2017; Sayyed等, 2026, 2025b, 2025a; Xu等, 2020)。例如,商业化的银活化磷酸盐玻璃剂量计(Kawamoto等, 2019; Miyamoto等, 2014, 2011, 2010b, 2010a; Tanaka等, 2016; Yokota和Imagawa, 1966),基于其辐射光致发光(RPL)特性,用于个人和环境监测。
在不同的发光材料类别中,玻璃相比晶体荧光粉具有几个优势。它们的合成相对简单且经济高效,其非晶态结构使得可以掺入各种掺杂离子而无需受晶体学限制(Varshneya和Mauro, 2019a, 2019b, 2019c, 2019d, 2019e, 2019f, 2019g)。此外,通过成分修饰可以调整其光学和发光特性,使玻璃成为开发新型剂量学材料的有前景的候选者。
然而,非晶态材料中负责热致发光(TL)和光致发光(OSL)的捕获和复合机制仍未得到完全理解(Cannas等, 2008; Pontuschka等, 2001)。与晶体材料不同,玻璃固有的结构无序通常与连续的捕获态和复合中心分布相关,导致比晶体材料中观察到的更复杂的TL和OSL过程(Kindrat等, 2017; Rodríguez Chialanza等, 2021)。因此,研究新的玻璃组成既有助于开发新型剂量学材料,也有助于更好地理解非晶态系统中的电荷捕获(Kindrat等, 2017)。
尽管商业剂量计已经可用,但由于没有任何单一材料能够满足理想剂量计的所有要求,开发新的发光材料仍然是活跃的研究领域(Azorin Nieto, 2016; Vedda和Fasoli, 2018)。重要的特性包括良好的可重复性、信号稳定性、宽的线性剂量响应范围、低的最小可探测剂量、化学耐久性、易于制造、低生产成本,以及对于个人剂量学,有效原子序数应接近人体组织(Yang等, 2024)。因此,寻找具有改进或互补性能的替代材料仍在继续。
此外,许多成熟的TL/OSL读取器配置采用了对紫外光敏感的检测系统,特别是在石英发光测量中(Botter-Jensen和S. Murray, 2002)。在这种情况下,银的掺入尤为值得关注,因为在本玻璃体系中,银相关的发光主要出现在紫外区域。这种光谱兼容性使得可以使用许多发光实验室中已有的检测配置来评估掺银的SABS玻璃,而无需对光检测系统进行重大修改。
在本工作中,合成了掺银的钠铝硼硅酸盐(SABS)玻璃,并通过TL和OSL对其进行了研究。选择SABS基质是因为其有效原子序数(Zeff ≈ 11)接近Al2O3(Akselrod等, 1990),为与成熟的发光剂量学材料进行比较提供了参考(Lee和Jai Lee, 2001; Pazhuhish和?ahiner, 2024)。选择银作为活化剂是由于其典型的4d95s1 → 4d10电子跃迁,通常产生紫外区域的发射(Paje等, 1996; Rawat等, 2012),并且与氧化物玻璃中的高效发光中心有关(Ennouri等, 2021; Fernandes等, 2025a, 2025b; Tatsumi等, 2016)。因此,本研究旨在表征掺银SABS玻璃的TL和OSL特性,并评估其响应,作为未来剂量学应用的初步步骤。

章节摘要

玻璃制备

使用高纯度的硼酸钠水合物(Na2B4O7·10H2O,13.5 g)、二氧化硅(SiO2,1 g)、氧化铝(Al2O3,0.5 g)和硝酸银(AgNO3)作为前驱材料制备了SABS玻璃。合成的掺银组成包含0.05、0.10、0.50、2.00和5.00 mol% Ag。
采用传统的熔铸法制备玻璃。在熔化之前,将前驱粉末彻底混合并在120 °C下过夜干燥,以去除水合钠中的水分。

玻璃样品

合成的SABS玻璃样品如图2所示。未掺杂的玻璃是透明的,随着银浓度的增加,颜色从浅棕色逐渐变为最高浓度(2.00和5.00 mol% Ag)时几乎不透明的深棕色。这种逐渐变暗可能归因于玻璃网络中形成了更高浓度的银相关物种(Barnett, 2002),这可能对发光效率产生不利影响,例如(Kawamoto等,

结论

合成了掺银的钠铝硼硅酸盐(SABS)玻璃,并对其TL和OSL特性进行了研究。结果表明,TL和OSL表现出对银浓度的不同依赖性,未掺杂的SABS表现出最高的TL灵敏度,而最高的OSL灵敏度则出现在SABS:0.10 mol% Ag样品中。TL和OSL测量揭示了浅捕获中心的存在,通过室温下观察到的明显信号衰减得以证实。

CRediT作者贡献声明

Caroline Paschoal Fernandes:写作 – 审阅与编辑,写作 – 原稿撰写,调查,形式分析,数据整理。Rene Rojas Rocca:写作 – 审阅与编辑,写作 – 原稿撰写,验证,监督,项目管理,调查,形式分析,概念化。Sonia Hatsue Tatumi:写作 – 审阅与编辑,验证,监督,资源,项目管理,资金获取,概念化。

未引用参考文献

B?tter-Jensen和S. Murray, 2002。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系,这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

本研究部分由巴西圣保罗研究基金会(FAPESP)资助。项目编号:2025/11189-4。
Caroline Paschoal Fernandes|Rene Rojas Rocca|Sonia Hatsue Tatumi
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