استفاده از فعال‌ساز (تربیم) و حساسیت‌زای (گادولینیم) در شیشه و شیشه- سرامیک سیلیکاتی برای افزایش نورتابی نمونه‌های برانگیخته شده با پرتوهای انرژی- بالا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده‌ی سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، صندوق پستی: 4777-14155، کرج ـ ایران

2 گروه فیزیک، دانشکده‏ی اپتیک و لیزر، دانشگاه مالک اشتر، صندوق پستی: 83145-115، اصفهان ـ ایران

چکیده

هدف این پژوهش ساخت شیشه‌ی سوسوزن لیتیم- آلومینیم- سیلیکات به عنوان میزبان ماده‌ی فعال تربیم، برای دست‌یابی به نور مریی از طریق برانگیزش با فرابنفش و پرتوهای گاما، ایکس و ذره‌های باردار بود. از ترکیب 54/21 درصد 3LaF، 3/8 درصد O2Li، 02/6 درصد 3O2AL، 4/32 درصد 2SiO برای ساخت این شیشه و شیشه– سرامیک استفاده شد. این شیشه‌ها با روش ریخته‌گری و ذوب ساخته شدند. طیف جذبی نمونه‌ها در ناحیه‌ی مریی و فرابنفش تهیه شد. طیف نورتابی (PL) در طول موج‌های 259 و 325 نانومتر به دست آمد. طیف جذبی نمونه‌های ساخته شده با تربیم (2GTb) قله‌هایی را در 325، 436، 460، 490، 545 و 414 نانومتر نشان داد، که تا حدی با انتقال‌های انرژی یون تربیم انطباق دارد. اما در مورد شیشه‌ی ساخته شده با گادولینیم (GGd) به دلیل فعال شدن نوری کاستی‌های ساختاری شیشه مانند کاستی کامل شدن، طبق نتیجه‌های نورتابی، تمام انتقال‌های انرژی زیر 300 نانومتر تضعیف شده و مشاهده نشد. انتقال انرژی از یون Gd به یون Tb در شیشه مورد مطالعه صورت نگرفت. ولی نتیجه‌های شدت نورتابی شیشه- سرامیک در مقایسه با شیشه به طور معنی‌داری تا %80 افزایش یافت. پاسخ نوری نمونه‌های مورد مطالعه به پرتوهای بتا، ایکس و نوترون ارزیابی شد. طی این ارزیابی مشخص شد که هم نمونه‌های شیشه و هم نمونه‌های شیشه- سرامیک دارای پاسخ مناسبی به پرتوهای ایکس و بتا هستند. البته نمونه‌های شیشه- سرامیک حساسیت بسیار بالاتری از خود نشان دادند. در این بررسی مشخص شد که نمونه‌ها پاسخ قابل‌توجهی به نوترون ندارند که علت آن عدم استفاده از Li خالص‌سازی شده است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The use of Tb activator and Gd sensitizer in silicate glass and glass-ceramics to increase the luminescence response of samples excited by high-energy radiation

نویسندگان [English]

  • Ayda Fayeghinia 1
  • Hossein Jahanbakhsh 2
چکیده [English]

In this work, Lithium-Aluminum-Silicate (LAS) scintillator glass as a host for Tb activator, was prepared in order to reach the visible emission by UV, Gamma, X-Ray and charged particles excitation. The glass was made from 31 wt% LaF3, 12.3 wt% Li2O, 8.7 wt% Al2O3, 48 wt% SiO2. The forming methods were melting and casting. The Photo Luminescence spectra (PL) of the samples at 259 and 325nm wavelenghts were obtained. The absorption spectrum of the Tb bearing system showed peaks at 325, 436, 460, 490, 545, 414nm, corresponding to Tb energy levels, but in the case of Gd bearing system, because of the optical effects of light-activated factors such as the stacking fault in the glass, the energy transfers below 300nm were weakened. The energy transfer from Gd to Tb was not observed. Compared to the glass system, the PL emission of the glass ceramic increased significantly (80%). The samples’ PL response to beta, X-rays, and neutron, were also evaluated. It was shown that both glass and glass-ceramic have acceptable responses to X-rays and beta radiation. The glass-ceramic sensitivity was higher than that of sheer glass; also it was shown that the noutron response of the samples was negligible, presumably because of the lack of reached Li in our glass used.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Glass
  • Glass-ceramic
  • Luminescence
  • Tb activator
  • Gd sensitizer

[1] N. Ghal-Eha, R. Koohi-Fayegh, S. Hamidi, Low-energy neutron flux measurement using a resonance absorption filter surrounding a lithium glass scintillator, Radiation Physics and Chemistry, 76 (2007) 917-920.

[2] A.H. Summer, Characterizing of photomultiplier tubes, J. Applied. physics, 29 (8) (1990) 1527.

[3] A. Hoaksey, Terbium doped glasses: their optical properties and potential applications, Durham E-Theses, (1975).

[4] A. Hoaksey, Luminescence of Tb3+ ions in silicate glasses, J. Lum, 17 (1978) 385-400.

[5] R. Smith, R.K. Fisher, J.S. Leffler, Lithium-free scintillation glasses for fast-neutron detection, J. Rev. Sci. instrum, 58 (1987) 1905-1909.

[6] Yu, Daqin Chen, Yuansheng, A new transparent oxyfluoride glass ceramic with improved luminescence, Journal of Non-Crystalline Solids, (2007) 405-409.

[7] George H. Beall, Linda R. Pinckney, Nanophase glass-ceramics, Journal of American Ceramic Society., 82 (1999) 5-16.

[8] B. Layne, W.H. Lowdermilk, M.J. Weber, Multiphonon relaxation of rare-earth ions in oxide glasses, Physica Review, B 16 (1977) 10-18.
[9] M.J. Dejneka, The luminescence and structure of novel transparent oxyfluoride glass-ceramics, J. Non-Cryst. Solids, 239 (1998) 149-155.

[10] Wang Jin, Preparation and luminescence of Er3+ doped oxyfluoride glass ceramics containing LaF, nanocrystals, Journal of Rare Earths, 24 (2006) 67-71.

[11] A. Maresa, M. Nikla, K. Nitscha, N. Solovievaa, A. Krasnikovb, S. Zazubovichb, Role of Gd3+ in scintillating processes in Tb-doped Na–Gd, phosphate glasses, Journal of Luminescence, 94-95 (2001) 321-324.

[12] Y.U. Chunlei, L.Ia. Shunguang, Energy transfer between Gd3+ and Tb3+ in phosphate glass, Journal of Rare Earths, 29 (2011) 48-51.

[13] Chenggang Zuoa, Luminescent properties of Tb3+ and Gd3+ ions doped alumino silicate oxy fluoride glasses, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 82 (2011) 406-409.

[14] A. Faeghinia, Luminescence properties of lithium aluminium silicate glass and glass-ceramics containing nano-LaF3 and Tb/Gd, Physics and Chemistry of Glasses, European Journal of Glass Science and Technology Part B, 5 (2013) 223-227.