Chế tạo vật liệu k2gdf5tb bằng phương pháp pha rắn ứng dụng trong đo liều.doc

Dịch vụ viết thuê đề tài – KB Zalo/Tele 0917.193.864 – luanvantrust.com
Kham thảo miễn phí – Kết bạn Zalo/Tele mình 0917.193.864
BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Trần Thị Thanh Lam
CHẾ TẠO VẬT LIỆU K2GdF5:Tb BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHA RẮN ỨNG DỤNG TRONG ĐO LIỀU
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
Khánh Hòa –

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
CHẾ TẠO VẬT LIỆU K2GdF5:Tb BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHA RẮN ỨNG DỤNG TRONG ĐO LIỀU
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
Mã số: 8 52 04 01
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Hà Xuân Vinh
Khánh Hòa -

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực
hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Hà Xuân Vinh. Các số liệu,
những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này hoàn toàn
trung thực. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.
Khánh Hòa, tháng 7 năm 2020
Tác giả

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu tôi đã nhận được sự giúp
đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo quản lý và giảng dạy lớp
Vật lý kỹ thuật – 2018 Nha Trang tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng
Công nghệ Nha Trang. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng
biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Hà Xuân Vinh - Viện Nghiên cứu và Ứng
dụng Công nghệ Nha Trang, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ
về kiến thức, tài liệu và phương pháp để tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn:
- Học viện Khoa học và Công nghệ; Sở Giáo dục và Đào tạo
Khánh Hòa; Thầy Nguyễn Quốc Đạt- Hiệu trưởng trường THPT Lê
Hồng Phong đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong
quá trình học tập và nghiên cứu.
- Bên cạnh đó sự giúp đỡ của gia đình, đồng nghiệp, bạn bè
và người thân đã ủng hộ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể tập
trung nghiên cứu và hoàn thành đề tài này.
Tuy có nhiều cố gắng, nhưng trong đề tài nghiên cứu không tránh khỏi
những thiếu sót. Rất mong nhận được các ý kiến đóng góp chân thành từ các
thầy cô giáo, đồng nghiệp và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Khánh Hòa, tháng 7 năm 2020

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TL: Thermo-Stimulated Luminescence PL:
Photoluminescence
PLE: Photoluminescence Excitation
SEM: Scanning Electron Microscope
XRD: X-ray diffraction
RE: Rare Earth
NITRA: Nha trang Institute of Technology Reseach and Application
JCPDS: Joint Committee on Powder Diffraction Standards

DANH MỤC CÁC BẢNG
Nội dung Trang
Bảng 2.1. Các thông số vật lí của nguyên liệu 26
Bảng 2.2. Các chỉ số Miller tương ứng vị trí các đỉnh 35
Bảng 3.1. Bảng khối lượng hóa chất tổng hợp vật liệu K2GdF5:Tb 38
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của nhiệt độ đỉnh, cường độ đỉnh vào tốc 52
độ gia nhiệt
Bảng 3.3. Kết quả đo fading của K2GdF5:Tb chiếu xạ gamma 58
Bảng 3.4. Kết quả đo fading của mẫu K2GdF5:Tb chiếu xạ neutron 59
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ Tb3+
lên TL khi chiếu xạ beta 61
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ lên đường TL khi chiếu neutron 63

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Nội dung Trang
Hình 1.1. Giản đồ các mức năng lượng của ion đất hiếm của Dieke 11
Hình 1.2. Sơ đồ chuyển mức năng lượng của ion Tb3+
[18] 13
Hình 1.3. Sơ đồ chuyển mức năng lượng của ion Gd3+
14
Hình 1.4. Mô hình đơn giản của nhiệt phát quang gồm 2 mức đối với 16
hạt tải điện là điện tử
Hình 1.5. Nguồn bức xạ beta: Sr-90 / Y-90 23
Hình 1.6. Nguồn bức xạ gamma: Co-60 24
Hình 2.1. Cấu trúc mạng tinh thể GdF3 và TbF3 [22] 27
Hình 2.2. Các lọ hóa chất KF.2H2O, GdF3, TbF3 28
Hình 2.3. Thiết bị nung và hút chân không làm khan KF 28
Hình 2.4. Cho KF khan vào bì và cân các thành phần nguyên liệu 29
Hình 2.5. Nghiền hỗn hợp. 29
Hình 2.6. Các thiết bị cần thiết trong quá trình nung mẫu 31
Hình 2.7. Hình ảnh trong quá trình nghiền và sản phẩm K2GdF5:Tb 32
Hình 2.8. Sơ đồ quy trình chế tạo mẫu 33
Hình 2.9. Giản đồ nhiễu xạ tia X của K2GdF5 trong JCPDS 34
Hình 2.10. Cấu hình không gian của tinh thể K2GdF5 [22] 36

Hình 3.1. Mẫu sau khi chế tạo đã được đóng gói để chiếu xạ 38
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của K2GdF5:Tb với các nồng độ khác 40
nhau
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu K2GdF5:Tb (10 %) 41
Hình 3.4. So sánh các vạch nhiễu xạ của K2GdF5 và K2TbF5 41
Hình 3.5. Các liên kết không gian và cấu trúc mạng tinh thể K2GdF5 42
Hình 3.6. Cấu trúc mạng tinh thể của K2GdF5 [22] 43
Hình 3.7. So sánh hình thái bề mặt theo nồng độ pha tạp 44
Hình 3.8. Hình thái bề mặt theo nồng độ pha tạp Tb3+
(10 %) 45
Hình 3.9. Phổ PL của K2GdF5:Tb với các nồng độ Tb3+
khác nhau 46
Hình 3.10. Phổ PL của vật liệu K2GdF5:Tb (10 %) 46
Hình 3.11. Phổ PL của K2TbF5, K2GdF5 và K2GdF5:Tb (10 %) 47
Hình 3.12. Phổ kích thích của K2GdF5:Tb (10 %) với λmonitor = 545 nm 48
Hình 3.13. Phổ kích thích của K2TbF5, K2GdF5 và K2GdF5:Tb (10 %) 48
Hình 3.14. Phổ hấp thụ của K2GdF5:Tb (10 %) 49
Hình 3.15. Chuyển giao năng lượng của cặp ion Gd3+
-Tb3+
50
Hình 3.16. Đường cong nhiệt phát quang của vật liệu K2GdF5:Tb (10 51
%) khi chiếu gamma.
Hình 3.17. Các đường TL của mẫu nghiên cứu 53

Hình 3.18. Dạng phổ của mẫu K2GdF5:Tb khi chiếu các
nguồn bức xạ khác nhau
Hình 3.19. Các đường TL của mẫu chiếu xạ beta với các
liều chiếu khác nhau, = 10 °C/s
Hình 3.20. Các đường TL của mẫu chiếu xạ neutron với các
liều chiếu khác nhau, = 10 °C/s
Hình 3.21. Các đường TL của mẫu chiếu xạ gamma với
các liều chiếu khác nhau, = 10 °C/s
Hình 3.22. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên đường cong
TL chiếu xạ beta
Hình 3.23. Ảnh hưởng của nồng độ lên đường cong TL chiếu
xạ neutron
54
55
56
57
61
62

1
MỤC LỤC
Nội dung Trang
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 8
1.1. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU 8
1.1.1. Phương pháp phản ứng pha rắn 8
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng pha rắn 9
1.2. MỘT SỐ PHÉP ĐO XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CÁC VẬT 10
LIỆU
1.2.1. Phép đo XRD 10
1.2.2. Đo ảnh SEM 10
1.2.3. Đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích 11
1.2.4. Tính chất quang học của các nguyên tố đất hiếm 11
1.3. TÍNH CHẤT NHIỆT PHÁT QUANG 15
1.3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt phát quang 15
1.3.1.1. Khái niệm hiện tượng nhiệt phát quang 15
1.3.1.2. Giải thích hiện tượng nhiệt phát quang 16

2
1.3.2. Các vật liệu được sử dụng làm liều kế 18
1.3.3. Các tính chất của vật liệu làm liều kế nhiệt phát 20
quang
1.3.3.1. Tính chất của vật liệu làm liều kế nhiệt phát quang 20
1.3.3.2. Yêu cầu đáp ứng liều tuyến tính của vật liệu làm liều kế 21
1.3.4. Đặc tính của vật liệu dùng trong đo liều 22
1.4. TIA PHÓNG XẠ VÀ NGUỒN PHÓNG XẠ 23
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN 26
CỨU
2.1. CHẾ TẠO VẬT LIỆU THEO PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG 26
PHA RẮN
2.1.1. Tính chất hóa lý các nguyên liệu 26
2.1.2. Chuẩn bị nguyên liệu 27
2.1.3. Quy trình chế tạo mẫu 28
2.1.3.1. Làm khan KF 28
2.1.3.2. Cân nguyên liệu 29
2.1.3.3. Trộn và nghiền mẫu 29
2.1.3.4. Nung mẫu để thực hiện phản ứng pha rắn 30
2.1.3.5. Nghiền, rửa và sấy nguyên liệu và sản phẩm 31
2.1.3.6. Ủ nhiệt và đóng gói 32
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VẬT LIỆU 34

3
2.2.1. Xác định cấu trúc tinh thể bằng đo XRD 34
2.2.2. Đo hình dạng bề mặt bằng chụp ảnh SEM 37
2.2.3. Đo các phổ phát quang và phổ kích thích của vật liệu 37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38
3.1. KẾT QUẢ CHẾ TẠO MẪU 38
3.2. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT TINH THỂ BẰNG ĐO 40
XRD
3.3. KẾT QUẢ ĐO HÌNH DẠNG BỀ MẶT BẰNG CHỤP ẢNH 43
SEM
3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG 45
3.4.1. Kết quả đo phổ huỳnh quang và phổ kích thích 45
3.4.1.1. Kết quả đo phổ huỳnh quang 45
3.4.1.2. Kết quả đo phổ kích thích 47
3.4.2. Kết quả đo phổ hấp thụ 49
3.4.3. Vai trò tương tác của cặp ion Gd3+
- Tb3+
50
3.5. TÍNH CHẤT NHIỆT PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU 50
3.5.1. Phân tích đường cong nhiệt phát quang 51
3.5.2. Kết quả ảnh hưởng của liều chiếu lên đường TL 54

4
3.5.2.1. Kết quả đáp ứng liều đối với bức xạ beta 55
3.5.2.2. Kết quả đáp ứng liều đối với bức xạ neutron 56
3.5.2.3. Kết quả đáp ứng liều đối với bức xạ gamma 57
3.5.3. Ảnh hưởng của suy giảm cường độ theo thời gian 58
(fading)
3.5.3.1. Kết quả sự suy giảm cường độ TL khi chiếu xạ gamma 58
3.5.3.2 Kết quả sự suy giảm cường độ TL khi chiếu xạ neutron 59
3.5.4. Ảnh hưởng của nồng độ Tb+3
pha tạp trong tinh thể 60
K2GdF5
3.5.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp khi chiếu beta 60
3.5.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp khi chiếu neutron 62
KẾT LUẬN CHUNG 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

5
MỞ ĐẦU
Nhiệt phát quang đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều
xạ trị, đo liều môi trường và nghiên cứu vật liệu. Đây là phương pháp tin
cậy để đo liều bức xạ tích lũy theo thời gian, được các cơ quan kiểm định
liều chiếu cá nhân công nhận. Trong bối cảnh Việt Nam, ngày càng có
nhiều cơ sở y tế ứng dụng các nguồn phóng xạ trong điều trị, chiếu xạ tiệt
trùng nên nhu cầu liều kế có độ nhạy cao và tin cậy là hết sức cần thiết.
Có nhiều loại liều kế nhiệt phát quang đã được nghiên cứu chế tạo
như CaSO4:Dy; LiF:Mg,Ti … , đây là các liều kế thông dụng trong đo liều
gamma. Hiện nay, đã có thêm các nguồn bức xạ mới như beta, neutron
được đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, do đó chúng ta cần nghiên
cứu các liều kế đáp ứng được với các loại bức xạ khác nhau.
Trong hướng nghiên cứu liều kế dùng cho liều neutron, xuất phát từ
tiết diện bắt neutron khá lớn của nguyên tố Gadolinium, nên có thể ứng
dụng các hợp chất có Gadolinium làm liều kế trong lĩnh vực đo neutron.
Về tính chất nhiệt phát quang, các hợp chất Fluoride pha tạp ion đất
hiếm (RE) có cường độ nhiệt phát quang rất cao, trong đó có vật liệu
K2GdF5. Việc pha tạp các nguyên tố đất hiếm có thể nâng cao hiệu suất
phát quang, nên hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu phát quang K2GdF5
pha tạp Tb dùng làm liều kế bức xạ hạt nhân rất hứa hẹn trong thực tế. Vật
liệu này có thể ứng dụng trong đo liều bức xạ hạt nhân, đặc biệt trong đo
liều neutron. Do đó, việc chế tạo vật liệu nhiệt phát quang nền Fluoride pha
tạp RE là nhu cầu cấp thiết trong khoa học và ứng dụng thực tiễn.
Gần đây một số tinh thể K2GdF5 pha tạp RE đã được tập trung
nghiên cứu, vật liệu này được chế tạo theo phương pháp phản ứng
pha rắn. Tính chất nhiệt phát quang của K2GdF5 pha tạp RE đã được
nghiên cứu và ứng dụng trong đo liều bức xạ hạt nhân. Dựa trên một
số kết quả nghiên cứu của phòng Vật lý ứng dụng - Viện Nghiên cứu
và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã chế tạo một số vật liệu dùng
làm liều kế trong đó có các vật liệu Fluoride pha RE.

