بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله ساخت یک دزیمتر پرتوهای هسته ای با حساسیت بالا جهت استفاده در اندازه گیری تشعشعات رادیواکتیو در زیست بومهای بیابانی ارائه می گردد. میزان اندازه گیری شده می تواند برنامه ریزان وحامیان محیط زیست و نیز سلامتی انسانهایی که در بازه های نزدیک به بومهای بیابانی اسکان یافته اند را جهت اندیشیدن تمهیدات مناسب یاری بخشد. این دزیمتر علاوه بر قابلیت حمل ونقل آسان وقیمت تمام شده پایین نسبت به مشابه خارجی خود دارای حساسیتی بالتر نیط می باشد که دقت آن را در تحقیقات ایمنی زیستی وسلامتی انسانها تضمین می نماید. در این مقاله منحنی های درخشندگی ،محوشدگی وحساسیت این دزیمتر نیز ارائه می گردد تا قابلیتهای آن در بررسی مخاطرات زیستی تشعشعات هسته ای به خوبی نشان داده شود.
-1 مقدمه
CaSO4:Dy - TLD-900 - یک ماده بساری مناسب برای دُزیمتری پرتوهای هسته ای درمحیطو دُز زیاد می باشد. کاربرد روز افزون این دزیمتر در تحقیقات هسته ای لزوم ساخت و بررسی خواص آن را در کشور دو چندان می کند. استفاده گسترده از اینTLD در دزیمتری محیط و کاربرد ویژه این ماده برای تعیین عمردر تحقیقات زمین شناسی وباستانشناسی، آن را به یک ماده استراتژیک تبدیل کرده است.افزایش استفاده از TLD-900 در تحقیقات بیابانی-باستانی، در درجه اول بدلیل حساسیت بالای - حساسیت30 تا 50 برابر-TLD - 100 این ماده است که آنرا به مناسب ترین دزیمتر برای اندازه گیری مقادیر بسیارکم دُز پرتو تبدیل می کند و حتی اندازه گیری دز پرتو گاما با این دزیمتر تا 2 µSv نیز گزارش شده است.
این موضوع به دلیل وجود کانیهای حاوی ماسه،ماربل،کوارتزیت،گچ ،رس وامثال آن در بومهای بیابانی که تشعشعات هسته ای متوسطی از خود نشان می دهند اهمیت خاصی می یابد. فعالیت و یا مقادیر جزیی رادیواکتیویته شماری از سنگهای نمونه در جدول 1 ارائه شده است. وابستگی خطی دز، در یک بازه گسترده ای ازدُزیمتر پرتو مورد نظر در نمایش محیط و البته ارزان بودن مواد اولیه این دزیمتر، از دیگر عوامل افزایش بیش از پیش کاربرد TLD-900 می باشد.در این تحقیق CaSO4:Dy به روش شیمیایی ساخته شدو منحنی درخشندگی و حساسیت این ماده مورد بررسی قرار می گیرد. تأثیرمیزان ناخالصیDy در شکل منحنی درخشندگی و حساسیت این ماده، نیز ازاهداف این نوآوری می باشد که در سازمان ثبت مالکیت فکری ایران به ثبت اختراع رسیده است
-2 روش ساخت قرص
برای ساخت قرص CaSO4:Dy ابتدا CaSO4 بهمراه Dy2O3 در اسید سولفوریک در دمای 300oC حل شد. سپس محلول تا تبخبر کامل اسید گرمادهی شد. حاصل پودر قهوه ای رنگ CaSO4:Dy بود با دانه هایی در اندازه های مختلف که ما بدون انتخاب اندازه ای خاص از دانه ها اقدام به ساخت قرص کردیم. پودر تحت نیروی0/5تُن ، بوسیله پرس دستی به قرص هایی به قطر 6mm تبدیل شد. برای آلاییده کردن4 شبکه بلور CaSO4 با Dy قرص های حاصل بمدت یک ساعت در دمای700oC گرما داده شد - پخت اولیه - . این کار باعث داخل شدن یون های Dy در شبکه بلور ماده میزبان می شود . در این مرحله تقریباً %20 از ماده تبخیر شد و اندازه قطر قرص ها به 5mm ، ضخامت آن ها به 0/7 mm و وزن آن ها به 54mg کاهش یافت که کاهش وزن بدلیل تبخیر اکسیژن می باشد.
