JPH06214030A - Diamond thermoluminescence dosemeter and its manufacture - Google Patents

Diamond thermoluminescence dosemeter and its manufacture

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JPH06214030A
JPH06214030A JP838393A JP838393A JPH06214030A JP H06214030 A JPH06214030 A JP H06214030A JP 838393 A JP838393 A JP 838393A JP 838393 A JP838393 A JP 838393A JP H06214030 A JPH06214030 A JP H06214030A
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JP
Japan
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diamond
thermoluminescence
center
temperature
intensity
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP838393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Nakajima
猛 中島
Shuichi Sato
周一 佐藤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06214030A publication Critical patent/JPH06214030A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide sufficient thermoluminescence sensitivity even with a synthetic diamond containing a specified value or more of nitrogen impurities by providing a diamond having, in the crystal, a luminescence center having an absorption coefficient in a determined wavelength accompanied by absorption and emission of light within a specified range. CONSTITUTION:A diamond sample manufactured by a superhigh pressure and high temperature synthesis containing 120ppm of nitrogen which is thermally treated at 9OO deg.C has a thermoluminescence intensity about 100 times, compared with an untreated crystal, and the thermal treatment temperature at which the thermoluminescence intensity starts to increase is about 6OO deg.C. This temperature is coincident to the temperature at which a luminescence center starts to generate, and by generating the luminescence center in the diamond crystal in this way, the thermoluminescence intensity is improved, and high sensitivity can be provided. Until the absorption coefficient at wavelength 580nm of the luminescence center reaches 10cm<-1>, the thermoluminescence intensity is linearly increased and saturated, and with 20cm<-1> or more, it is gradually lowered. Thus, to provide a highly sensitive thermoluminescence, the absorption coefficient of the luminescence center is desirably set to 8cm<-1> to 25cm<-1>.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ダイヤモンド熱ルミ
ネッセンス線量計およびその製造方法に関し、特に、高
エネルギー光子(X線・γ線)や高エネルギー粒子線
(電子、中性子、陽子、α粒子など)などの放射線線量
を計測するためのダイヤモンド熱ルミネッセンス線量計
およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond thermoluminescence dosimeter and a method for manufacturing the same, and particularly to high energy photons (X-rays and γ rays) and high energy particle beams (electrons, neutrons, protons, α particles, etc.). TECHNICAL FIELD The present invention relates to a diamond thermoluminescence dosimeter for measuring a radiation dose and the manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、放射線線量の測定方法の1つとし
て、物質の熱ルミネッセンス(物質を加熱したときに発
せられる蛍光)を利用したものが知られている。熱ルミ
ネッセンス物質は、放射線(X線,γ線など)の照射に
より熱ルミネッセンスを発する性質を有するが、その原
理は以下のように考えられている。すなわち、放射線に
より励起された電子または正孔が結晶中の格子欠陥に捕
獲される。この捕獲された状態は室温では安定に存続す
る。しかし、加熱によって束縛された電子または正孔は
捕獲中心から解放され、別の格子欠陥(発光中心)に再
び捕獲される。この発光中心で電子(ホール)は最終的
に基底状態に戻るが、この過程で発光が起こる。放射線
の照射量とルミネッセンス強度の関係が既知であれば、
熱ルミネッセンス強度の測定によって放射線の照射量を
計測することができる。熱ルミネッセンス物質を線量計
に用いる際に要求される特性としては、放射線照射量に
対する感度が高いこと、放射線照射量とルミネッセンス
強度との線形性が良いこと、および室温で捕獲されてい
る電子(ホール)の寿命が長いことなどがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of methods for measuring a radiation dose, a method using thermoluminescence of a substance (fluorescence emitted when the substance is heated) is known. Thermoluminescent substances have the property of emitting thermoluminescence upon irradiation with radiation (X-rays, γ-rays, etc.), and the principle thereof is considered as follows. That is, the electrons or holes excited by the radiation are captured by the lattice defects in the crystal. This trapped state remains stable at room temperature. However, the electrons or holes bound by heating are released from the trap center and trapped again in another lattice defect (emission center). Electrons (holes) finally return to the ground state at this emission center, but light emission occurs in this process. If the relationship between the radiation dose and the luminescence intensity is known,
The radiation dose can be measured by measuring the thermoluminescence intensity. The characteristics required when using a thermoluminescent substance in a dosimeter are high sensitivity to radiation dose, good linearity between radiation dose and luminescence intensity, and electrons trapped at room temperature (holes). ) Has a long life.

