سنتز نانوفسفر دزیمتر ترمولومینسانس تری‌بورات لیتیم با ناخالصی آلومینیوم و بررسی پارامترهای سینتیک آن

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تخصصی، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

2 استاد، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

3 استادیار، گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

4 استادیار، پژوهشکده‌ی راکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: دزیمترهای ترمولومینسانس از پرکاربردترین دزیمترهای غیر فعال درون‌تنی محسوب می‌شوند. نانوفسفرها، در مقایسه با مواد استاندارد موجود، خواص دزیمتری مناسب‌تری دارند. هدف از انجام این مطالعه، سنتز و تعیین پارامترهای سینتیکی نانوفسفری معادل با بافت انسان برای کاربردهای پزشکی بود.روش‌ها: پس از سنتز نانوفسفر Nanocrystalline lithium triborate (LiB3O5)، ساختار و ابعاد آن با استفاده از واکاوی الگوی پراش پرتوی ایکس (X-ray diffraction یا XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning electron microscope یا SEM) بررسی شد. ناخالصی‌هایی با درصد وزنی مختلف (5/0، 1 و 2) به نانوفسفر اضافه گردید تا مناسب‌ترین ترکیب به عنوان دزیمتر قابل استفاده در پزشکی انتخاب گردد. پارامترهای سینتیک قله‌ی منحنی درخشندگی به چهار روش محاسبه و نتایج حاصل از این روش‌ها با هم مقایسه شدند.یافته‌ها: واکاوی SEM و XRD مشخص نمود که ابعاد ذرات LiB3O5:Al کمتر از 100 نانومتر و با خلوص به نسبت بالایی است. با پرتودهی و خوانش نمونه‌ها، بهترین موقعیت و بیشترین شدت پیک منحنی درخشندگی با اضافه نمودن دو درصد وزنی ناخالصی آلومینیوم، در پیک دمایی 183 درجه‌ی سانتی‌گراد به دست آمد.نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از روش‌های مختلف مورد مطالعه، هم‌خوانی خوبی نداشتند. مقدار میانگین انرژی فعال‌سازی محاسبه شده، 2433/1 الکترون‌ولت بود که تراز انرژی مناسبی برای خوانشگر دزیمتر می‌باشد. با مقایسه‌ی مقادیر تجربی و محاسباتی، صحت روش‌های محاسباتی تأیید گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Synthesis and Study of Kinetic Parameters of Nanophosphor LiB3O5: Al

نویسندگان [English]

  • Parvin Kaviani 1
  • Daryoush Shahbazi-Gahrouei 2
  • Akbar Abdisaray 3
  • Jamshid Khorsandi 4
1 PhD Student, Department of Medical Physics, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
2 Professor, Department of Medical Physics, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Physics, School of Sciences, Urmia University, Urmia, Iran
4 Assistant Professor, Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Atomic Energy Organization of Iran, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background: Thermoluminescence dosimeters are the most widely used inactive in vivo dosimeters. Nanoparticles have more suitable dosimetry properties than similar bulk materials. The purpose of this study was to synthesize and to determine the kinetic parameters of nanophosphor equivalent to human tissue for using in medical purposes.Methods: After synthesis of LiB3O5 nanophosphor, structure and its dimensions were investigated using X-ray diffraction pattern (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Different activators were added to each nanophosphor with 0.5, 1, and 2 percent of weight, to select the most suitable compound as a usable thermoluminescence dosimeter in medicine. The kinetic parameters of the glow peaks were calculated using four methods, and the results of these methods were compared.Findings: SEM and XRD analysis showed that the dimensions of synthesized phosphorus were less than 100 nm, and had a relatively high purity. By irradiating and reading the samples, the best peak position and intensity of the glow curve were obtained by 2 percent of weight aluminum (Al) activator at the peak temperature of 183 °C.Conclusion: The results of different methods were in good agreement. The calculated mean value of the activation energy was 1.243 eV, which had a good energy level for the thermoluminescent dosimeter (TLD) reader. By comparing the experimental and computational values, the validity of the computational methods was confirmed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Phosphorus
  • Nanoparticles
  • Thermoluminescent dosimetry
  • Lithium triborate