نمونه ای از قرص های ساخته شده در شکل 1 نمایش یافته است. پیش بینی می شد تغییر میزان ناخالصی Dy در این ماده باعث تغییر حساسیت آن شود . بنابراین قرص های CaSO4:Dy با مقادیر مختلف ناخالصی دیسپروسیم - Dy - ، 0/2 mol% ، 0/15 و 0/11 ساخته شد. چشمه گاما مورد استفاده در این تحقیق ،60Co مدلPikerV9با آهنگ دُز 0/37 Gy می min باشد وقرصها بوسیله قرائت گر5TLD مجارستانی - - 1986 خوانده6 شده اند. پس از هربار پرتو دهی و قرائت، برای صفر کردن قرصها یا به عبارتی خالی کردن قرصها از انرژی ذخیره شده ، قرص ها مطابق با دستورالعمل های رایج بمدت یک ساعت در دمای400oC بازپخت1 شده است.
عمل بازپخت از طرفی سبب باز ترکیب الکترون وحفره های برانگیخته می شود و ته مانده انرژی ذخیره شده در TLD را آزاد می کند و از سوی دیگر با جابجا کردن برخی ترازها و مراکز بین شبکه ای2 که با پرتودهی ایجاد شده اند، تا حدودی باعث بازگرداندن شبکه بلور به شکل اولیه خود می شود. کوره مورد استفاده برایبازپخت ، دو لیتری اِلمنتی با دقت3 oC ، ساخت ایران است. در این پروژه منحنی های درخشندگی CaSO4:Dy با سه مقدار مختلف 0/2 mol% ، 0/15 و0/11 ناخالصی دیسپروسیم مورد بررسی قرار گرفت.
-3بررسی خواص دُزیمتر ساخته شده
1-3 منحنی های درخشندگی
منحنی های درخشندگی بدست آمده برایCaSO4:Dy با مقادیر مختلف ناخالصی - شکل - 2 بسیار مشابه اند. همه دارای یک قله دما کم در دمای100oC و یک قله دما زیاد - قله اصلی یا قله دزیمتری - در دمای160 oC تا 170oC می باشد . نمونه های از منحنی های درخشندگی با مقادیر متفاوت ناخالصی در شکل 2 نمایش یافته . قله دزیمتری در قرصهایCaSO4:Dy ساخت شرکت Harshawمعمولاٌ نزدیک220oC می باشد. تمام تلاشها برای نزدیک کردن دمای قله دزیمتری به دمای200oC صورت می پذیرد. عوامل متعددی در تغییر دمای قله اصلی سهیم هستند که مهم ترین آنها اندازه دانه های CaSO4:Dy می باشد .
اندازه دانه ها به نحوه شکل گیری بلور در هنگام خشک شدن ماده ، دمای گرمادهی پس از حل کردن مواد در اسید سولفوریک و سطح تماس مواد با گرم کن بستگی دارد. البته برای کاربردهای خاص قرص ها با قله اصلی در دمای خاص مورد نیاز است وبرای این منظور ماده ساخته شده در حالت پودری الک می شود تا دانه هایی با اندازه های خاص در ساخت قرص شرکت داده شوند . وجود نا خالصی های نا خواسته در ماده تولید شده که منشأ های گوناگونی چون ناخالصی مواد اصلی، مواد نشتی از ظروف و وسایل ومحیط تولید ماده دارد ، نیز سبب تغییر درقله اصلی دزیمتری می شود.