【0003】現在、熱ルミネッセンス線量計として実用
化されている物質には、LiF、CaF2 、CaSO4
などがある。ダイヤモンドが熱ルミネッセンス性物質で
あることは、インダストリアル・ダイヤモンド・レビュ
ー(1977年7月号の239頁)に記載されている。
この性質を用いてダイヤモンドを核放射線線量計に利用
する例として、特開昭61−270298号公報および
特開平2−52277号公報がある。このうち、特開昭
61−270298号公報には、熱ルミネッセンス性物
質として100ppm以下の窒素濃度を有する合成ダイ
ヤモンドが開示されている。また、特開平2−5227
7には熱ルミネッセンスの感度ならびに線量に対する線
形性を改善するためにダイヤモンドに電子線照射処理を
することが効果的であることが開示されている。
At present, substances practically used as thermoluminescence dosimeters include LiF, CaF 2 and CaSO 4.
and so on. The fact that diamond is a thermoluminescent substance is described in the Industrial Diamond Review (July 1977 page 239).
Examples of utilizing diamond in a nuclear radiation dosimeter utilizing this property are disclosed in JP-A-61-270298 and JP-A-2-52277. Among them, JP-A-61-270298 discloses a synthetic diamond having a nitrogen concentration of 100 ppm or less as a thermoluminescent substance. In addition, JP-A-2-5227
7 discloses that it is effective to subject diamond to an electron beam irradiation treatment in order to improve the sensitivity of thermoluminescence and the linearity with respect to dose.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述のように特開昭6
1−270298号公報にはダイヤモンド中の窒素濃度
を制御することによってダイヤモンドを熱ルミネッセン
ス性物質として用いることが開示されている。すなわ
ち、熱ルミネッセンスの感度はダイヤモンド中の不純物
に影響され、窒素濃度の増加に伴い熱ルミネッセンス感
度が低下する。具体的には、窒素濃度が100ppmの
ときには1ppmの場合に比べて熱ルミネッセンス感度
が約10-3倍になる。このような点を考慮して、特開昭
61−270298号公報ではダイヤモンド中に含まれ
る窒素濃度を100ppm以下と規定している。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
1-270298 discloses that diamond is used as a thermoluminescent substance by controlling the nitrogen concentration in the diamond. That is, the sensitivity of thermoluminescence is affected by impurities in diamond, and the sensitivity of thermoluminescence decreases as the nitrogen concentration increases. Specifically, when the nitrogen concentration is 100 ppm, the thermoluminescence sensitivity is about 10 −3 times as high as when it is 1 ppm. In consideration of such a point, in JP-A-61-270298, the concentration of nitrogen contained in diamond is defined as 100 ppm or less.

【0005】しかしながら、工業的に生産されているダ
イヤモンドは、超高圧高温下で、鉄族(Fe、Ni、C
o)金属またはこれらの合金を触媒を用いて合成したダ
イヤモンドである。このような超高圧高温合成により得
られたダイヤモンドには通常100ppm以上の窒素が
不純物として含まれており、このようなダイヤモンドは
Ib型と分類されている。このようなIb型の工業用ダ
イヤモンドを熱ルミネッセンス線量計に用いることは従
来では感度が低下するという点で問題であった。
However, industrially produced diamond is produced at a high pressure and a high temperature under the iron group (Fe, Ni, C).
o) It is a diamond synthesized by using a metal or an alloy thereof using a catalyst. The diamond obtained by such ultra-high pressure and high temperature synthesis usually contains 100 ppm or more of nitrogen as an impurity, and such a diamond is classified as Ib type. The use of such an Ib type industrial diamond in a thermoluminescence dosimeter has been a problem in the prior art in that the sensitivity is lowered.