مراجع

  1. Schreiner LJ, Holmes O, Salomons G. Analysis and evaluation of planned and delivered dose distributions: practical concerns with γ- and χ- Evaluations. 2013; 444: 012016.
  2. Kortov V. Materials for thermoluminescent dosimetry: Current status and future trends. Radiat Meas 2007; 42(4): 576-81.
  3. Khalilzadeh N, Saion E, Shaari AH, Hashim M, Ahmad M, Crouse K, et al. Synthesis and evaluation nanoparticles of lithium tetraboaret polycrystalline doped with transitional metals. Proceedings of the 5th Fundamental Science Congress 2013 (FSC 2013); 2013 Aug 20-21; Selangor, Malaysia.
  4. Yazici AN, Chen R, Solak S, Yegingil Z. The analysis of thermoluminescent glow peaks of CaF2: Dy (TLD-200) after -a-irradiation. J Phys D Appl Phys 2002; 35(20): 2526-35.
  5. Mayles P, Nahum AE, Rοsenwald JC. Handbοοk οf radiοtherapy physics: Theory and practice. Boca Raton, FL: CRC Press; 2007.
  6. Furetta C, Prokic M, Salamon R, Prokic V, Kitis G. Dosimetric characteristics of tissue equivalent thermoluminescent solid TL detectors based on lithium borate. Nucl Instrum Methods Phys Res A 2001; 456(3): 411-7.
  7. Pekpak E, Yilmaz A, Ozbayoglu G. An overview on preparation and tl characterization of lithium borates for dosimetric use. The Open Mineral Processing Journal 2010; 3: 14-24.
  8. Depci T. Synthesis and characterization of lithium triborate by different synthesis methods and theirthermoluminescentproperties [PhD Thesis]. Ankara, Turkey: Middle East Technical University; 2009.
  9. Erfani Haghiri M, Saion E, Soltani N, wan Abdullah WS, Navasery M, Hashim M. Thermoluminescence characteristics of copper activated calcium borate nanocrystals (CaB4O7:Cu). J Lumin 2013; 141: 177-83.
  10. Samariha B, Rezaee Ebrahim Saraee K. Effects of annealing on the thermoluminescence characteristics of Dy and Tb doped SrSO4 nanophosphor under gamma excitation. J Lumin 2018; 198: 389-99.
  11. Pandey A, Bahl S, Sharma K, Ranjan R, Kumar P, Lochab SP, et al. Thermoluminescence properties of nanocrystalline K2Ca2(SO4)3:Eu irradiated with gamma rays and proton beam. Nucl Instrum Methods Phys Res B 2011; 269(3): 216-22.
  12. Kananen BE, McClory JW, Giles NC, Halliburton LE. Copper-doped lithium triborate (LiB3O5) crystals: A photoluminescence, thermoluminescence, and electron paramagnetic resonance study. J Lumin 2018; 194: 700-5.
  13. Yazici AN, Haciybrahymoolu MY. Determination of the trapping parameters of glow peaks of CAF2:DY(TLD-200) by using Computer Glov Curve Deconcolution Method. Turk J Phys 2001; 25(3): 249-56.
  14. Zahedifar M, Almasifard F, Sadeghi E, Harooni S, Kashefi Biroon M. Thermoluminescence dosimetry properties and kinetic analysis of MgSO4:Dy microcrystalline prepared by solid state method. Radiat Meas 2017; 103: 26-32.
  15. Karmakar M. On the initial rise method for kinetic analysis in thermally stimulated luminescence. Indian J Sci Technol 2012; 5(11): 3674-7.
  16. Chen R, McKeever SWS. Theory of thermoluminescence and related phenomena. ‎Singapore, Singapore: World Scientific; 1997.
  17. Chen R. On the order of kinetics in the study of thermoluminescence. J Phys D Appl Phys 1983; 16(6): L107-L114.
  18. Sang ND. Estimation of the activation energy values fromthe thermoluminescence glow curves to detect irradiated Chilli powder. Journal of Science: Natural Sciences and Technology 2017; 14(3): 140-8.
  19. Kitis G, Furetta C, Prokic M, Prokic V. Kinetic parameters of some tissue equivalent thermoluminescence materials. J Phys D Appl Phys 2000; 33(11): 1252-62.
  20. Knezevic Z, Ranogajec-Komor M, Miljanic S. Effect of dopants on TL characteristics of LiF:Mg,Cu,P detectors. Radiat Meas 2010; 45(3): 573-5.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 37، شماره 517 - شماره پیاپی 517
فروردین و اردیبهشت 1398
صفحه 154-160

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 14 اسفند 1397
  • تاریخ بازنگری: 06 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار