KSr₄(BO₃)₃:Ce³⁺在制備電子順磁共振劑量計中的應用的制作方法

專利名稱：KSr₄(BO₃)₃:Ce³⁺在制備電子順磁共振劑量計中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子順磁共振探測器技術領域，尤其涉及KSr4 (BO3) 3 Ce3+在制備電子順磁共振劑量計中的應用。
背景技術：
電子順磁共振是直接檢測和研究含有未成對電子的順磁性物質的現代分析方法。目前，電子順磁共振已廣泛應用于化學、物理、材料、環境、生命科學和醫學等諸多領域。電子順磁共振劑量測量方法是Bradshaw等人于1962年提出的(W. ff. Bradshaw, D.G. Cadena, G. ff. Crawford, H. A. ff. Spetzler, The use of alanine as a solid dosimeter,Radiation Research, 1962,17, 11-21),它是利用特定樣品在福射后形成的穩定順磁中心與輻射劑量成比例的關系對輻射劑量進行測量；并提出將丙氨酸作為電子順磁共振劑量計 中的探測器材料。之后研究人員對丙氨酸電子順磁共振劑量計進行了大量的系統的研究。到1985年，基于丙氨酸的電子順磁劑量測量方法已經成功的應用于工業范圍內的輻射劑量測量中，并且這種方法在大劑量范圍內的精確度很高，可以用做不同實驗室的比對實驗。丙氨酸電子順磁共振劑量計具有如下優點1、組織等效性好；2、體積小，使用起來方便靈活；3、輻照后信號穩定；4、讀取信號不具有破壞性，能夠反復多次測量，也可以將信號累計起來測量；5、它對于光子和電子束的劑量率和能量依賴性非常小(M. Lin, T. Garcia, V. Lourenco, Y. Cui, Y. Z. Chen, F. Wang, Bi lateral comparisonof an alanine/ESR dosimetry system at radiotherapy dose levels, RadiationMeasurements, 2010，45，789-796)。鑒于這些優點，丙氨酸電子順磁共振劑量計被認為是一種經典的測量高劑量O. f IOOkGy電離輻射的劑量計而廣泛的使用。但是丙氨酸電子順磁共振劑量計在測量輻射治療級或個人防護級等低劑量電離輻射時卻不適用。因此，提高電子順磁共振劑量計的靈敏度，將電子順磁共振劑量計測量電離輻射劑量的范圍延伸至低劑量范圍是目前很多研究人員的目標。

發明內容
有鑒于此，本發明所要解決的技術問題在于提供KSr4(BO3)3 = Ce3+在制備電子順磁共振劑量計中的應用，以KSr4 (BO3) 3 Ce3+作為電子順磁劑量計中的探測材料，能夠實現對低劑量范圍電離輻射進行測量。本發明提供了一種KSr4(BO3)3 = Ce3+在制備電子順磁共振劑量計中的應用，其中，KSr4(BO3)3 = Ce3+ 中 Ce 與 Sr 的摩爾比為 0. 000Γ0. 1:1。優選的，所述Ce與Sr的摩爾比為0. 0005 0. 09 :1。優選的，所述Ce與Sr的摩爾比為0. 002 0. 08 :1。本發明還提供了一種電子順磁共振劑量計，其電子順磁共振探測材料為KSr4(BO3)3:Ce3+，其中，Ce 與 Sr 的摩爾比為 0. 0001 0. I :1。優選的，所述Ce與Sr的摩爾比為O. 0005 O. 09 :1。
優選的，所述Ce與Sr的摩爾比為O. 002 O. 08 :1。與現有技術相比，本發明將KSr4 (BO3) 3 Ce3+用作電子順磁共振劑量計中的探測材料，其中，KSr4(BO3)3:Ce3+中 Ce 與 Sr 的摩爾比為 O. ΟΟΟΓΟ. I :1。KSr4 (BO3)3:Ce3+經福照后，得到的電子順磁共振譜由六個信號組成；以最強的信號作為電子順磁共振探測信號，可實現在輻射劑量為O. 89^90. 30Gy范圍內的測量。實驗表明，以上述較強的信號作為電磁共振探測信號，在輻射劑量為O. 89^90. 30Gy范圍內，所述探測材料在所測劑量范圍內有響應，且呈線性響應，線性相關系數為O. 9997、. 9999，說明本發明所述探測材料可以用于低劑量范圍內輻射劑量的測量，且靈敏度高。此外，KSr4 (BO3)3: Ce3+材料的制備工藝簡單，原料便宜易得，生產成本低廉。