【0006】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、請求項1〜5に記載の発明の目
的は、窒素不純物を100ppm以上含む通常の工業用
合成ダイヤモンドにおいても十分な熱ルミネッセンス感
度を得ることが可能なダイヤモンド熱ルミネッセンス線
量計およびその製造方法を提供することである。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and the object of the inventions described in claims 1 to 5 is sufficient even in a normal industrial synthetic diamond containing 100 ppm or more of nitrogen impurities. It is to provide a diamond thermoluminescence dosimeter capable of obtaining excellent thermoluminescence sensitivity and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1および2におけ
るダイヤモンド熱ルミネッセンス線量計は、その結晶中
に光の吸収・発光を伴う発光中心を有するダイヤモンド
を備えている。そして、その発光中心の580nmの波
長における吸収係数が8cm-1以上25cm-1以下であ
る。
The diamond thermoluminescence dosimeter according to the first and second aspects is provided with a diamond having a luminescent center having absorption and emission of light in its crystal. The absorption coefficient at the wavelength of 580 nm of the emission center is 8 cm -1 or more and 25 cm -1 or less.

【0008】請求項3〜5におけるダイヤモンド熱ルミ
ネッセンス線量計の製造方法は、Ib型窒素を30pp
m以上200ppm以下含むダイヤモンドに、1〜4M
eVのエネルギーの電子線を0.4×1018個/cm2
以上1.3×1018個/cm 2 以下の照射量で照射する
工程と、前記ダイヤモンドを600℃以上1400℃以
下の温度条件下で熱処理する工程とを備えている。
[0008] Diamond thermo lumi according to claims 3-5
The manufacturing method of the luminescence dosimeter is 30 pp of Ib type nitrogen.
1 to 4M for diamonds containing m to 200ppm
Electron beam with energy of eV 0.4 × 1018Pieces / cm2
1.3 x 10 or more18Pieces / cm 2Irradiate with the following dose
Step, and the diamond above 600 ℃ 1400 ℃
And a step of performing heat treatment under the lower temperature condition.

【0009】[0009]

【発明の作用・効果】請求項1および2にかかるダイヤ
モンド熱ルミネッセンス線量計では、ダイヤモンド結晶
中に光の吸収発光を伴う発光中心を有するので熱ルミネ
ッセンス強度が向上される。また、発光中心の580n
mの波長における吸収係数が8cm-1以上25cm-1
下に設定されているので、熱ルミネッセンス強度がある
程度高い範囲内の線量計が得られ、熱ルミネッセンス感
度の高いダイヤモンド熱ルミネッセンス線量計を得るこ
とができる。以下に、ダイヤモンド結晶中に発光中心を
有することおよびその発光中心の吸収係数が8cm-1
上25cm-1以下にしたことの詳細を説明する。
In the diamond thermoluminescence dosimeter according to the first and second aspects, the thermoluminescence intensity is improved because the diamond crystal has an emission center accompanied by absorption and emission of light. In addition, the emission center of 580n
Since the absorption coefficient at the wavelength of m is set to 8 cm -1 or more and 25 cm -1 or less, it is possible to obtain a dosimeter in which the thermoluminescence intensity is high to some extent, and to obtain a diamond thermoluminescence dosimeter with high thermoluminescence sensitivity. You can The details of having a luminescent center in the diamond crystal and having an absorption coefficient of the luminescent center of 8 cm -1 or more and 25 cm -1 or less will be described below.

【0010】まず、本発明では発光中心(NVセンタ
ー)の存在することでダイヤモンドの熱ルミネッセンス
強度が飛躍的に向上することを明らかにした。図1は、
熱ルミネッセンス強度の温度依存性を示したグロー曲線
(相関図)である。図1を参照して、Aの曲線はIb型
窒素を120ppm含む超高圧高温合成により作製した
ダイヤモンド試料であり、未処理の状態である。またB
は、Aと同じダイヤモンド結晶に電子線を1×1018
/cm2 の線量で照射した試料である。C〜Fの曲線
は、Bの試料にさらにそれぞれ500℃、700℃、9
00℃、1150℃の熱処理を施した試料の曲線であ
る。各試料には計測すべき放射線である10GyのX線
を照射した後、温度を上昇させて熱ルミネッセンス強度
を測定した。図1を参照して、熱処理温度の上昇ととも
に熱ルミネッセンス強度は増加し、900℃の熱処理で
熱ルミネッセンス強度が最大となっていることがわか
る。なお、熱ルミネッセンス強度は各曲線の平坦部分と
ピーク部分との差で表される。900℃で熱処理したダ
イヤモンド試料(E曲線)では熱ルミネッセンス強度が
未処理の結晶(A曲線)に比べて100倍近く大きくな
っている。ここで熱ルミネッセンス強度が増大し始める
熱処理温度は600℃付近からであり、この温度はNV
センターが生成し始める温度と一致する。このようにN
Vセンターをダイヤモンド結晶中に生成させることで熱
ルミネッセンス強度が向上し感度の高い放射線線量計を
提供できることが明らかとなった。
First, it was clarified in the present invention that the presence of the luminescent center (NV center) dramatically improves the thermoluminescence intensity of diamond. Figure 1
It is a glow curve (correlation diagram) showing the temperature dependence of thermoluminescence intensity. With reference to FIG. 1, a curve A is a diamond sample produced by ultrahigh pressure high temperature synthesis containing 120 ppm of Ib type nitrogen, which is in an untreated state. Also B
Is a sample obtained by irradiating the same diamond crystal as A with an electron beam at a dose of 1 × 10 18 pieces / cm 2 . The curves C to F show that the sample B is further 500 ° C., 700 ° C., 9 ° C.
It is a curve of the sample which heat-processed at 00 degreeC and 1150 degreeC. After irradiating each sample with 10 Gy of X-ray, which is the radiation to be measured, the temperature was raised and the thermoluminescence intensity was measured. With reference to FIG. 1, it can be seen that the thermoluminescence intensity increases as the heat treatment temperature rises, and the thermoluminescence intensity becomes maximum by the heat treatment at 900 ° C. The thermoluminescence intensity is represented by the difference between the flat portion and the peak portion of each curve. The thermoluminescence intensity of the diamond sample (E curve) heat-treated at 900 ° C. is almost 100 times higher than that of the untreated crystal (A curve). The heat treatment temperature at which the thermoluminescence intensity starts to increase is around 600 ° C., and this temperature is NV.
Matches the temperature at which the center begins to form. Thus N
It has been clarified that the thermoluminescence intensity is improved and a highly sensitive radiation dosimeter can be provided by forming the V center in the diamond crystal.