6
Xuất phát từ các yêu cầu trên, tôi đã thực hiện đề tài “Chế tạo vật
liệu K2GdF5:Tb bằng phương pháp pha rắn ứng dụng trong đo liều”.
Trong đề tài này, tôi đã nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu
pha tạp Tb3+
trong vật liệu nền K2GdF5 bằng phương pháp pha rắn, nghiên
cứu tỉ lệ pha tạp để có được các liều kế với các độ nhạy khác nhau. Ngoài
ra còn nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nung và nhiệt độ nung để vật
liệu có độ nhạy nhiệt phát quang cao. Đề tài cũng đã xác định một số tính
chất tinh thể và quang học của vật liệu và tính chất nhiệt phát quang.
Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu K2GdF5 pha tạp Terbium (Tb) với
nồng độ pha tạp khác nhau.
- Xác định một số tính chất quang và nhiệt phát quang của vật
liệu K2GdF5 pha tạp Terbium. Từ đó có thể xác định được khả
năng ứng dụng vật liệu K2GdF5:Tb làm liều kế bức xạ hạt nhân.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu K2GdF5:Tb bằng
phương pháp pha rắn.
Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện công nghệ chế tạo vật
liệu (nhiệt độ, thời gian nung, môi trường, nồng độ pha tạp) lên
cấu trúc tinh thể và tính chất quang của K2GdF5:Tb.
Xác định tính chất của vật liệu đã chế tạo bao gồm: Xác định
cấu trúc tinh thể, xác định hình thái bề mặt, các quang phổ và tính
chất nhiệt phát quang của vật liệu.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tính chất hóa lý và phản ứng của các vật liệu
KF, GdF3, TbF3, K2GdF5 pha tạp Tb3+
.
- Thực nghiệm chế tạo vật liệu K2GdF5 pha tạp Tb3+
với nồng
độ khác nhau theo phương pháp phản ứng pha rắn ở nhiệt độ cao.

7
- Nghiên cứu giản đồ XRD, ảnh SEM, phổ huỳnh quang (PL) và
phổ kích thích (PLE), để xác định cấu trúc tinh thể và hình dạng bề mặt
và các đặc tính quang của vật liệu. Phân tích đường cong nhiệt phát
quang, từ đó tìm hiểu các tính chất nhiệt phát quang của vật liệu cũng
như sự phụ thuộc của các tính chất đó vào thành phần vật liệu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Việc nghiên cứu luận văn sẽ hiểu rõ hơn về phương pháp chế
tạo vật liệu K2GdF5 pha tạp Tb3+
, về cấu trúc tinh thể, về tính chất
nhiệt phát quang cũng như ứng dụng của vật liệu này.
Đây là một vật liệu mới có thể làm liều kế chuyên dụng cho
bức xạ mà nhất là ứng dụng trong đo liều neutron.
Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo luận văn
được chia làm 3 chương:
Chương I: Trình bày tổng quan về phương pháp chế tạo vật liệu, một
số phép đo xác định tính chất các vật liệu và tính chất nhiệt phát quang.
Chương II: Trình bày quá trình chế tạo mẫu, cách xác định cấu trúc
vật liệu và đo nhiệt phát quang các mẫu đã chế tạo nhằm nghiên cứu ảnh
hưởng suy giảm cường độ theo thời gian và của nồng độ pha tạp Tb3+
.
Chương III: Trình bày kết quả của quá trình thực nghiệm chế tạo
mẫu, nêu tính chất của vật liệu và đánh giá tính chất nhiệt phát quang
của vật liệu ở trên và đưa ra những ý kiến thảo luận về kết quả thu nhận
được làm cơ sở cho những nhận xét, kiến nghị trong phần kết luận.
Cuối cùng là phần kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu của luận văn.

8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU
Hiện nay vật liệu K2GdF5 được tổng hợp theo phương pháp thủy
nhiệt hoặc phương pháp phản ứng pha rắn. Điều kiện thực hiện của
phương pháp thủy nhiệt của các vật liệu này là rất phức tạp, với nhiệt độ
550 °C và áp suất 1000 atm. Do không có thiết bị để thực hiện phương
pháp thủy nhiệt nên tôi nghiên cứu chế tạo vật liệu K2GdF5 pha tạp các ion
đất hiếm theo phương pháp phản ứng pha rắn ở nhiệt độ cao [1], [6], [15].
1.1.1. Phương pháp phản ứng pha rắn
Phản ứng pha rắn là phản ứng được đặc trưng bằng tương
tác giữa chất rắn và chất rắn khi nung khối nguyên liệu ở nhiệt độ
cao [3], [4]. Khi đó, trong hệ có thể xảy ra nhiều quá trình hoá lý
phức tạp như quá trình tạo thành khuyết tật trong mạng tinh thể,
quá trình chuyển pha, quá trình thiêu kết, tương tác hoá học…
Phản ứng chỉ xảy ra tại bề mặt tiếp xúc tại hai pha rắn của chất tham gia khi
nung hỗn hợp. Tốc độ phản ứng pha rắn tỷ lệ với nhiệt độ phản ứng, các tâm
phản ứng được hình thành ở bên cạnh các khuyết tật hoặc tại các cấu trúc tinh
thể vừa mới bị phân hủy. Ban đầu các tâm phản ứng tăng dần do sự phát triển
của mạng pha cũ bị xô lệch và tạo điều kiện cho tâm mới xuất hiện. Các tâm phản
ứng này tồn tại độc lập hoặc phủ lên nhau thành một mặt thống nhất nên tốc độ
phản ứng tăng lên nhanh chóng. Sau đó, bề mặt ranh giới pha giảm khiến cho tốc
độ phản ứng giảm xuống. Tốc độ của phản ứng pha rắn được quyết định bởi quá
trình khuếch tán các chất phản ứng trong sản phẩm. Tốc độ phản ứng còn phụ
thuộc vào các khuyết tật trong mạng tinh thể, kích thước của hạt, thành phần của
hỗn hợp, cấu trúc của nguyên liệu và sản phẩm .
Cơ chế của phản ứng pha rắn: Chủ yếu dựa trên cơ chế khuếch
tán. Trong đó, hầu hết sự khuếch tán trong tinh thể chất rắn xảy ra bằng
cách di chuyển các nút trống, các ion hay các nguyên tử xen kẽ.

9
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng
pha rắn - Ảnh hưởng của cấu trúc tinh thể
Phản ứng pha rắn không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học và
thành phần pha mà còn phụ thuộc vào cấu trúc mạng tinh thể. Trong quá trình
khuếch tán để chuyển chất đến bề mặt phản ứng thì nồng độ và năng lượng
hoạt hóa của chất rắn phụ thuộc vào trạng thái tinh thể. Sự tồn tại khuyết tật
không cân bằng tác động đến việc làm sai lệch cấu trúc, điều này liên quan
đến hình thái tinh thể, đóng vai trò quan trọng trong phản ứng [3].
- Ảnh hưởng của kích thước hạt
Kích thước hạt ảnh hưởng rất lớn đến quá trình khuếch tán, làm thay đổi
tốc độ phản ứng, ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Khi nguyên tử được
nghiền nhỏ thì diện tích bề mặt riêng tăng lên làm tăng diện tích tiếp xúc giữa các
hạt nguyên liệu. Mặt khác, cũng làm xuất hiện các khuyết tật ở bề mặt [6]. Đây là
điều kiện cần thiết để phản ứng xảy ra ở những giai đoạn tiếp theo.
Ngoài ra yêu cầu về độ đồng đều của sản phẩm cũng được đặt ra vì nó
ảnh hưởng đến các yếu tố diện tích bề mặt, năng lượng bề mặt, nhiệt độ nóng
chảy, nhiệt độ hòa tan, tương tác hóa học, bề dày của lớp sản phẩm…
- Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
Nhiệt độ là một trong các thông số cơ bản ảnh hưởng đến
tốc độ phản ứng. TheoVan Hoff, khi tăng nhiệt độ lên 10 °C thì
phản ứng tăng lên 2 lần - 4 lần theo biểu thức sau:
k
t 10
(1.1)
kt
Trong đó: là hệ số nhiệt độ.
k là hằng số tốc độ.
Biểu thức hệ số khuếch tán biến thiên theo nhiệt độ:
D D e
Q
(1.2)
RT
0
Trong đó: Q là năng lượng hoạt hoá.

10
1.2. MỘT SỐ PHÉP ĐO XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CÁC VẬT LIỆU
1.2.1. Phép đo XRD
Nhiễu xạ tia X (Powder X-ray diffraction) là phương pháp sử
dụng với các mẫu là đa tinh thể, phương pháp được sử dụng rộng
rãi nhất để xác định cấu trúc tinh thể, bằng cách sử dụng một
chùm tia X song song hẹp, đơn sắc, chiếu vào mẫu.
Nhiễu xạ X-ray (XRD) là một kỹ thuật phân tích cho phép xác
định thành phần tỷ lệ pha, cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể,
giai đoạn, định hướng tinh thể và các thông số cấu trúc khác, chẳng
hạn như kích thước trung bình hạt hay các khuyết tật tinh thể.
Phép đo nhiễu xạ tia X dựa trên cơ sở định luật Bragg thể hiện thông
qua biểu thức n 2dhkl sin (1.3)
trong đó dhkl là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử phản xạ với
chỉ số Miller (hkl), là góc phản xạ, là bước sóng tia X và n là bậc
nhiễu xạ. Nếu chùm tia X là đơn sắc (không đổi), thì với các giá trị
xác định của dhkl ta sẽ quan sát thấy chùm tia nhiễu xạ mạnh ở
những hướng có góc thỏa mãn định luật Bragg.
Dựa trên giản đồ nhiễu xạ có thể xác định được kiểu ô mạng, cấu trúc
pha tinh thể. Biết khoảng cách giữa các mặt mạng với các chỉ số Miller có
thể xác định các hằng số mạng của tinh thể [6].
1.2.2. Đo ảnh SEM
SEM (Scanning Electron Microscope) là một loại kính hiển vi điện tử
có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu bằng cách sử
dụng một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu. Chùm điện tử sẽ
tương tác với các nguyên tử nằm gần hoặc tại bề mặt mẫu sinh ra các
tín hiệu (bức xạ) chứa các thông tin về hình ảnh của bề mặt mẫu, thành
phần nguyên tố và các tính chất khác như tính chất dẫn điện [6].

11
1.2.3. Đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích
Huỳnh quang là sự phát quang khi nguyên tử hấp thụ năng lượng
kích thích. Khi bị kích thích các electron nhận năng lượng sẽ chuyển
lên mức năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích S*, sau đó
electron sẽ chuyển về các trạng thái có năng lượng thấp hơn và phát
năng lượng dưới dạng các photon. Quá trình phân tích sự khác nhau về
năng lượng của các photon trong phổ huỳnh quang có thể cho ta biết
được cường độ tương đối, cấu trúc của các mức năng lượng [7].
1.2.4. Tính chất quang học của các nguyên tố đất hiếm
Các nguyên tố đất hiếm thuộc hai nhóm chính lantan và actini. Phần lớn
các chất đồng vị thuộc nhóm actini là các đồng vị không bền và người ta chỉ
quan tâm nghiên cứu các nguyên tố đất hiếm thuộc nhóm lantan. Nhóm lantan
gồm 15 nguyên tố có số thứ tự từ 57 (La) đến 71 (Lu), cấu hình electron của
chúng: 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
5s2
4d10
5p6
4fn
6s2
, lớp ngoài cùng có đặc
điểm chung là lớp 4fn
6s2
với n từ 1 (Ce) đến 14 như Yb và Lu (+5d1
) vì thế
chúng có một số tính chất hóa học và vật lý giống nhau [1], [5].
- Đặc điểm của mức năng lượng 4f
Năng
lượn
g
(
104
cm
-
1)
Hình 1.1. Giản đồ các mức năng lượng của ion đất hiếm của Dieke

12
Các mức năng lượng điện tử 4f của các ion thuộc họ lantan là đặc trưng
cho mỗi ion. Các mức năng lượng này ít bị ảnh hưởng môi trường vì các điện
tử 4f được che chắn bởi các điện tử 5s và 5p ở bên ngoài. Các tương tác spin
- spin và spin - quỹ đạo giữa các điện tử của vỏ 4f xác định các mức năng
lượng của ion đất hiếm. Cơ chế tách vạch Stark kết hợp với sự mở rộng vạch
đồng đều và không đồng đều, xác định bề rộng năng lượng của các dịch
chuyển quang học giữa các mức năng lượng. Kết quả này đã được Dieke
trình bày trên giản đồ năng lượng của các ion đất hiếm hóa trị 3 và được gọi là
giản đồ Dieke (hình 1.1). Giản đồ này có thể áp dụng cho các ion đất hiếm ở
hầu hết vật liệu chứa ion đất hiếm. Các mức năng lượng điện tử 4f là đặc điểm
tiêu biểu của các ion đất hiếm. Do các điện tử lớp 4f chưa lấp đầy nằm sâu
bên trong so với các lớp 5s, 5p đã được lấp đầy và bị che chắn bởi các lớp
này nên điện tử lớp 4f của các ion đất hiếm tương tác yếu với mạng tinh thể.
Khi có sự chuyển dời của các điện tử giữa các mức năng lượng của lớp 4f sẽ
cho bức xạ đặc trưng của ion đất hiếm.
- Đặc trưng phổ phát quang của đất hiếm
Tính chất quang của các ion đất hiếm thuộc nhóm lantan chủ yếu
phụ thuộc vào cấu trúc điện tử của chúng. Các vật liệu phát quang pha tạp
đất hiếm hóa trị 3 có phổ là những vạch hẹp đặt trưng cho từng nguyên tố.
Mỗi mức năng lượng của điện tử lớp 4f được xác định bằng số lượng tử S,
L, J. Dưới ảnh hưởng của trường tinh thể, các mức này bị tách thành một
số phân mức do hiệu ứng Stark, số các mức con phụ bị tách ra phụ thuộc
vào J. Các mức này xác định bởi tính đối xứng của trường tinh thể xung
quanh ion đất hiếm. Khoảng rộng giữa các mức năng lượng trên giản đồ
Dieke biểu diễn vùng các mức năng lượng được tách ra.
Các nguyên tố đất hiếm có khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng trong
dải bước sóng hẹp, thời gian sống ở trạng thái giả bền lớn, các ion từ Ce3+
đến Yb3+
có lớp điện tử 4f chưa được lấp đầy, do đó chúng có các mức năng
lượng riêng cho mỗi ion và có nhiều tính chất quang học đặc trưng ở trong
vùng khả kiến [5], [11]. Do vậy chúng có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh
vực như linh kiện điện tử, thông tin quang học và y sinh.

13
- Chuyển dời quang học của ion Gd3+
và Tb3+
Các ion Gd3+
và Tb3+
đều có lớp điện tử 4f chưa được lấp
đầy vì vậy chúng có những tính chất quang đặc trưng trong vùng
khả kiến. Trên nền vật liệu F2GdF5 thì những chuyển dời quang
học của hai ion này có những đặc điểm sau:
* Các chuyển dời quang học của ion Tb3+
[14], [18], [21]
Cấu hình điện tử của ion Tb3+
: 1s2
2s2
2p6
… (4f8
)5s2
5p6
Bức xạ của ion Tb3+
phát ra do các chuyển dời: 5
D3 → 7
FJ
với J = 6,5,4; 5
D4 → 7
FJ với J = 6,5,4,3 thể hiện như hình 1.2.
Hình 1.2. Sơ đồ chuyển mức năng lượng của ion
Tb3+
[18] Cụ thể theo như hình 1.2
Chuyển dời 5
D3 → 7
F6, tương ứng với bước sóng 384 nm.
Chuyển dời 5
D3 → 7
Chuyển dời 5
D3 → 7
Chuyển dời 5
D4 → 7

14
Chuyển dời 5
D4 → 7
Chuyển dời 5
D4 → 7
Chuyển dời 5
D4 → 7
* Các chuyển dời quang học của Gd3+
Cấu hình điện tử của ion Gd3+
: 1s2
2s2
2p6
...4f7
5s2
5p6
.
Hình 1.3. Sơ đồ chuyển mức năng lượng của ion Gd3+
Ion Gd3+
có mức kích thích thấp nhất 4f tương ứng với 6
P7/2, phát
quang rõ nét tại bước sóng 313,5 nm. Các mức năng lượng của chuyển dời
điện tử của trạng thái 4f 5d là cao nhất trong số các ion đất hiếm, vì thế Gd3+
không dập tắt các bức xạ của các ion đất hiếm khác trong vùng khả kiến [8].
Lớp vỏ 4f của ion Gd3+
có 7 electron không được lấp đầy hoàn toàn.
Mức kích thích thứ nhất 6
Pj phía trên mức 8
S7/2 của Gd3+
khoảng 4,5 eV tương
ứng với bước sóng khoảng 313,5 nm như trên hình 1.3. Như vậy sự chuyển
trạng thái từ 6
Pj về mức 8
S7/2 cần một năng lượng rất lớn ứng với 4,5 eV.

15
1.3. TÍNH CHẤT NHIỆT PHÁT QUANG
1.3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt phát quang
1.3.1.1. Khái niệm hiện tượng nhiệt phát quang.
Nhiệt phát quang - TL (Thermo-Stimulated Luminescence hay
ngắn gọn là Thermo-Luminescence) là hiện tượng một vật liệu
phát ra ánh sáng khi bị nung nóng nếu trước đó vật liệu đã được
chiếu xạ bởi các tia bức xạ ion hóa (tia α, β, γ, X …) [14].
Các đặc điểm của hiện tượng nhiệt phát quang:
- Muốn xảy ra hiện tượng nhiệt phát quang thì vật liệu phải tồn tại
các mức năng lượng nằm trong vùng cấm, các mức này đóng vai trò là
những bẫy điện tử và lỗ trống. Khi vật liệu được chiếu xạ bằng các bức xạ
ion hóa, electron bị bắt tại bẫy và lỗ trống bị bắt tại tâm phát quang. Trong
quá trình nung nóng vật liệu, electron sẽ nhận được nhiệt năng và thoát ra
khỏi bẫy, tái hợp với lỗ trống tại tâm tái hợp và phát ra photon [5].
- Vật liệu nhiệt phát quang phải là vật liệu cách điện hoặc
bán dẫn, kim loại không có hiện tượng nhiệt phát quang.
- Nhiệt lượng mà ta cung cấp cho vật liệu khi nung nóng chỉ là yếu tố
kích thích, không phải là nguyên nhân gây ra sự phát quang. Nguyên nhân gây
ra sự phát quang là do vật liệu đã hấp thụ năng lượng ion hoá từ trước đó.
- Các vật liệu này sau khi đã được kích thích nhiệt để phát quang thì
khi nâng nhiệt một lần nữa cũng sẽ không phát quang, do electron đã thoát
ra khỏi bẫy. Nếu muốn phát quang thì vật liệu cần chiếu xạ lần nữa.
Như vậy, hiện tượng nhiệt phát quang của các vật liệu này
liên quan đến hai quá trình vật lý [1], [4]:
Quá trình hình thành các khuyết tật trong mạng tinh thể
đóng vai trò các bẫy và tâm tái hợp trong vật liệu.
Quá trình tích lũy của các điện tích trong bẫy do chiếu xạ và
quá trình tái hợp điện tử - lỗ trống do cưỡng bức nhiệt phát quang.

16
1.3.1.2. Giải thích hiện tượng nhiệt phát quang
Để giải thích các tính chất nhiệt phát quang, có thể sử dụng lý thuyết
vùng năng lượng của vật rắn [14]. Trong một tinh thể bán dẫn hoặc điện
môi lý tưởng, ở nhiệt độ rất thấp các mức năng lượng trong vùng hóa trị bị
chiếm đầy bởi các điện tử. Một vùng khác, ở đó các mức năng lượng còn
trống (nghĩa là chưa bị chiếm bởi các điện tử) gọi là vùng dẫn; vùng dẫn
tách khỏi vùng hóa trị bởi một khe năng lượng Eg gọi là vùng cấm. Tuy
nhiên, nếu trong mạng tinh thể có những sai hỏng về cấu trúc hoặc có các
tạp chất (gọi chung là các sai hỏng), thì các sai hỏng này có thể tạo ra một
số mức năng lượng nằm bên trong vùng cấm.
Hãy xét một mô hình TL đơn giản hình 1.4
Hình 1.4. Mô hình đơn giản của nhiệt phát quang gồm 2 mức đối với hạt tải
điện là điện tử: mức T- bẫy điện tử (Trap) và mức R- bẫy lỗ trống đóng vai trò
tâm tái hợp (Recombination Center – RC), mức nằm giữa là mức Fermi-Ef

17
Các dịch chuyển cho phép:
(1) Quá trình ion hoá.
(2), (5) Quá trình bẫy điện tử và lỗ trống tương ứng.
(3) Quá trình giải thoát điện tử ra khỏi bẫy bằng nhiệt.
(4) Quá trình phát quang khi tái hợp.
- Quá trình chiếu xạ:
Khi chiếu xạ vật liệu bằng các tia bức xạ ion hoá (tia UV, X,
gamma, neutron…) có năng lượng lượng tử E hấp thụ > năng lượng
vùng cấm Eg của vật liệu, sẽ tạo ra cặp điện tử và lỗ trống (dịch
chuyển 1). Các hạt mang điện tự do này có thể tham gia: tái hợp với
nhau và bức xạ ion hoá (dịch chuyển ngược với 1), tái hợp với lỗ
trống tại tâm phát quang (dịch chuyển 4), hay tái bẫy (dịch chuyển 2).
- Quá trình gia nhiệt:
Khi đốt nóng vật liệu, các điện tử tại bẫy được cung cấp năng
lượng thoát khỏi bẫy và đi vào vùng dẫn (dịch chuyển 3). Các điện tử
tự do này có thể tham gia hai quá trình chính: quá trình tái hợp với lỗ
trống tại tâm phát quang để phát bức xạ ion hoá và quá trình tái bẫy.
- Quá trình phát quang:
Khi các điện tử tự do bị tái bẫy (dịch chuyển 2) thì chỉ sinh ra
nhiệt mà không phát quang. Do đó, sự phát quang chủ yếu là do
sự tái hợp với lỗ trống tại tâm phát quang (dịch chuyển 4, 5).
Tóm lại, nhiệt phát quang xảy ra khi có sự đảo lộn mật độ từ trạng thái
cân bằng nhiệt động do sự hấp thu năng lượng bên ngoài sang trạng thái
nửa bền, sau đó hồi phục cưỡng bức nhiệt về trạng thái cân bằng ban đầu.
Đường cong phát quang của vật liệu là đường cong biểu diễn sự thay đổi
của cường độ phát quang của vật liệu theo nhiệt độ của mẫu. Hình dạng của
đường cong liên quan đến cơ chế chuyển dời của điện tử trong vùng cấm.
Cường độ cực đại Im của đường cong phát quang phụ thuộc vào nồng độ ban

18
đầu n0 của các điện tích bị bắt tại bẫy, tức là phụ thuộc vào liều
chiếu xạ trước đó. Nhiệt độ Tm tại đỉnh phụ thuộc vào độ sâu năng
lượng E của bẫy. Các sai lệch cấu trúc tinh thể thường được tạo ra
nhờ sự pha tạp các ion khác nhau, các ion này sẽ hình thành tâm
phát quang trong vật liệu. Do đó các vật liệu có cường độ nhiệt phát
quang cao thường là các vật liệu có pha tạp với nồng độ cao.
Có nhiều phương pháp khác nhau để nghiên cứu các tâm tái hợp và
bẫy điện tử này, trong đó có ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt, ảnh hưởng
của thời gian và nhiệt độ ủ, ảnh hưởng của các phép đo phân đoạn nhiệt
độ nhằm xóa các đỉnh có nhiệt độ thấp hơn. Các nghiên cứu này sẽ cho
phép xác định các thông số nhiệt phát quang của vật liệu. Từ đó, có thể
xác định được các thông tin quan trọng về tính chất của vật liệu cũng như
các cơ chế vật lý xảy ra trong quá trình phát quang của mẫu.
1.3.2. Các vật liệu được sử dụng làm liều kế
Một số vật liệu nhiệt phát quang như CaSO4:Dy, LiF:Mg,Ti... đã
được nghiên cứu chế tạo sử dụng trong liều kế môi trường, liều kế cá
nhân và trong xạ trị cho bệnh nhân ung thư. Trong lĩnh vực đo liều theo
nguyên lý nhiệt phát quang, việc nghiên cứu loại vật liệu mới có những
ưu điểm như độ nhạy, độ tuyến tính cao, fading thấp là một yêu cầu cần
thiết, nhằm tăng độ nhạy và độ chính xác [10], [17].
Liều kế CaSO4:Dy và LiF:Mg,Ti đã được chế tạo dạng viên có
tên thương mại là TLD900 và TLD100. Các liều kế này nhạy với
bức xạ gamma, tuy nhiên chúng cũng có nhược điểm là khi tiến
hành đo liều ở các trường bức xạ hỗn hợp, các liều kế loại này
không đáp ứng tốt việc đo liều với bức xạ beta và neutron. Các
liều kế TLD100 có độ nhạy rất thấp với bức xạ neutron [8], [13].
Trong lĩnh vực đo liều neutron như điều trị chụp tia neutron hoặc tại các
cơ sở có nguồn bức xạ hạt nhân, hiện nay trên thế giới đang sử dụng các loại
vật liệu LiF pha tạp Ti, Mg với đồng vị Lithium 6
Li, bởi vì đồng vị 6
Li có tiết
diện bắt neutron cao. Tuy nhiên đồng vị 6
Li chỉ chiếm khoảng 3 % trong tự

19
nhiên, nên việc làm giàu đồng vị 6
Li khiến chi phí chế tạo vật liệu
LiF rất cao. Ngoài ra độ nhạy của liều kế LiF cũng chưa đạt được
yêu cầu khi đo liều neutron thấp [2], [17].
Hiện nay, chúng ta đã có những vật liệu làm liều kế đo tia X và gamma
khá tốt, tuy nhiên các liều kế neutron và các bức xạ hạt nhân khác đang rất
cần nghiên cứu và hoàn thiện. Hơn nữa, chúng ta cần nghiên cứu để có
được các liều kế chuyên dụng cho từng loại bức xạ khác nhau, điều này sẽ
cho phép tăng được độ nhạy và độ chính xác của phép đo liều phóng xạ.
Trên thế giới đang rất quan tâm đến các tính chất mới của vật liệu
nhiệt phát quang nền K2GdF5, đã có một số nghiên cứu sử dụng các vật
liệu này trong các ứng dụng đo liều bức xạ hạt nhân như đo liều neutron
[20]. Trong lĩnh vực đo liều neutron, nguyên tố Gadolinium có tiết diện bắt
neutron rất cao (4,9.104
barns) [6], nên nguyên tố này đặc biệt thích hợp
cho việc ứng dụng làm liều kế neutron. Các hợp chất Fluoride Gadolinium
pha tạp ion đất hiếm là loại vật liệu đầy hứa hẹn ứng dụng trong đo liều
bức xạ hạt nhân theo nguyên lý nhiệt phát quang [10].
Các nguyên tố đất hiếm có lớp điện tử 4f được che chắn bởi các quỹ đạo
đã được lấp đầy nằm bên ngoài là 5s2
và 5p6
, nên phổ phát quang của ion đất
hiếm ít bị ảnh hưởng của trường tinh thể. Đồng thời, các tinh thể Fluoride có
hiệu suất phát quang rất mạnh. Do đó, vật liệu K2GdF5 pha tạp các ion đất
hiếm đã được chú ý rất nhiều vì có cường độ nhiệt phát quang cao. Với sự
thay đổi các loại ion đất hiếm trong vật liệu K2GdF5 chúng ta có thể có được
các liều kế dùng để đo bức xạ hạt nhân có độ chính xác cao [19], [20].
Như vậy, bằng sự thay đổi các loại ion đất hiếm pha tạp trong
vật liệu K2GdF5 chúng ta hy vọng có được các vật liệu làm liều kế
đo bức xạ hạt nhân trong đó có neutron.
Với tình hình đã nêu, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu nhiệt phát quang
trên nền Fluoride pha tạp đất hiếm là nhu cầu cấp thiết trong khoa học và ứng
dụng thực tiễn. Vật liệu K2GdF5 pha tạp các ion đất hiếm Tb3+
là các vật liệu

20
mới đang được nghiên cứu sử dụng trong mục đích làm liều kế
neutron, beta và gamma [15].
Để có thể đưa các vật liệu này làm liều kế, cần khảo sát nhiều tính
chất nhiệt phát quang của chúng, trong đó có nghiên cứu đáp ứng của
cường độ nhiệt phát quang theo các dạng bức xạ khác nhau.
1.3.3. Các tính chất của vật liệu làm liều kế nhiệt phát quang
1.3.3.1. Tính chất của vật liệu làm liều kế nhiệt phát quang
Mỗi loại vật liệu sẽ có đường cong nhiệt phát quang đặc
trưng riêng, phụ thuộc vào thành phần và công nghệ chế tạo của
vật liệu. Tuy nhiên, không phải tất cả vật liệu có tính chất nhiệt
phát quang đều phù hợp để đo liều bức xạ.
Với mục đích để làm liều kế, các vật liệu nhiệt phát quang
phải có một số đặc tính sau đây [14], [17], [19]:
- Đường cong tích phân biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ nhiệt
phát quang vào nhiệt độ phải có cấu trúc đỉnh chính rõ ràng, với nhiệt độ
của đỉnh chính sử dụng để đo liều nằm trong khoảng 150 °C đến 300 °C .
- Cường độ nhiệt phát quang tỉ lệ tuyến tính tốt với liều chiếu cần đo.
Hiệu suất phát xạ cao và ngưỡng liều thấp để có được độ nhạy cao. Sự ổn
định của giá trị đo khi lưu trữ ở nhiệt độ phòng (ít bị fading nhiệt). Cường
độ nhiệt phát quang ít phụ thuộc vào năng lượng của tia bức xạ.
- Vật liệu phải đồng nhất, không bị ảnh hưởng của môi trường
và có khả năng tái sử dụng [14].
Đến nay chỉ có một số ít vật liệu nhiệt phát quang đáp ứng
được những đòi hỏi trên để có thể được sử dụng làm liều kế như
CaSO4:Dy; LiF:Mg,Ti [2], [3], [4].
Nghiên cứu hình dạng đường cong nhiệt phát quang là yêu cầu rất
quan trọng, đường cong phải ổn định để có được giá trị đo liều chính xác.
Sự ổn định này liên quan đến cấu trúc và công nghệ chế tạo vật liệu.

21
Phép đo nhiệt phát quang phụ thuộc vào rất nhiều thông số thực
nghiệm như: chế độ đo, khối lượng mẫu, quy trình thao tác… Do đó để
giá trị đo liều được chính xác, quy trình đo phải được thực hiện theo
chế độ thích hợp, các mẫu liều kế phải được chuẩn đúng khối lượng và
đặt mẫu đều nhau trong khay gia nhiệt. Cần phải nghiên cứu thời gian ủ
mẫu, thời gian gia nhiệt thích hợp cho yêu cầu đo liều.
Cấu trúc của đường cong nhiệt phát quang và số lượng đỉnh phụ
thuộc vào loại vật liệu và công nghệ chế tạo ra chúng. Do đó, để hoàn
thiện thông số của quy trình chế tạo vật liệu làm liều kế, cần thực hiện
các phép đo gia nhiệt phân đoạn nhiệt độ để xóa dần các đỉnh để xác
định được các đỉnh đơn bị che lấp trong đường cong tích phân.
1.3.3.2. Yêu cầu đáp ứng liều tuyến tính của vật liệu làm liều kế
Các đường cong nhiệt phát quang phụ thuộc vào vật liệu nền, nồng
độ ion đất hiếm pha tạp và các nguồn chiếu xạ cụ thể như tia β, tia γ hoặc
neutron. Các nguyên tố RE được đặc trưng bởi lớp điện tử chưa được lấp
đầy 4f. Do sự khác nhau về cấu trúc lớp vỏ điện tử của các nguyên tử nên
chúng khác nhau về tính chất vật lý, đặc biệt là sự hấp thụ và bức xạ năng
lượng. Bên cạnh đó, các nguyên tố RE có tiết diện bắt neutron và hấp thụ
năng lượng bức xạ khá lớn. Với sự thay đổi các loại ion RE trong vật liệu
nhiệt phát quang, người ta có thể đạt được các độ nhạy khác nhau cho các
liều kế nhiệt phát quang dùng để đo liều bức xạ hạt nhân [2].
Ngoài ra các nghiên cứu gần đây cho thấy, một số các hợp chất
fluoride pha tạp với các ion RE có tính chất nhiệt phát quang rất
nhạy [9], [16]. Vì vậy, việc nghiên cứu của các hợp chất fluoride
gadolinium pha tạp với ion RE là loại vật liệu đo liều đầy hứa hẹn.
Vật liệu có tính chất nhiệt phát quang thích hợp sẽ được ứng dụng làm
liều kế để đo liều bức xạ, để lựa chọn một vật liệu sử dụng làm liều kế đòi hỏi
phải nghiên cứu nhiều tính chất của nó như độ tuyến tính, khoảng đo liều, đáp
ứng năng lượng, sự ổn định của thông tin được lưu trữ, tính đẳng hướng, ảnh

22
hưởng của môi trường …. Ngoài ra, các cơ chế tái hợp electron - lỗ trống và
khả năng ứng dụng cho đo liều cũng cần được nghiên cứu chi tiết.
Đáp ứng của mỗi loại vật liệu nhiệt phát quang phụ thuộc một
cách khác nhau vào năng lượng của tia chiếu xạ và hầu như các
vật liệu đều có đáp ứng phi tuyến tính đối với liều cao.
Để vật liệu có thể ứng dụng trong các nghiên cứu đo liều, thì vật liệu
nhiệt phát quang phải có đường đáp ứng của tín hiệu nhiệt phát quang tỷ lệ
tuyến tính với liều chiếu trong khoảng liều chiếu xạ thường sử dụng. Các mẫu
được chiếu theo liều khác nhau sau đó thực hiện phép đo nhiệt phát quang
trong cùng một điều kiện và các thông số đo phải giống nhau. Từ đó nghiên
cứu và so sánh đường cong nhiệt phát quang của các mẫu theo liều chiếu.
1.3.4. Đặc tính của vật liệu dùng trong đo liều
Để có thể ứng dụng trong đo liều, vật liệu phải có cường độ nhiệt phát
quang tỉ lệ tuyến tính với liều chiếu trong khoảng đo liều để có thể xây dựng
đường chuẩn liều liên hệ giữa cường độ nhiệt phát quang và liều chiếu [7].
Khi vật liệu được chiếu xạ, trong quá trình lưu trữ trước khi
đo cường độ nhiệt phát quang sẽ giảm dần theo thời gian khi đọc
liều. Đây được gọi là quá trình fading trong vật liệu.
Suy giảm tín hiệu theo thời gian là một thông số quan trọng
để đánh giá chất lượng vật liệu làm liều kế. Trong trường hợp đo
liều thấp và thời gian chiếu rất lâu, ví dụ như đo liều môi trường,
liều kế phải có độ suy giảm cường độ theo thời gian rất thấp. Để
có thể xác định được đặc trưng fading của vật liệu, cần có một
thời gian đủ dài và điều kiện cất giữ mẫu nhiệt độ, độ ẩm ổn định.
Cường độ nhiệt phát quang tỉ lệ với liều chiếu xạ. Tuy nhiên để có
được số liệu đo liều chính xác, chúng ta phải bảo đảm độ đồng đều và ổn
định của liều kế. Các vật liệu nhiệt phát quang được chế tạo theo quy trình
chính xác, sự sai khác đều đưa đến thay đổi cường độ nhiệt phát quang.

23
Các liều kế cần được đo thử nghiệm nhiều lần để xác định sự ổn
định của các thông số. Đường chuẩn đáp ứng liều phải được thiết
lập riêng cho từng loại bức xạ và từng dải liều chiếu khác nhau.
1.4. TIA PHÓNG XẠ VÀ NGUỒN PHÓNG XẠ
Chất phóng xạ có thể phát ra các loại tia phóng xạ như tia anpha,
beta, gamma và neutron. Các nguồn phát tia phóng xạ bao gồm các chất
phóng xạ phân rã tự nhiên, các lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc...[1], [6]
Tia beta có hai loại: beta trừ kí hiệu β−
là chùm điện tử, beta
cộng kí hiệu β+
là chùm hạt positron. Tia beta phát ra trong quá
trình phân rã beta của hạt nhân và của neutron ở trạng thái tự do,
tốc độ của tia beta 100.000 km/s. Một số vật liệu phóng xạ phát tia
beta như Triti, Carbon-14, Photpho-32 và Stronti-90. Nguồn bức xạ
beta Strontium: Sr-90/Y-90 (hình 1.5).
Hình 1.5. Nguồn bức xạ beta: Sr-90/Y-90
Đồng vị 90
Sr thể hiện tính phóng xạ và có chu kỳ bán rã
28,90 năm, phân rã tia β–
để trở thành 90
Y với một năng lượng
phân rã là 0,546 MeV và nguyên tố này lại tiếp tục phân rã tia β–
và
trở thành 90
Zr với một năng lượng phân rã là 2,28 MeV [12].
Tia gamma có bản chất là bức xạ điện từ có tần số lớn hơn tia X, chúng
là dòng các hạt photon, không mang điện tích. Đường đi của tia gamma

24
không bị ảnh hưởng bởi điện trường hoặc từ trường. Khi tia gamma bắt đầu
đi vào vật chất, cường độ của nó cũng bắt đầu giảm. Trong quá trình xuyên
vào vật chất, tia gamma va chạm với các nguyên tử. Tia gamma được tạo ra
do sự tự phân rã của chất phóng xạ, chẳng hạn như Co-60. Nguồn phát bức
xạ gamma từ đồng vị Co-60 được chế tạo từ lò phản ứng hạt nhân, tương tác
của neutron nhiệt với kim loại Co-59 có trong tự nhiên sẽ tạo ra Co-60 và phát
ra tia gamma. Nguồn Co-60 (hình 1.6) có đường kính khoảng 2 cm và được tạo
ra bằng cách tạo một vùng nửa tối, làm cho góc của vùng bức xạ bị mờ đi.
Hình 1.6. Nguồn bức xạ gamma: Co-60
Nguồn Co-60 hữu dụng trong vòng khoảng 5 năm, nhưng ngay
cả sau thời điểm này, mức độ phóng xạ vẫn rất cao vì 60
Co có chu kỳ
bán rã là 5,2714 năm. Kim loại này có đặc tính tạo ra bụi mịn, gây ra
vấn đề về bảo vệ bức xạ ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe.
Neutron tương tác với vật chất bằng cách va chạm với các nguyên tử,
chuyển năng lượng trong những lần va chạm đó, năng lượng có thể
chuyển từ 0-100 % tùy thuộc vào tốc độ, góc độ và kích thước của các
thành phần. Nguồn bức xạ neutron - Californium Cf 252: Californium-252 là
đồng vị phóng xạ của Californium, phát ra neutron rất mạnh với một
microgram của Californium-252 có thể phát ra 2,3 triệu neutron trong một
giây và trung bình phát ra 3,7 triệu neutron trong mỗi phản ứng phân hạch
tự phát, do vậy đây là nguyên tố phóng xạ độc hại. Californium-252 phân rã
alpha để trở thành Curium-248. Phát xạ neutron 2,3.109
n/1s trong một mg,
năng lượng trung bình của neutron 2 MeV [6].

25
Tia anpha không đâm xuyên được vật liệu, bức xạ beta khả năng
đâm xuyên chỉ qua được giấy. Hai bức xạ có tính đâm xuyên vật chất mạnh
đó là tia gamma và neutron, chúng có khả năng xuyên qua cả gỗ và các
kim loại nhẹ, mỏng. Chùm neutron có thể xuyên qua cả kim loại và bêtông
dày nhưng có thể bị ngăn chặn bởi nước hoặc tấm chắn Paraphin, đây là
các vật liệu dùng trong kĩ thuật an toàn đối với neutron.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương này đã nêu được:
- Các khái niệm cơ bản về phương pháp pha rắn, các yếu tố ảnh
hưởng tới phản ứng pha rắn (như cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, nhiệt
độ nung,....), một số phép đo xác định tính chất các vật liệu đó là phép đo
nhiễu xạ X-ray (XRD), đo ảnh SEM và đo phổ hình quang, phổ kích thích.
- Các tính chất quang học của ion đất hiếm.
- Khái niệm nhiệt phát quang và cơ chế của hiện tượng nhiệt
phát quang đã được trình bày nhờ mô hình đơn giản của nhiệt phát
quang gồm 2 mức đối với hạt tải điện là điện tử, mô hình này có thể
giải thích cơ bản về hiện tượng nhiệt phát quang. Tính chất của vật
liệu và đặc tính phát quang của các ion pha tạp cho thấy quá trình
chuyển mức năng lượng giữa các tâm phát quang do các ion pha tạp
gây ra như thế nào cho mục đích nghiên cứu chế tạo vật liệu.
- Vật liệu làm liều kế nhiệt phát quang phải có một số tính chất
như: Đường cong nhiệt phát quang phải có cấu trúc đỉnh rõ ràng,
nhiệt độ của đỉnh chính sử dụng để đo liều nằm trong khoảng 150 °C
đến 300 °C; Cường độ nhiệt phát quang tỉ lệ tuyến tính cao với liều
chiếu cần đo và ít bị suy giảm cường độ theo thời gian (fading).
Ngoài ra, bản chất của các tia bức xạ hạt nhân và nguồn chiếu
xạ cũng được nêu ra để tìm hiểu ảnh hưởng của các loại bức xạ này
đến tính chất nhiệt phát quang của vật liệu ở chương sau.

26
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. CHẾ TẠO VẬT LIỆU THEO PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG PHA RẮN
2.1.1. Tính chất hóa lý các nguyên liệu
Tổng hợp vật liệu K2GdF5 pha tạp các ion đất hiếm Tb3+
theo
phương pháp phản ứng pha rắn.
Phương pháp tổng hợp được thực hiện dựa vào các nguyên liệu
KF, GdF3 và TbF3, các vật liệu này có những đặc tính lý hóa như sau:
Bảng 2.1. Các thông số vật lí của nguyên liệu
Hóa chất
KF GdF3 TbF3
Đặc tính
Màu sắc Không màu Màu trắng Màu trắng
Ngoại hình Dạng tinh thể, Tinh thể rắn Tinh thể rắn
dễ chảy nước
Điểm nóng chảy 858 °C (khan) 1312 °C 1172 °C
Nhiệt độ sôi 1502 °C 3273 °C 2277 °C
Nguyên tử lượng 57,998 g.mol-1
214,234 g.mol-1
215,924 g.mol-1
Mật độ 2,480 g.cm-3
7,047 g.cm-3
7,230 g.cm-3
Do nhiệt độ nóng chảy của các chất là khác nhau nên không
thể nung ở nhiệt độ quá cao vì lúc đó các chất sẽ bị nóng chảy
không đều, sẽ ảnh hưởng tới sự khuếch tán các nguyên liệu.
Cấu trúc tinh thể của các hợp chất GF3, TbF3 được thể hiện ở
các hình 2.1a, 2.1b

27
a. Mạng tinh thể của GdF3 b. Mạng tinh thể của TbF3
Hình 2.1. Cấu trúc mạng tinh thể GdF3 và
TbF3 [22] 2.1.2. Chuẩn bị nguyên liệu
Phương pháp phản ứng pha rắn K2GdF5 được chế tạo từ KF,
GdF3 với tỉ lệ mol 2:1 theo phương trình:
2KF + GdF3 → K2GdF5
Quá trình chế tạo vật liệu K2GdF5 pha tạp Tb3+
phải thực hiện
trong điều kiện môi trường khí trơ.
Để chế tạo vật liệu K2GdF5 pha tạp ion Tb3+
, ta thay thế thành phần mol
% GdF3 bằng TbF3. Xuất phát từ phương trình phản ứng pha rắn
tổng hợp vật liệu K2GdF5 pha tạp x mol % (x = 5, 10, 15, 20) Tb3+
.
2KF + (100-x)% GdF3 + x% TbF3 → K2Gd(100-x)%Tbx%F5
Ngoài ra còn chế tạo vật liệu K2TbF5 với mục đích để so sánh.
Bộ dụng cụ gồm: Lò nung kiểu đứng, bình bơm khí Nitơ, khí
argon, bộ điều khiển nhiệt độ với độ chính xác 10 °C, cân điện tử,
thuyền graphite tinh khiết, thuyền nhựa teflon, cối mã não…Các
thiết bị sử dụng đều đảm bảo về chất lượng. Các lọ đựng các hóa
chất dùng trong chế tạo mẫu như trên hình 2.2.

28
Hình 2.2. Các lọ hóa chất KF.2H2O, GdF3, TbF3
Nguyên liệu dùng trong nghiên cứu là: KF, GdF3, TbF3 ở dạng
bột của SIGMA-ALDRICH với độ tinh khiết 99,99%.
2.1.3. Quy trình chế tạo mẫu
Các vật liệu được tổng hợp theo quy trình tương tự nhau, chỉ
thay thế thành phần pha tạp khác nhau, cụ thể nghiên cứu chế tạo
mẫu K2GdF5 pha tạp Tb3+
được tiến hành như sau
2.1.3.1. Làm khan KF
Cho KF vào ống nhựa teflon, đặt vào buồng hút chân không,
nung ở nhiệt độ 120 °C , thời gian 24 giờ. Sau khi làm khan KF có
dạng bột mịn màu trắng. Thiết bị nung và buồng chân không dùng
làm khan KF thể hiện như hình 2.3.
Hình 2.3. Thiết bị nung và hút chân không làm khan KF

29
Các hóa chất đất hiếm đều trơ với môi trường không khí nên
khá dễ thao tác. Tuy nhiên KF là hóa chất hút ẩm mạnh và phản
ứng với hơi nước trong không khí để tạo ra axit HF nên phải xử lý
đặc biệt trong môi trường khí trơ.
2.1.3.2. Cân nguyên liệu
Thành phần KF sau khi làm khan trong ống teflon, đưa vào buồng
kín chứa khí argon, được chia thành bốn phần đựng trong các bì nilon
có miệng zip kín. Cân các thành phần KF, GdF3, TbF3 theo tỷ lệ phù
hợp. Quá trình cân và đóng gói các thành phần thể hiện trên hình 2.4.
Hình 2.4. Cho KF khan vào bì và cân các thành phần nguyên liệu
Cân các thành phần nguyên liệu theo tỉ lệ đã tính toán, khối
lượng của các lần cân nguyên liệu và cân thành phẩm cần được
so sánh để đánh giá quá trình phản ứng xảy ra đã xảy ra hoàn
toàn hay không.
2.1.3.3. Trộn và nghiền mẫu
Trước tiên, trộn đều và nghiền mịn
hợp chất GdF3 và TbF3 với tỉ lệ nồng độ
thích hợp trong cối mã não, thời gian 30
phút trong môi trường khí argon.
Sau đó, tiếp tục đưa KF đã được
làm khan vào cối mã não. Trộn đều các Hình 2.5. Nghiền hỗn hợp

30
thành phần GdF3, TbF3, KF và nghiền 120 phút/1mẫu, để đảm bảo
kích thước hạt rất nhỏ và đồng đều hình 2.5.
Bước này rất quan trọng để tạo ra sự khuếch tán tốt trong phản
ứng pha rắn giữa các hỗn hợp. Trong quá trình nghiền nếu KF không
đủ khan thì hỗn hợp dẻo lại và bám dính vào chày và cối, không thể
nghiền trộn đều được. Do đó phải luôn đảm bảo KF đủ khan vì vậy
phải thực hiện trong môi trường khí argon, yêu cầu mẫu không bị
hút ẩm và tạo thành bột mịn có màu trắng, trong quá trình nghiền
hỗn hợp luôn ở dạng bột rời, không bám dính thì mới hòa trộn tốt.
2.1.3.4. Nung mẫu để thực hiện phản ứng pha rắn
Chúng tôi đã sử dụng hệ lò nung kiểu đứng có hệ cung cấp khí trơ,
bộ điều khiển nhiệt độ với độ chính xác cỡ 1 °C của hệ máy nuôi đơn tinh
thể như trên hình 2.6b và lò nung loại thường có sai số cỡ ± 5 °C . Các lò
nung được sử dụng trong nghiên cứu mô tả như trên hình 2.6, so sánh các
mẫu được nung trên 2 hệ này có chất lượng tương đương nhau, chứng tỏ
điều kiện ổn định nhiệt độ chỉ cần chính xác ở mức 5 °C.
a. Máy tạo khí nitơ b. Lò nung kiểu đứng nuôi đơn tinh
thể

31
c. Lò nung kiểu đứng và bộ điều khiển nhiệt độ
Hình 2.6. Các thiết bị cần thiết trong quá trình nung mẫu
Cho hỗn hợp sau khi nghiền vào thuyền graphite, đặt vào lò nung
có thổi khí nitơ hình 2.6a, 2.6b, 2.6c và nung ở nhiệt độ 600 °C – 650 °C.
Các thí nghiệm đã thay đổi thời gian nung trong khoảng 3 đến 6 ngày,
kết quả cho thấy thời gian nung 5 ngày đã có được phản ứng hoàn toàn,
sản phẩm tổng hợp có khối lượng đúng như tính toán ban đầu.
Sau khi nung, mẫu được cân và tính toán để bảo đảm không bị hao
hụt các thành phần hóa chất trong quá trình nung. Điều này cho thấy
phản ứng xảy ra giữa các hóa chất là hoàn toàn và KF không bị bay hơi.
Lấy thuyền ra khỏi lò và thu mẫu, mẫu sau khi lấy ra khỏi
thuyền có dạng viên nén cứng, màu trắng. Sản phẩm lấy ra khỏi
thuyền graphic sau khi nung như hình 2.7 a.
2.1.3.5. Nghiền, rửa và sấy nguyên liệu và sản phẩm
Vật liệu K2GdF5 sau khi tổng hợp có dạng đa tinh thể, kết tinh dưới dạng
viên màu trắng (hình 2.7a), sản phẩm được nghiền thành bột trong cối mã não
(hình 2.7b), sau đó rửa lại bằng nước cất và cồn để loại bỏ các tạp chất trong
quá trình chế tạo. Mẫu bột được sấy khô ở nhiệt độ 120 °C trong 24 giờ. Mẫu
sau khi sấy khô cần phải cân lại lần nữa, khối lượng mẫu trong quá trình rửa

32
không bị hao hụt, sự bảo toàn của khối lượng chứng tỏ thành phần KF đã
tham gia hết vào phản ứng và không còn tồn đọng sau quá trình nung.
a. Thuyền graphic và sản phẩm sau
nung
b. Nghiền lại mẫu trong môi
trường khí argon
Hình 2.7. Hình ảnh trong quá trình nghiền và sản phẩm K2GdF5:Tb
2.1.3.6. Ủ nhiệt và đóng gói
Sau khi sấy khô hỗn hợp được đặt vào thuyền graphite, nung ủ ở nhiệt độ
400 o
C trong môi trường nitơ để ổn định các tính chất lý hoá của nó. Giữ
nguyên nhiệt độ ủ đó của mẫu thời gian 120 phút trong môi trường nitơ.
Sau quá trình nung, mẫu được làm nguội nhanh đến nhiệt độ phòng và lấy
ra nghiền đều. Sản phẩm dạng bột màu trắng, đồng nhất và không hút ẩm.
Để sử dụng như liều kế nhiệt phát quang, mẫu được chia thành
các phần, mỗi phần là 20 mg đặt trong các ống nhựa đen hàn kín để
ngăn ánh sáng và sự ẩm ướt. Các mẫu liều kế này được chiếu xạ
(beta, gamma, neutron) để khảo sát các hiệu ứng nhiệt phát quang.
Tóm tắt quá trình tổng hợp vật liệu
Sau thời gian nghiên cứu, với các thay đổi về nhiệt độ và thời
gian nung, khảo sát trên các loại thuyền nuôi và môi trường khí
khác nhau, chúng tôi đã rút ra được quy trình chế tạo mẫu bằng
phương pháp phản ứng pha rắn thể hiện như trên hình 2.8.

Khí N2
33
Làm khan KF ở 120 °C
(Trong môi trường khí argon)
Cân các thành phần
KF, GdF3, TbF3
Trộn, nghiền: KF+GdF3+TbF3
(Trong môi trường khí argon)
Đặt vào thuyền và nung
ở 620 °C trong 5 ngày
Nghiền sản phẩm sau nung
Rửa (nước cất, cồn)
Sấy khô (120 °C, 24 giờ)
Ủ nhiệt (400 °C, 2 giờ)
và đóng gói (20 mg)
Hình 2.8. Sơ đồ quy trình chế tạo mẫu
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VẬT LIỆU
Để đánh giá chất lượng về cấu trúc của vật liệu chế tạo, mẫu
được đo nhiễu xạ tia X và về hình thái bề mặt mẫu đã được đo
SEM. Trong nghiên cứu về tính chất phát quang của vật liệu mẫu
đã được đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích và phổ hấp thụ.

34
2.2.1. Xác định cấu trúc tinh thể bằng đo XRD
Với mục đích xác định cấu trúc của vật liệu và chất lượng của
nguồn nguyên liệu sử dụng để chế tạo mẫu, tôi đã tiến hành đo
phổ nhiễu xạ tia X các mẫu K2GdF5 pha tạp Tb với nồng độ pha
tạp 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, K2GdF5 và K2TbF5. Phép đo nhiễu xạ tia
X được thực hiện ở Changwon National University. Việc quét các
đỉnh nhiễu xạ đã chọn được thực hiện ở chế độ góc với 2θ trong
khoảng từ 15 0
đến 70 0
, bước 0,01 0
, nhiệt độ đo là 4,2 °C.
Kết quả đo được (ở chương 3) so sánh với các vạch chuẩn của
tinh thể như trên hình 2.9 và bảng 2.2 đây là các số liệu phổ XRD của
tinh thể K2GdF5, tinh thể có cấu trúc orthohombic với đối xứng Pna21
(số liệu của National Institute for Material Science – Japan) [22].
2 (°)
Hình 2.9. Giản đồ nhiễu xạ tia X của K2GdF5 trong JCPDS

35
Bảng 2.2. Các chỉ số Miller tương ứng vị trí các đỉnh
Miller Indices
Cường độ
Khoảng
2θ (°) cách d
(đvtđ)
H K L
(nm)
15,61 1 1 0 100 0,5669
16,353 2 0 0 43 0,5413
18,023 0 1 1 33 0,4915
24,384 0 0 2 22 0,3646
24,433 2 1 1 34 0,3639
26,765 0 2 0 30 0,3327
28,097 3 1 0 79 0,3172
29,087 1 1 2 88 0,3067
29,505 2 0 2 67 0,3024
30,635 1 2 1 34 0,2915
37,91 4 1 1 17 0,2371
38,79 3 2 1 25 0,2319
40,26 2 2 2 58 0,2238
41,51 4 0 2 42 0,2173
41,517 1 3 0 41 0,2173
42,56 0 3 1 17 0,2122
45,887 2 3 1 31 0,1976

36
47,006 1 2 3 16 0,1931
49,981 0 0 4 22 0,1823
50,882 5 1 2 34 0,1793
So sánh phổ nhiễu xạ tia X của mẫu thu được với tập tin cơ sở dữ
liệu tiêu chuẩn JCPDS của Trung tâm Quốc tế dữ liệu nhiễu xạ (Trung tâm
Quốc tế dữ liệu nhiễu xạ hiện nay có hơn 62.000 dữ liệu nhiễu xạ tia X của
các hợp kim, hợp chất vô cơ, khoáng chất, các hợp chất hữu cơ kim
loại…) ta thu được kết quả về vật liệu được chế tạo. Cấu hình không gian
của tinh thể K2GdF5 được mô phỏng theo cơ sở dữ liệu tiêu chuẩn JCPDS
của Trung tâm Quốc tế dữ liệu nhiễu xạ được thể hiện trên hình 2.10
a-axis direction b-axis direction
c-axis direction d-diagonal direction
Hình 2.10. Cấu hình không gian của tinh thể K2GdF5 [22]

37
2.2.2. Đo hình dạng bề mặt bằng chụp ảnh SEM
Các nghiên cứu cấu trúc bề mặt vật liệu được tiến hành bằng cách sử
dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Phép đo ảnh SEM của vật liệu được thực
hiện ở Changwon National University trên máy Tesco MIRA-II, hoạt động ở
mức điện áp 20 kV. Kết quả đo ảnh SEM của mẫu K2GdF5:Tb pha tạp với các
nồng độ mol: 5 %, 10 %, 15 %, 20 % sẽ được thể hiện ở chương III.
2.2.3. Đo các phổ phát quang và phổ kích thích của vật liệu
Với mục đích nghiên cứu chuyển dời giữa các mức năng
lượng của ion, các mẫu được đo phổ phát quang và phổ kích thích.
Những kết quả thực nghiệm đo được, các biện luận về chuyển dời
các mức năng lượng sẽ được trình bày trong chương III
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Dựa trên cơ sở những kiến thức được nêu trong chương I, ở
chương này trình bày những công việc chính đã được thực hiện như:
- Chế tạo vật liệu K2GdF5 pha tạp Tb3+
với nồng độ pha tạp 5
%, 10 %, 15 %, 20 %, K2GdF5 và K2TbF5 theo phương pháp phản
ứng pha rắn từ các nguyên liệu KF, GdF3 và TbF3.
Quy trình chế tạo vật liệu đã được trình bày một cách chi tiết
các bước thực hiện như trên và theo một quy trình nghiêm ngặt
nên mẫu thu được đã đạt chất lượng theo yêu cầu.
- Xác định cấu trúc vật liệu bằng các phương pháp: Đo XRD,
Đo hình dạng bề mặt bằng chụp ảnh SEM và đo phổ phát quang
và phổ kích thích quang của vật liệu.