·
圖I為本發明實施例2制備的KSr4 (BO3) 3 O. 2%Ce3+材料被Y射線輻照后的電子順磁共振譜；圖2為本發明實施例2制備的KSr4(BO3)3 = O. 2%Ce3+材料對Y射線的劑量響應曲線。
具體實施例方式本發明提供了一種KSr4(BO3)3 = Ce3+在制備電子順磁共振劑量計中的應用，其中，KSr4(BO3)3 = Ce3+中Ce與Sr的摩爾比為O. ΟΟΟΓΟ. I :1，優選為0. 0005 0. 09 :1，更優選為0. 002 0. 08 :1。本發明還提供了一種電子順磁共振劑量計，其電子順磁共振探測材料為KSr4 (BO3)3: Ce3+，其中，Ce 與 Sr 的摩爾比為 0. 0001 0. I :1，優選為 0. 0005 O. 09 :1，更優選為 0. 002 ~ 0. 08 1ο本發明所述KSr4 (BO3) 3: Ce3+經輻照后，得到的電子順磁共振譜由六個信號組成；將最強的信號作為電子順磁共振探測信號，通過測量探測材料KSr4(BO3)3 = Ce3+在輻射劑量為0. 89-90. 30Gy范圍內的響應情況，實驗結果呈現較好的線性，線性相關系數為0. 9997、. 9999。在本發明中，所述KSr4 (BO3) 3 Ce3+為Ce摻雜的KSr4 (BO3) 3，其可以按照以下步驟制備獲得將碳酸鉀、碳酸鍶、硼酸或氧化硼和氧化鈰混合，預燒，所述氧化鈰和所述碳酸鍶的摩爾比為0. 0001 0. I :1 ;將預燒后的混合物研磨，在還原氣體氣氛中燒結，得到KSr4 (BO3)3: Ce3+。按照本發明，將碳酸鉀、碳酸鍶、硼酸或氧化硼和氧化鈰在研缽中充分研磨混合，在剛玉坩堝中進行預燒。所述碳酸鉀優選為分析純的碳酸鉀，所述碳酸鍶優選為分析純的碳酸鍶，所述硼酸或氧化硼優選為分析純的硼酸或氧化硼，所述氧化鈰優選為純度為99. 99%的氧化鈰；所述氧化鈰和所述碳酸鍶的摩爾比為0. 0001 0. I :1，優選為0. 0005
0.09 :1，更優選為 0. 002 0. 08 10本發明所述預燒是在空氣氣氛中進行的。所述預燒的時間優選為2飛小時，更優選為2. 5 4. 5小時；所述預燒的溫度優選為300°C 650°C，更優選為350°C 550°C。按照本發明，將預燒得到的混合物在研缽中進行研磨，在剛玉坩堝中于還原氣體氣氛中燒結，使各原料充分發生反應，得到KSr4 (BO3)3: Ce3+。所述還原氣體優選為CO、H2或N2和H2的混合氣；所述燒結的時間優選為8 20小時，更優選為1(Γ18小時；所述燒結的溫度優選為650°C 1000°C，更優選為700°C 90(TC。本發明將KSr4 (BO3) 3 Ce3+用作電子順磁共振劑量計中的探測材料，其中，KSr4(BO3)3 = Ce3+ 中 Ce 與 Sr 的摩爾比為 O. 0001 0. I :1。KSr4(BO3)3 = Ce3+經輻照后，得到的電子順磁共振譜由六個信號組成；以最強的信號作為電子順磁共振探測信號，可實現在輻射劑量為O. 89^90. 30Gy范圍內的測量。實驗表明，以較強的信號作為電磁共振探測信號，在輻射劑量為O. 89^90. 30Gy范圍內，所述探測材料在所測劑量范圍內有響應，且呈線性響應，說明本發明所述探測材料可以用作低劑量范圍內輻射劑量的測量，且靈敏度高。此外，KSr4 (BO3) 3: Ce3+材料的·制備工藝簡單，原料便宜易得，生產成本低廉。為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的KSr4(BO3)3 = Ce3+在制備電子順磁共振劑量計中的應用進行詳細描述。