【0011】次に、発光中心の吸収係数を8cm-1以上
25cm-1以下に設定した理由を以下に説明する。図2
は、NVセンターの光吸収スペクトルを示した相関図で
ある。図2を参照して、NVセンターは可視域である5
80nmの波長に吸収帯を有し、その結果NVセンター
を含むダイヤモンドは赤色を呈する。NVセンターの生
成量はこの波長580nmでの吸収係数に比例する。図
3は、NVセンターの生成量の指標となる580nmで
の吸収係数と熱ルミネッセンス強度との関係を示した相
関図である。この測定に用いられたダイヤモンド試料に
は、予め10GyのX線を照射した後225℃に保持し
て熱ルミネッセンス強度を測定した。図3を参照して、
NVセンターの吸収係数が10cm-1程度までは直線的
に熱ルミネッセンス強度が増加しその後飽和する。さら
に20cm-1以上では逆に徐々に熱ルミネッセンス強度
が低下する。したがって、感度の高い熱ルミネッセンス
線量計を得るためにはNVセンターの吸収係数が8cm
-1以上25cm-1以下であることが望ましい。なお、図
1に示したようにNVセンターを含むダイヤモンドの熱
ルミネッセンスは、150℃以上320℃以下の範囲内
に表れる。したがって、放射線量と熱ルミネッセンス強
度との対応関係を予め検量曲線として求めておけば、放
射線照射後に上記温度範囲にダイヤモンドを保持し熱ル
ミネッセンス強度を測定することにより被爆した放射線
量を決定することができる。
Next, the reason why the absorption coefficient of the emission center is set to 8 cm -1 or more and 25 cm -1 or less will be described below. Figure 2
[Fig. 4] is a correlation diagram showing an optical absorption spectrum of NV center. Referring to FIG. 2, the NV center is in the visible range 5
The diamond, which has an absorption band at a wavelength of 80 nm and thus contains NV centers, exhibits a red color. The amount of NV centers produced is proportional to the absorption coefficient at this wavelength of 580 nm. FIG. 3 is a correlation diagram showing the relationship between the absorption coefficient at 580 nm and the thermoluminescence intensity, which is an index of the amount of NV centers produced. The diamond sample used for this measurement was irradiated with 10 Gy of X-ray in advance and then kept at 225 ° C. to measure the thermoluminescence intensity. Referring to FIG.
The thermoluminescence intensity increases linearly until the NV center has an absorption coefficient of about 10 cm -1, and then saturates. At 20 cm -1 or more, on the contrary, the thermoluminescence intensity gradually decreases. Therefore, in order to obtain a highly sensitive thermoluminescence dosimeter, the absorption coefficient of the NV center is 8 cm.
-1 or more and 25 cm -1 or less is desirable. In addition, as shown in FIG. 1, the thermoluminescence of the diamond including the NV center appears in the range of 150 ° C. or higher and 320 ° C. or lower. Therefore, if the correspondence relationship between the radiation dose and the thermoluminescence intensity is obtained as a calibration curve in advance, it is possible to determine the radiation dose exposed by measuring the thermoluminescence intensity by holding the diamond in the above temperature range after irradiation of the radiation. it can.

【0012】請求項3〜5にかかるダイヤモンド熱ルミ
ネッセンス線量計の製造方法では、Ib型窒素を30p
pm以上200ppm以下含むダイヤモンドに1〜4M
eVのエネルギーの電子線が0.4×1018個/cm2
以上1.3×1018個/cm 2 以下の照射量で照射され
るので、ダイヤモンド結晶内に空格子が生成される。ま
た、ダイヤモンドが600℃以上1400℃以下の温度
条件下で熱処理されるので、上記した空格子が結晶中を
拡散し窒素と結合して複合欠陥であるNVセンターが生
成される。これにより、熱ルミネッセンス強度が向上し
感度の高い放射線線量計が容易に製造できる。なお、N
Vセンターの濃度は、Ib型窒素の濃度、電子線の照射
量、および熱処理温度によって決まり、それぞれの最適
値は以下のように決定される。
Diamond thermolumines according to claims 3 to 5
In the manufacturing method of the luminescence dosimeter, Ib type nitrogen is added at 30 p
1 to 4M for diamond containing pm or more and 200ppm or less
Electron beam with energy of eV is 0.4 × 1018Pieces / cm2
1.3 x 10 or more18Pieces / cm 2It is irradiated with the following dose
Therefore, vacancies are generated in the diamond crystal. Well
Also, the temperature of diamond is above 600 ℃ and below 1400 ℃
Since it is heat-treated under the conditions, the above-mentioned vacancies are present in the crystal.
The NV center, which is a complex defect, diffuses and bonds with nitrogen to form
Is made. This improves the thermoluminescence intensity
A highly sensitive radiation dosimeter can be easily manufactured. Note that N
The concentration of V center is the concentration of Ib-type nitrogen, the irradiation of electron beam
Optimum depending on the amount and heat treatment temperature
The value is determined as follows.