38
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KẾT QUẢ CHẾ TẠO MẪU
Đề tài đã thực hiện chế tạo rất nhiều loại mẫu khác nhau dùng cho
nghiên cứu, các mẫu K2GdF5 pha tạp Tb3+
với nồng độ pha tạp 5 %, 10 %,
15 %, 20 %, K2GdF5 và K2TbF5, khối lượng mỗi lần chế tạo khoảng 2 gam
đến 3 gam. Mẫu được phân chia thành nhiều phần, có khối lượng 20 mg
được bỏ vào trong các ống nhựa màu đen và hàn kín như hình 3.1.
Hình 3.1. Mẫu sau khi chế tạo đã được đóng gói để chiếu xạ
Khối lượng của các hóa chất ban đầu sử dụng trong các
thí nghiệm được tính như bảng 3.1
Bảng 3.1. Bảng khối lượng hóa chất tổng hợp vật liệu K2GdF5:Tb
KF (g) GdF3 (g) TbF3 (g) Vật liệu tổng hợp
Kí hiệu sản
phẩm
0,959 1,682 0,089 K2GdF5:Tb (5 %) K2Gd0.95Tb0.05F5
0,864 1,515 0,080 K2GdF5:Tb (10 %) K2Gd0.9Tb0.1F5
1,018 1,786 0,095 K2GdF5:Tb (15 %) K2Gd0.85Tb0.15F5
1,070 1,878 0,100 K2GdF5:Tb (20 %) K2Gd0.8Tb0.2F5

39
0,8879 1,6398 0 K2GdF5 K2GdF5
0,6904 0 1,2856 K2TbF5 K2TbF5
Mẫu thu được có dạng bột, màu trắng, khan. Quá trình nghiên cứu thực
nghiệm đã thu được một số kết quả về yêu cầu chế tạo vật liệu như sau:
Trong các vật liệu tham gia vào phản ứng, KF có nhiệt độ nóng chảy
thấp nhất là 858 °C . Như vậy theo lý thuyết phản ứng pha rắn được thực
hiện tại 70 % – 80 % của nhiệt độ này. Tuy nhiên thông thường KF ngậm 2
phân tử H2O có nhiệt độ nóng chảy rất thấp ở 49 °C. Do đó để thực hiện
phản ứng pha rắn, cần phải dùng ống nhựa teflon để làm khan KF trong
môi trường chân không (Nhựa teflon có nhiệt độ nóng chảy 327 °C, bền,
không bị ăn mòn, không có phản ứng với bất cứ hóa chất nào).
Ở nhiệt độ cao KF phản ứng mạnh với oxy và phá hủy thuyền
graphite. Do đó trong quá trình nung mẫu phải cung cấp liên tục khí
trơ vào trong lò nung để đảm bảo không xảy ra phản ứng của KF và
không khí. Chính vì vậy mà phải dùng bộ điều chỉnh áp suất bơm khí
trơ giúp điều chỉnh lưu lượng khí ổn định trong quá trình làm thí
nghiệm. Sử dụng hệ lò nung kiểu đứng có hệ cung cấp khí trơ.
Khối lượng nguyên liệu và sản phẩm của các bước chế biến
được cân chính xác ở từng giai đoạn thí nghiệm để bảo đảm
không bị hao hụt trong quá trình nung.
Về xác định nhiệt độ nung mẫu, các thí nghiệm được thực hiện với các
nhiệt độ khác nhau, kết quả nghiên cứu cho thấy các sản phẩm chế tạo ở
nhiệt độ 620 °C và giữ nguyên nhiệt độ đó trong thời gian 5 ngày thì có tính
chất nhiệt phát quang ổn định và phổ phát quang đặc trưng của ion pha tạp.
Toàn bộ quá trình chế tạo (nung, nghiền) mẫu đều được bơm khí trơ
argon hoặc nitơ để đảm bảo không xảy ra sự hút ẩm và ôxy hoá mẫu.
Ngoài ra trong quá trình làm thí nghiệm cần sử dụng túi kín để chứa
các vật liệu ban đầu, các mẫu trong quá trình cân, sau quá trình nung hoặc

40
nghiền để thuận tiện cho việc tính toán, đảm bảo cho thành phần
KF không bị hỏng khi vận chuyển bên ngoài không khí.
3.2. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT TINH THỂ BẰNG ĐO XRD
Với mục đích xác định cấu trúc của vật liệu được chế tạo và
chất lượng của nguồn nguyên liệu sử dụng để chế tạo mẫu,
chúng tôi đã tiến hành đo nhiễu xạ tia X
2 (°)
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của K2GdF5:Tb với các nồng độ khác nhau
Từ kết quả hình 3.2 và 3.3 ta thấy các đỉnh nhiễu xạ của mẫu
này phù hợp với chỉ số Miller của K2GdF5 theo mã số 77-1924-
JCPDS và phù hợp với số liệu tinh thể K2GdF5 theo thẻ chuẩn
JCPDF No 77 - 1924 như hình 2.9
Các vị trí đỉnh tương ứng với các chỉ số h, k, l được xác định
bởi phần mềm PCPDFWIN.

41
2 (độ)
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu K2GdF5:Tb (10 %)
Kết quả phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy, vật liệu đã chế
tạo có hầu hết các đỉnh trùng với cấu trúc của pha tinh thể K2GdF5.
Về thành phần Tb3+
tỉ lệ pha tạp được xác định qua tỉ lệ thành
phần nguyên liệu ban đầu, quá trình tổng hợp được theo dõi chặt
chẽ về khối lượng nên sẽ không thay đổi thành phần tỉ lệ.
2 (°)
Hình 3.4. So sánh các vạch nhiễu xạ của K2GdF5 và K2TbF5

42
Tuy nhiên vấn đề phân tích thành phần tỉ lệ của Gd và Tb rất khó
khăn do 2 phổ chuẩn của K2GdF5 và K2TbF5 hầu như trùng khớp nhau
hình 3.4 (số liệu của National Institute for Material Science – Japan) .
Các kích thước của ô cơ sở tinh thể sau khi đo và phân tích
là a = 10,81 Å, b = 6,623 Å, c = 7,389 Å.
Từ kết quả XRD, mô phỏng cấu trúc tinh thể của vật liệu này
bằng phần mềm Diamond. K2GdF5 có cấu trúc trực giao với nhóm
không gian Pnam như trên hình 3.5, cation K+
được bao quanh
bởi tám anion F-
. Mỗi cation Gd3+
đặt trong một vị trí đối xứng D2h
và được kết nối với bảy anion F, tạo thành một đa diện GdF7.
Hình 3.5. Các liên kết không gian và cấu trúc mạng tinh thể K2GdF5
Theo số liệu của Russ. J. Inorg. Chem, được công bố tại Viện Khoa học
Vật liệu Quốc gia Nhật Bản, cấu trúc tinh thể và giản đồ XRD của K2GdF5 và
K2TbF5 gần như trùng nhau, vì vậy khi thay thế các ion Gd3+
bằng ion Tb3+
,
cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu K2GdF5 gần như không thay đổi. Khi pha
tạp ion Tb3+
vào K2GdF5, các ion Gd3+
sẽ được thay thế bởi các ion Tb3+
(hình
3.5). Vì bán kính ion của Tb3+
~ 109,5 pm xấp xỉ với Gd3+
~ 110,7 pm nên khi
thay thế ion Gd3+
bởi ion Tb3+
cấu trúc tinh thể gần như không đổi.
Sử dụng phương trình Scherrer K. (lấy K= 0,9), từ độ rộng phổ
.cos
cực đại của giản đồ XRD, kết quả kích thước hạt trung bình của mẫu

43
K2GdF5:Tb pha tạp với 20, 15, 10 và 5 mol % tương ứng là 38 nm ±
2 nm, 45 nm ± 1,5 nm, 74 nm ± 2 nm và 42 nm ± 1,5 nm.
Từ kết quả trên, thấy rằng phương pháp phản ứng pha rắn
đã có hiệu quả như mong muốn, vật liệu mà chúng tôi chế tạo ra
có cấu trúc tinh thể của K2GdF5, nhiễu xạ tia X cho thấy:
- Vật liệu có cấu trúc tinh thể, tương tự như cấu trúc trên hình 3.6
- Tạp chất có trong vật liệu.
- Vị trí đỉnh, chiều rộng đỉnh và cường độ đỉnh.
Hình 3.6. Cấu trúc mạng tinh thể của K2GdF5 [22]
Như vậy, kết quả nghiên cứu khẳng định được đề tài đã có thể tổng hợp
vật liệu K2GdF5 pha tạp đất hiếm Tb theo phương pháp phản ứng pha rắn.
3.3. KẾT QUẢ ĐO HÌNH DẠNG BỀ MẶT BẰNG CHỤP ẢNH SEM
Để đánh giá hình thái bề mặt của vật liệu, chúng tôi đã tiến
hành đo SEM các mẫu K2GdF5:Tb.
Các ảnh SEM (hình 3.7) cho thấy sự thay đổi hình thái bề mặt theo nồng
độ pha tạp ion Tb3+
. Bề mặt của bốn mẫu rất xốp, với hình dạng các hạt trên
bề mặt cũng rất khác nhau. Bề mặt của cấu trúc vật liệu phức tạp là do sự
phân bố của các hạt nhỏ có kích thước trong khoảng 0,2 m – 0,5 m.

44
Hình 3.7. So sánh hình thái bề mặt theo nồng độ pha tạp
Qua các ảnh SEM thu được thể hiện ở hình 3.7 cho thấy sự thay đổi
hình thái bề mặt theo nồng độ pha tạp ion Tb3+
. Kết quả cũng chỉ ra rằng ở
nồng độ 5 %, các cụm hạt bắt đầu xuất hiện ngẫu nhiên trên bề mặt. Mật độ
của các hạt tăng lên khi nồng độ ion tăng lên, được thể hiện trong ảnh
SEM tương ứng là 10 %, 15 % và 20 % mẫu. Tuy nhiên, ở nồng độ pha tạp
mol 15 % cho thấy bề mặt với các hạt mịn bao phủ xung quanh các hạt vật
chủ. Ở nồng độ pha tạp mol 20 %, sự phân bố hạt cao hơn nhưng chúng
không đồng nhất và xuất hiện các cụm hạt dày.
Với mẫu pha tạp nồng độ Tb3+
mol 10 % có hình thái bề mặt có
dạng đặc biệt với các hạt đều đồng nhất, không chồng lên nhau, mật
độ cao và giống như phân vùng dọc trên bề mặt hạt chủ.

45
Những kết quả hình thái bề mặt này có mối tương quan rất tốt với các
đặc tính huỳnh quang. Điều này có thể được giải thích bởi diện tích bề mặt
xốp lớn cũng như tính đồng nhất của các hạt phân vùng dọc trên bề mặt
mẫu pha tạp 10 % nên vật liệu này có tính huỳnh quang mạnh cũng như
tính đồng nhất của các hạt trên bề mặt mẫu pha tạp 10 % (hình 3.8)
K2GdF5 (10%Tb-50kx) K2GdF5 (10%Tb-100kx)
Hình 3.8. Hình thái bề mặt theo nồng độ pha tạp Tb3+
(10 %)
3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG
3.4.1. Kết quả đo phổ huỳnh quang và phổ kích thích
Với mục đích khảo sát tính chất phát quang của vật liệu sau khi chế tạo,
chúng tôi tiến hành đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích và phổ hấp thụ.
3.4.1.1. Kết quả đo phổ huỳnh quang
Kết quả đo cường độ phát quang theo bước sóng của các
mẫu được thể hiện trên hình 3.9.
Các mẫu phát xạ mạnh nhất ở vùng bước sóng khoảng 545 nm, sự
phát quang ở một số bước sóng khác có cường độ nhỏ hơn nhiều. Mẫu
có nồng độ pha tạp càng lớn thì cường độ phát quang càng lớn.