實施例I取Imol分析純的碳酸鉀、8mol分析純的碳酸銀、6mol分析純的硼酸和O. 004mol純度為99. 9%的氧化鈰在研缽中充分研磨均勻并烘干后放入剛玉坩堝中，在空氣氣氛中，在550°C的溫度下預燒2. 5h，將預燒得到的混合物冷卻至室溫，再次在研缽中充分研磨并混合均勻，放入剛玉坩堝中，在周圍填充碳棒的條件下，在750°C的溫度下焙燒12個小時，自然冷卻到室溫，在研缽中研磨后得到KSr4(BO3)3 = O. 05%Ce3+。KSr4 (BO3) 3 O. 05%Ce3+被IOOOGy 60Co Y射線輻照后得到的電子順磁共振譜由六個信號組成。KSr4 (BO3) 3 O. 05%Ce3+材料分別被 O. 89Gy、9. 03Gy、18. 06Gy、45. 15Gy 和 90. 30Gy 的
60Co y射線輻照，得到相應的電子順磁信號強度，獲得的電子順磁信號強度與所受輻照劑量作圖，即劑量響應曲線圖，結果表明，本發明提供的KSr4(BO3)3 = O. 05%Ce3+材料在低劑量范圍內呈現較好的線性，說明本發明的材料可用作電子順磁共振劑量計材料，且靈敏度高。實施例2取Imol分析純的碳酸鉀、8mol分析純的碳酸銀、6mol分析純的硼酸和O. 016mol純度為99. 9%的氧化鈰在研缽中充分研磨均勻并烘干后放入剛玉坩堝中，在空氣氣氛中，在500°C的溫度下預燒3h，將預燒得到的混合物冷卻至室溫，再次在研缽中充分研磨并混合均勻，放入剛玉坩堝中，在周圍填充碳棒的條件下，在700°C的溫度下焙燒10個小時，自然冷卻到室溫，在研缽中研磨后得到KSr4(BO3)3 = O. 2%Ce3+。 KSr4 (BO3) 3 O. 2%Ce3+被IOOOGy 60Co Y射線輻照后得到的電子順磁共振譜參見圖
I。圖I為本發明實施例2制備的KSr4(BO3)3:0. 2%Ce3+材料被Y射線輻照后的電子順磁共振譜。由圖I可知，KSr4(BO3)3O. 2%Ce3+材料的電子順磁共振譜由六個信號組成。KSr4 (BO3) 3 O. 2%Ce3+ 材料分別被 O. 89Gy、9. 03Gy、18. 06Gy、45. 15Gy 和 90. 30Gy 的60Co y射線輻照，得到相應的電子順磁信號強度，獲得的電子順磁信號強度與所受輻照劑量作圖，即劑量響應曲線圖，結果參見圖2，圖2為本發明實施例2制備的KSr4 (BO3)3:0. 2%Ce3+材料對Y射線的劑量響應曲線。由圖2可知，本發明提供的KSr4(BO3)3:0. 2%Ce3+材料在低劑量范圍內呈現較好的線性，線性相關系數為O. 9998，說明本發明的材料可用作電子順磁共振劑量計材料，且靈敏度高。
實施例3取Imol分析純的碳酸鉀、8mol分析純的碳酸銀、6mol分析純的硼酸和O. 16mol純度為99. 9%的氧化鈰在研缽中充分研磨均勻并烘干后放入剛玉坩堝中，在空氣氣氛中，在4500C的溫度下預燒4. 5h，將預燒得到的混合物冷卻至室溫，再次在研缽中充分研磨并混合均勻，放入剛玉坩堝中，在周圍填充碳棒的條件下，在800°C的溫度下焙燒15個小時，自然冷卻到室溫，在研缽中研磨后得到KSr4 (BO3) 3:2%Ce3+。KSr4(BO3)3:2%Ce3+被IOOOGy 60Coy射線輻照后得到的電子順磁共振譜由六個信號組成。KSr4(BO3)3:2%Ce3+ 材料分別被 O. 89Gy、9. 03Gy、18. 06Gy、45. 15Gy 和 90. 30Gy 的