【0013】まず、窒素濃度の最適値について検討す
る。図4は、Ib型窒素濃度とNVセンターの生成量と
の関係を示した相関図である。ここで、通常の高圧合成
のダイヤモンドには窒素が120ppm程度含まれる。
それ以上の窒素濃度を含有するダイヤモンド結晶を得る
ために、窒化鉄、窒化珪素などの窒化物を金属溶媒に添
加して合成した。この一方、窒素濃度が低いダイヤモン
ド結晶を得るために、合成時に金属溶媒中にAl、T
i、Ziなどの難分解窒化物を形成する元素を添加して
窒素を除去した。このようにして用意した試料に2Me
Vのエネルギーの電子線を照射量1×1018個/cm2
で照射し、その後900℃で熱処理を行なった。NVセ
ンターの濃度は波長580nmの吸収係数で評価した。
図4を参照して、NVセンターの吸収係数は窒素濃度が
30ppm程度以下では窒素濃度に正比例し、30pp
m以上ではほぼ18cm-1で一定となる。ここで、ダイ
ヤモンド結晶中の窒素濃度は一様ではなく濃淡がある。
したがって、一様なNVセンターを生成させるためには
窒素濃度に依存しない条件が望まれる。このため、窒素
濃度は30ppm以上必要である。この一方、200p
pm以上の窒素不純物を含む結晶では不純物が多すぎる
ために結晶中の内部歪みが増大し結晶の品質が低下す
る。したがって、窒素濃度は200ppm以下である必
要がある。
First, the optimum value of nitrogen concentration will be examined. FIG. 4 is a correlation diagram showing the relationship between the Ib type nitrogen concentration and the amount of NV centers produced. Here, the normal high-pressure synthetic diamond contains nitrogen at about 120 ppm.
In order to obtain a diamond crystal having a higher nitrogen concentration, a nitride such as iron nitride or silicon nitride was added to a metal solvent for synthesis. On the other hand, in order to obtain a diamond crystal with a low nitrogen concentration, Al, T
Nitrogen was removed by adding elements such as i and Zi that form refractory nitrides. 2Me was added to the sample prepared in this way.
Irradiation dose of electron beam of V energy 1 × 10 18 / cm 2
And then heat treated at 900 ° C. The NV center concentration was evaluated by the absorption coefficient at a wavelength of 580 nm.
Referring to FIG. 4, the absorption coefficient of the NV center is directly proportional to the nitrogen concentration when the nitrogen concentration is about 30 ppm or less, and is 30 pp.
Above m, it is constant at about 18 cm -1 . Here, the nitrogen concentration in the diamond crystal is not uniform and has a shade.
Therefore, in order to generate a uniform NV center, conditions that do not depend on the nitrogen concentration are desired. Therefore, the nitrogen concentration needs to be 30 ppm or more. On the other hand, 200p
A crystal containing nitrogen impurities of pm or more has too many impurities, so that the internal strain in the crystal increases and the quality of the crystal deteriorates. Therefore, the nitrogen concentration needs to be 200 ppm or less.

