掺碳热释光和光释光计量学晶体的制备及碳作用机理研究

碳掺杂氧化铝（Al2O3:C）晶体具有极高的热释光和光释光效率、是一种综合性能优良的热释光和光释光材料。但目前碳在Al2O3:C晶体中的存在形式及其作用机理还未有定论。而且Al2O3:C晶体一般是用提拉法在有石墨存在的强还原气氛条件下生长得到，碳掺杂量难以控制，导致晶体的热释光和光释光性能不稳定。本项目在成功生长出不同碳掺杂量的Al2O3:C晶体和制备出新型掺碳石榴石（YAG:C）晶体的基础上提出：一方面，利用温梯法单晶生长工艺的碳还原气氛及坩埚可加盖密封的特点，采用"两步法"和"一步法"研究YAG:C和Al2O3:C晶体的制备技术，重点解决晶体生长过程中碳掺杂浓度难控制、分布不均匀的问题；另一方面，对碳在YAG:C和Al2O3:C晶体热释光和光释光性能形成中的作用进行深入研究，建立理论模型，指导制备工艺。该项目的立项将为改善掺碳晶体的剂量学性能及今后发展新型掺碳晶体提供指导作用。

碳掺杂氧化铝（Al2O3:C）晶体具有极高的热释光和光释光效率、是一种综合性能优良的热释光和光释光材料。主要应用人体辐射剂量检测和环境监测。使用环境可在野外、太空、实验室、医院、核电等场所。与目前常用的LiF(MgCuP)（氟化锂（镁铜磷））相比，Al2O3:C的热释光强度更高，是LiF(MgCuP)的40-60倍，且Al2O3:C不溶于水，不潮解、硬度高，受粉尘影响后易于清洁，可在恶劣环境下正常使用；同时Al2O3:C晶体具有光释光性能，在此方面LiF(MgCuP)没有光释光性能。光释光由于具有响应速度快、测试时间短（是热释光处理速度的10倍以上）、信号检测后不消失可重复检测等优点，一旦出现类似于福岛和切尔诺贝利一样的大规模核泄漏事故，需要批量处理样品时，光释光材料的优势将更会显得突出。目前我们采用导模法生长出450*120*10mm的掺碳蓝宝石晶体，制成551mm的双面抛光热释光光释光探测器，探测器呈淡黄色透明，透过率大于85%。用Am241：59kev，X-射线：162kev，Sc137：662kev，Co60：1250kevAm、射线作为辐射源，测得热释光的3个发光峰为350K、518K和689K，伴随着辐照剂量的增加，其3个热释光峰的发光强度及主热释光峰的积分面积也随之线性增强，350K及689K处附近的热释光峰为一级动力学发光峰，518K处附近的主热释光峰为二级动力学峰；发射的波长在385-460nm范围，波峰为409nm；光释光10-15s衰减90%以上，重复10次检测结果，误差不超过1%；光释光热释光探测下限均为1*10-6Gy，光释光0-10Gy为线性，热释光0-60Gy为线性。释光Al2O3:C晶体采用导模法和提拉法在有石墨存在的强还原气氛条件下生长得到，受生长环境影响目前碳掺杂量难以精确控制，导致晶体的热释光和光释光性能一致性不稳定，批量样品的离散性大于3%，必须要通过选片控制离散性。为了获得一致性高的掺碳氧化铝材料，我们尝试制备掺碳氧化铝陶瓷，制备出直径80*10mm的掺碳氧化铝陶瓷样品，制备出5*5*1mm的释光探测器，采用Am、Co、Cs、X射线测及射线作为放射源，探测下限为510-5Gy。目前我们已经为中科院青藏所提供样品，用于高原辐射监测，记录全球变暖与高原辐射的关系；马兰基地，用于环境辐射的计量监测等.