46
400
Tb 5%
350 Tb 10%
Tb 15%
300
Tb 20%
(đvtđ)
250
200
độ
Cường
150
100
50
0
400 450 500 550 600 650
Bước sóng (nm)
Hình 3.9. Phổ PL của K2GdF5:Tb với các nồng độ Tb3+
khác nhau
Phổ PL của K2GdF5:Tb với nồng độ mol pha tạp 10 % đo được
trong dải bước sóng từ 300 nm đến 700 nm, với bước sóng ánh sáng
kích thích là 275 nm, kết quả phổ được thể hiện trong hình 3.10
Bước sóng (nm)
Hình 3.10. Phổ PL của vật liệu K2GdF5:Tb (10 %)

47
Từ kết quả phổ PL của K2TbF5, K2GdF5 và K2GdF5:Tb 10 %
(hình 3.11) cho thấy rằng sự phát xạ của mẫu là do các quá trình
chuyển tiếp 5
D4 → 7
Fj (J = 3, 4, 5, 6) của ion Tb3+
, đặc biệt vạch
phát xạ màu xanh lục cao nhất tương ứng với sự chuyển dời 5
D4
→ 7
F5 ở bước sóng 545 nm. Phổ PL cũng chứng minh rằng các
tâm phát quang của vật liệu hoàn toàn là do các ion Tb3+
.
Bước sóng (nm)
Hình 3.11. Phổ PL của K2TbF5, K2GdF5 và K2GdF5:Tb (10 %)
3.4.1.2. Kết quả đo phổ kích thích
Kết quả đo phổ kích thích của vật liệu thể hiện ở hình 3.12 cho
thấy, các vạch phổ ở bước sóng 378 nm và 487 nm tương ứng với
kích thích di chuyển lên mức 5
D3 và 5
D4 của ion Tb3+
có cường độ
rất cao. Trong khi đó, các vạch kích thích có độ cao rất cao ở bước
sóng 312 nm, 275 nm và 254 nm tương ứng với độ hấp thụ chuyển
động từ mức cơ bản lên các mức 6
PJ, 6
IJ và 6
DJ của ion Gd3+
.

48
2.0x108 6
Ij (Gd3+
)
độ
(đvtđ)
1.5x108
8
6
Dj (Gd3+
) 6
P (Gd3+
)
Cường
1.0x10 j
5.0x107 5D 3 (Tb3+
) 5
D4 (Tb3+
)
0.0
250 300 350 400 450 500
Wavelength (nm
Bước sóng (nm)
Hình 3.12. Phổ kích thích của K2GdF5:Tb (10 %) với λmonitor = 545 nm
Bước sóng (nm)
Hình 3.13. Phổ kích thích của K2TbF5, K2GdF5 và K2GdF5:Tb (10 %)
Trên phổ kích thích của K2TbF5 (hình 3.13) đỉnh 275 nm không xuất
hiện, đỉnh này chỉ xuất hiện khi có Gd3+
. Như vậy sự hấp thụ năng lượng của

49
vật liệu K2GdF5:Tb là do các ion Gd3+
, chuyển dời kích thích mạnh
nhất tại bước sóng 275 nm, tương ứng với dịch chuyển từ mức
cơ bản 8
S7/2 đến mức kích thích 6
Pj của ion Gd3+
.
Như vậy ion Gd3+
có vai trò hấp thụ năng lượng kích thích rất rõ,
chuyển dời kích thích tại bước sóng 275 nm từ mức cơ bản lên mức 6
IJ có
cường độ cao nhất. Đặc biệt là sự chuyển tiếp kích thích ở bước sóng 312
nm tương ứng với dịch chuyển từ mức cơ sở 8
S7/2 đến mức kích thích 6
Pj
của ion Gd3+
rất cao nhưng ngược lại (6
PJ → 8
S7/2) chuyển tiếp phát xạ
(312 nm) không được phát hiện trong phổ PL. Các quá trình này tăng
cường phát quang trong phạm vi nhìn thấy được của phát xạ.
3.4.2. Kết quả đo phổ hấp thụ
Trong hình 3.14 cho thấy phổ hấp thụ thu được bằng phản xạ khuếch tán
của K2GdF5:Tb. Quang phổ cho thấy các đỉnh hấp thụ ở 375 nm và 485 nm
tương ứng với mức năng lượng 5
D4 và 5
D3 của ion Tb3+
.
0.110 5
D3 (Tb3+
) 375 nm
0.105
thụ
(đvtđ)
5D 4
(Tb3+
) 485 nm
0.100
0.095
h
ấ
p
đ
ộ
0.090
C
ư
ờn
g
0.085
0.080
300 350 400 450 500 550 600
Bước sóng (nm)
Hình 3.14. Phổ hấp thụ của K 2GdF5:Tb (10 %)

50
3.4.3. Vai trò tương tác của cặp ion Gd3+
- Tb3+
Ion Tb3+
có nhiều mức năng lượng trong khoảng 25.103
cm-1
40.103
cm-1
, theo Dieke, vùng này có 36 cấp thuộc các trạng thái 5
D, 5
G,
5
L, 5
H, 5
F, 5
K, các mức năng lượng này khá gần nhau (các size 103
cm-
1
). Vì vậy, ion Tb3+
rất dễ dàng phát xạ chuyển sang các mức 5
D3 và
5
D4, sau đó từ các mức 5
D3 và 5
D4, chúng sẽ chuyển xuống mức cơ bản
với các đường bức xạ trong vùng hiển thị như trong hình 3.15.
Hình 3.15. Chuyển giao năng lượng của cặp ion Gd3+-Tb3+
Như vậy, với sự tồn tại của cặp ion Gd3+
- Tb3+
, các nguồn năng
lượng kích thích của các mức 6
Pj, 6
Ij và 6
Dj của các ion Gd3+
có thể
được chuyển qua các ion Tb3+
một cách hiệu quả. Những kết quả này
khá phù hợp với các nghiên cứu về chuyển giao năng lượng của cặp
Gd3+
–Tb3+
trong các vật liệu khác nhau và phạm vi bước sóng bức xạ
của K2GdF5:Tb có thể ứng dụng trong các quá trình đo quang.
3.5. TÍNH CHẤT NHIỆT PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU
Các mẫu đã chế tạo được đóng gói trong các ống nhựa đen có hàn
kín (hình 3.1). Thực hiện chiếu xạ bởi các nguồn khác nhau và đo
đường cong tích phân nhiệt phát quang của các mẫu sau khi chiếu xạ.

51
3.5.1. Phân tích đường cong nhiệt phát quang
Đường cong nhiệt phát quang của K2GdF5 đã được nghiên cứu với
nhiều yếu tố khác nhau nhằm xác định các thông số nhiệt phát quang của
chúng. Từ các phân tích đường cong chúng ta sẽ xác định ảnh hưởng của
các thông số cài đặt của máy đo lên cường độ nhiệt phát quang.
Trong nghiên cứu này, đường cong nhiệt phát quang được thực hiện
trên máy Harshaw TLD3500. Hệ đo được điều khiển bởi chương trình
Winrems, bao gồm cài đặt khoảng nhiệt độ đo từ 50 °C đến 400 °C , tốc độ gia
nhiệt có thể thay đổi từ 1 °C /s đến 20 °C /s, sai số nhiệt độ của hệ đo là 1 °C .
Nhiệt độ (°C)
Hình 3.16. Đường cong nhiệt phát quang của vật liệu
K2GdF5:Tb (10 %) khi chiếu gamma
Kết quả đo đường cong nhiệt phát quang của K2GdF5 pha tạp Tb3+
chiếu xạ gamma Co-60 với tốc độ gia nhiệt 2 °C/s, được trình bày trên
hình 3.16. Kết quả này đã chỉ ra rằng đường cong nhiệt phát quang của
K2GdF5:Tb (10 %) chỉ đơn giản là sắc nét và bao gồm hai đỉnh ở 196 °C
và 304 °C, đỉnh chính có cường độ rất cao so với đỉnh phụ.

52
Nhiệt độ của đỉnh chính nằm trong vùng 200 °C, nhiệt độ này rất phù hợp
với các thiết bị đo liều vì nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây khó khăn trong gia nhiệt
để đo. Ngược lại nhiệt độ đỉnh chính thấp quá thì độ fading dễ phai mờ.
Như vậy đỉnh chính ở nhiệt độ này sẽ có độ fading thấp và phù
hợp với ứng dụng đo liều bức xạ. Vì đỉnh chính cao nhiều so với
đỉnh phụ do đó khi đo chỉ cần đo đỉnh chính là có thể kết luận được.
Cũng từ hình 3.16 ta thấy sườn lên và sườn xuống rất dốc và
cân đối nên cắt lấy vùng cần đo dễ dàng.
Ngoài ra, độ nhạy nhiệt phát quang còn phụ thuộc vào tốc độ
gia nhiệt. Sự phụ thuộc của độ nhạy nhiệt phát quang vào tốc độ
gia nhiệt có tác động rất quan trọng trong nghiên cứu các thông
số động học của quá trình nhiệt phát quang. Vì vậy chúng ta cần
hiệu chỉnh độ nhạy về tốc độ gia nhiệt nhỏ nhất có thể được để tối
thiểu hóa sai số khi tiến hành các phép đo thực nghiệm.
Khi đo gia nhiệt, theo nghiên cứu thường gia nhiệt 1 °C/s – 2 °C/s
nhưng khi đo liều thường tăng tốc độ giai nhiệt khoảng 10 °C/s để
cường mạnh hơn, dễ phát hiện hơn do đó làm tăng độ nhạy đo liều lên.
Mẫu K2GdF5:Tb 10 % được chiếu gamma và đo với các tốc độ gia nhiệt
β khác nhau 1 °C/s, 2 °C/s và 4 °C/s, nhiệt độ đo từ 50 °C đến 400
°C. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.2
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của nhiệt độ đỉnh, cường độ đỉnh
vào tốc độ gia nhiệt
Tốc độ gia nhiệt β Tmax(°C ) Imax(nA)
(°C /s)
182 46259
1
291 5327
2 196 100370

53
304 13273
205 184607
4
316 22421
Từ kết quả thực nghiệm trên bảng 3.2, cho thấy gia nhiệt tăng
thì nhiệt độ đỉnh cũng tăng theo, kết quả này hoàn toàn phù hợp
với lý thuyết và nhiệt độ đỉnh chính vẫn nằm trong tầm xử lý của
hầu hết các thiết bị đo (từ 150 °C-300 °C ).
Nhiệt độ (°C)
Hình 3.17. Các đường TL của mẫu nghiên cứu
Mặc khác, kết quả nghiên cứu đường cong nhiệt phát quang của K2GdF5
và K2GdF5 (hình 3.17) cho thấy vai trò tương tác của cặp ion Gd3+
-Tb3+
.
Vai trò của ion pha tạp cũng đã thể hiện rất rõ, K2GdF5 pha
tạp Tb3+
cho cường độ nhiệt phát quang rất cao, do đó vật liệu
này sử dụng tốt trong đo liều.

54
3.5.2. Kết quả ảnh hưởng của liều chiếu lên đường TL
Ứng dụng rất quan trọng của phương pháp nhiệt phát quang là dùng để
đo liều. Vật liệu nhiệt phát quang phải có cường độ nhiệt phát quang tỉ lệ với
liều chiếu. Từ sự phụ thuộc tuyến tính của cường độ và liều chiếu chúng ta
mới tính toán để thực hiện phép đo liều thực tế và cường độ nhiệt phát quang.
Trong nghiên cứu đo phổ nhiệt phát quang các mẫu K2GdF5:Tb
được chiếu xạ với các liều chiếu xạ khác nhau (beta, neutron, gamma)
Nhiệt độ (°C)
Hình 3.18. Dạng phổ của mẫu K2GdF5:Tb khi chiếu các nguồn bức
xạ khác nhau
Kết quả dạng phổ của mẫu K2GdF5:Tb, khi chiếu xạ neutron,
beta và gamma được đo ở cùng một tốc độ gia nhiệt là 2 °C/s
được thể hiện ở hình 3.18
Kết quả cho thấy dạng phổ của mẫu pha tạp Tb3+
có sự giống nhau giữa
đường cong TL khi chiếu bức xạ gamma, beta và neutron với hai đỉnh nhiệt phát
quang rõ nét. Đỉnh phát quang thứ nhất có nhiệt độ đỉnh trong khoảng 195 °C và
cường độ đỉnh cao hơn rất nhiều so với cường độ đỉnh thứ hai.

Chế tạo vật liệu k2gdf5tb bằng phương pháp pha rắn ứng dụng trong đo liều.doc

Chế tạo vật liệu k2gdf5tb bằng phương pháp pha rắn ứng dụng trong đo liều.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Chế tạo vật liệu k2gdf5tb bằng phương pháp pha rắn ứng dụng trong đo liều.doc

Similar to Chế tạo vật liệu k2gdf5tb bằng phương pháp pha rắn ứng dụng trong đo liều.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Chế tạo vật liệu k2gdf5tb bằng phương pháp pha rắn ứng dụng trong đo liều.doc