60Co y射線輻照，得到相應的電子順磁信號強度，獲得的電子順磁信號強度與所受輻照劑量作圖，即劑量響應曲線圖，結果表明，本發明提供的KSr4(B03)3:2%Ce3+材料在低劑量范圍內呈現較好的線性，說明本發明的材料可用作電子順磁共振劑量計材料，且靈敏度高。 實施例4取Imol分析純的碳酸鉀、8mol分析純的碳酸銀、6mol分析純的硼酸和O. 32mol純度為99. 9%的氧化鈰在研缽中充分研磨均勻并烘干后放入剛玉坩堝中，在空氣氣氛中，在4000C的溫度下預燒3h，將預燒得到的混合物冷卻至室溫，再次在研缽中充分研磨并混合均勻，放入剛玉坩堝中，在周圍填充碳棒的條件下，在850°C的溫度下焙燒16個小時，自然冷卻到室溫，在研缽中研磨后得到KSr4 (BO3) 3:4%Ce3+。KSr4(BO3)3:4%Ce3+被IOOOGy 60Coy射線輻照后得到的電子順磁共振譜由六個信號組成。KSr4(BO3)3:4%Ce3+ 材料分別被 O. 89Gy、9. 03Gy、18. 06Gy、45. 15Gy 和 90. 30Gy 的
60Co y射線輻照，得到相應的電子順磁信號強度，獲得的電子順磁信號強度與所受輻照劑量作圖，即劑量響應曲線圖，結果表明，本發明提供的KSr4(B03)3:4%Ce3+材料在低劑量范圍內呈現較好的線性，說明本發明的材料可用作電子順磁共振劑量計材料，且靈敏度高。實施例5取Imol分析純的碳酸鉀、8mol分析純的碳酸銀、6mol分析純的硼酸和O. 64mol純度為99. 9%的氧化鈰在研缽中充分研磨均勻并烘干后放入剛玉坩堝中，在空氣氣氛中，在3500C的溫度下預燒4h，將預燒得到的混合物冷卻至室溫，再次在研缽中充分研磨并混合均勻，放入剛玉坩堝中，在周圍填充碳棒的條件下，在900°C的溫度下焙燒18個小時，自然冷卻到室溫，在研缽中研磨后得到KSr4 (BO3) 3:8%Ce3+。KSr4(BO3)3:8%Ce3+被IOOOGy 60Coy射線輻照后得到的電子順磁共振譜由六個信號組成。KSr4(BO3)3:8%Ce3+ 材料分別被 O. 89Gy、9. 03Gy、18. 06Gy、45. 15Gy 和 90. 30Gy 的
60Co y射線輻照，得到相應的電子順磁信號強度，獲得的電子順磁信號強度與所受輻照劑量作圖，即劑量響應曲線圖，結果表明，本發明提供的KSr4(B03)3:，8%Ce3+材料在低劑量范圍內呈現較好的線性，說明本發明的材料可用作電子順磁共振劑量計材料，且靈敏度高。以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.KSr4 (BO3) 3 Ce3+在制備電子順磁共振劑量計中的應用，其中，KSr4 (BO3) 3 Ce3+中Ce與Sr的摩爾比為O. 0001 O. 1:1。
2.根據權利要求I所述的應用，其特征在于，所述Ce與Sr的摩爾比為O.0005 O. 09 :Io
3.根據權利要求I所述的應用，其特征在于，所述Ce與Sr的摩爾比為O.002 O. 08 :Io
4.一種電子順磁共振劑量計，其電子順磁共振探測材料為KSr4 (BO3)3: Ce3+，其中，Ce與Sr的摩爾比為O. 0001 O. I :1。
5.根據權利要求4所述的電子順磁共振劑量計，其特征在于，所述Ce與Sr的摩爾比為O.0005 ~ O. 09 lo
6.根據權利要求4所述的電子順磁共振劑量計，其特征在于，所述Ce與Sr的摩爾比為O.002 O. 08 :1。
全文摘要
本發明提供了一種KSr4(BO3)3:Ce3+在制備電子順磁共振劑量計中的應用，其中，KSr4(BO3)3:Ce3+中Ce與Sr的摩爾比為0.0001~0.11。本發明將KSr4(BO3)3:Ce3+用作電子順磁共振劑量計中的探測材料，該探測材料經輻照后，得到的電子順磁共振譜由六個信號組成；將最強的信號作為電子順磁共振探測信號，通過測量探測材料KSr4(BO3)3:Ce3+在輻射劑量為0.89~90.30Gy范圍內的響應情況，實驗結果呈現較好的線性，是很好的電子順磁共振劑量計探測材料。此外，KSr4(BO3)3:Ce3+的制備工藝簡單，生產成本低廉。
文檔編號G01T1/02GK102879795SQ20121038474
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者李成宇, 姜麗宏, 蘇鏘 申請人:中國科學院長春應用化學研究所