Al2O3:C薄膜辐射致发光现象及辐射剂量学特性研究

将深入研究本项目组在研究过程中发现的现象：用阳极氧化法制备的alpha-Al2O3:C薄膜有较强的辐射致发光（radioluminescence，RL）。该材料在受到电离辐射照射时会发出波长为415 nm的光，强度与辐照的剂量率相关。该现象可望应用于电离辐射剂量率的在线测量，在航天、国防、工业，医疗等领域的辐射剂量率快速监测中有很好的应用前景。本项目拟通过优化薄膜制备条件、后处理程序、预辐照及退火等敏化手段，探索强化RL光的薄膜制备方法，敏化发光的处理技术，进而探讨RL光强化和敏化的机理。同时研究RL光的测量方法、光谱特性，考察发光强度与电离辐射剂量率的关系，发光性能与累积辐照剂量的关系，发光响应与电离辐照种类、能量及温度等因素的关系。研究用RL光测量辐射剂量率的方法，为应用RL光实时测量辐射剂量率提供理论和实践基础，丰富辐射剂量学的测量手段。

辐射致发光强度与辐照的剂量率相关，辐射致发光现象可望应用于电离辐射剂量率的在线测量，在航天、国防、工业，医疗等领域的辐射剂量率快速监测中有很好的应用前景。本项目以草酸为电解液、采用二次阳极氧化法制备了多孔Al2O3:C薄膜，利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能量色散谱对薄膜的表面形貌、结构和成分进行了表征，研究了不同退火处理条件对薄膜的表面形貌、结晶性能、热释光和辐射致发光的影响。使用塑料光纤连接高灵敏度ICCD光谱探测器组成的系统测量了多孔A12O3：C薄膜的辐射致发光特性和剂量学特性。研究结果表明：草酸浓度为0.5mol/L、室温制备的多孔A12O3薄膜孔阵排列有序、孔径大小一致，是非晶态结构；较低温度（低于600℃）的退火处理对其表面形貌和晶态结构没有明显的影响，高温（高于800℃）退火处理对其表面形貌和晶态结构有较大影响，在退火温度为1100℃时，多孔氧化铝薄膜以α-Al2O3相为主；空气中退火处理的多孔A12O3薄膜的热释光峰值位置在200℃左右，辐射致发光峰值位于440nm附近；热释光和辐射致发光随着退火温度的升高先增大，然后又减弱，空气中600℃退火处理4小时的多孔氧化铝薄膜的热释光和辐射致发光强度最大。剂量学特性测试结果表明：空气中600℃退火处理4小时的多孔氧化铝薄膜对于Co 60伽马射线在5–1000 Gy 剂量范围内热释光是线性响应的，且具有最高的热释光灵敏度；在10-35℃范围内，Al2O3薄膜的RL发光特性受温度的影响较小；在0.01Gy/s至0.7Gy/s的剂量率范围内，多孔Al2O3薄膜的RL与剂量率呈较好的线性关系；在累积剂量增大时，多孔Al2O3薄膜的RL光强与剂量率呈非线性关系，产生饱和的累积剂量阈值在7Gy左右；1.0MeV和1.8MeV电子束及Co 60 伽马射线在多孔Al2O3薄膜样品中激发的RL光的差异小于10%。