【0014】次に、電子線の照射量の最適値について検
討する。空格子を生成するのに必要な電子線照射のエネ
ルギーは1〜4MeVである。この範囲以下では空格子
が生成されずまたこれ以上ではダイヤモンド結晶自身の
損傷が激しくなるからである。また、空格子の生成量は
電子線の照射量に比例し、この結果NVセンターの生成
量も照射量に比例する。図5は、電子線照射量とNVセ
ンターの生成量との関係を示した相関図である。Ib型
窒素濃度はいずれの試料でも120ppmであり、電子
線照射後、900℃で熱処理を行なった。NVセンター
の生成量は波長580nmにおける吸収係数で評価し
た。図5を参照して、前述したNVセンターの最適な吸
収係数である8cm-1以上25cm-1以下を得るために
は、電子線照射量を0.4×1018以上1.3×1018
個/cm2 以下に設定する必要がある。
Next, the optimum value of the electron beam irradiation amount will be examined. The electron beam irradiation energy required to generate vacancies is 1 to 4 MeV. This is because vacancies are not formed below this range, and above this range, the diamond crystal itself is severely damaged. Further, the amount of vacancies produced is proportional to the amount of electron beam irradiation, and as a result, the amount of NV center produced is also proportional to the amount of irradiation. FIG. 5 is a correlation diagram showing the relationship between the electron beam irradiation amount and the NV center generation amount. The Ib type nitrogen concentration was 120 ppm in all the samples, and after the electron beam irradiation, heat treatment was performed at 900 ° C. The amount of NV centers produced was evaluated by the absorption coefficient at a wavelength of 580 nm. Referring to FIG. 5, in order to obtain the optimum absorption coefficient of the NV center of 8 cm −1 or more and 25 cm −1 or less, the electron beam irradiation amount is 0.4 × 10 18 or more and 1.3 × 10 18 or more.
It is necessary to set the number to less than or equal to pieces / cm 2 .

【0015】さらに、熱処理温度の最適値について検討
する。図1で示したように、熱ルミネッセンス強度は6
00℃から増加し始め900℃で最大となりそれ以上の
温度では逆に低下する。そして、1400℃以上ではN
Vセンターは消滅する。これは、窒素不純物の拡散が始
まりNVセンターと結合して別のカラーセンターに変換
するためである。したがって、熱処理温度は600℃以
上1400℃以下で行なうのが適切であり、好ましくは
900℃で行なうのが良い。
Further, the optimum value of the heat treatment temperature will be examined. As shown in FIG. 1, the thermoluminescence intensity is 6
The temperature starts to increase from 00 ° C, reaches a maximum at 900 ° C, and decreases at higher temperatures. And at 1400 ° C or higher, N
The V Center disappears. This is because the diffusion of nitrogen impurities starts and combines with the NV center to convert it into another color center. Therefore, the heat treatment temperature is suitably 600 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, preferably 900 ° C.

【0016】なお、上記したIb型ダイヤモンドは、熱
力学的に安定な超高圧高温条件下で合成されたものであ
るが、本発明はこれに限らず気相合成により合成したI
b型ダイヤモンドでも同様に熱ルミネッセンスが観測さ
れる。気相合成法において原料ガス(メタン・水素、C
2 など)中に窒素ガスを1〜6%混入させることによ
りIb型窒素を30〜200ppm含んだ多結晶または
単結晶ダイヤモンドが合成される。気相合成ダイヤモン
ドは、超高圧合成ダイヤモンドに比べて形状に自由度が
あり、したがってフィルム状の線量計が得られるという
利点がある。
The above-mentioned Ib type diamond is synthesized under thermodynamically stable ultrahigh pressure and high temperature conditions, but the present invention is not limited to this, and I synthesized by gas phase synthesis.
Thermoluminescence is similarly observed in b-type diamond. In the gas phase synthesis method, raw material gases (methane, hydrogen, C
By mixing 1 to 6% of nitrogen gas into (O 2 etc.), polycrystalline or single crystal diamond containing 30 to 200 ppm of Ib type nitrogen is synthesized. Vapor-phase synthetic diamond has the advantage that it has a higher degree of freedom in shape than ultra-high pressure synthetic diamond, and therefore a dosimeter in the form of a film can be obtained.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

(実施例1)超高圧合成法で作製した単結晶Ib型ダイ
ヤモンドにエネルギー2MeV、照射量0.2×1018
〜2×1018個/cm2 の電子線照射を行なった。その
後、900℃で熱処理を行ないNVセンターを結晶中に
生成させた。これらの結晶に10GyのX線を照射した
後、225℃に保持して熱ルミネッセンス強度を測定し
た。熱ルミネッセンス強度の測定はフォトマルティプラ
イアー(浜松ホトニクス社製IP−28型)を用い、出
力電圧をデジタルボルトメータで測定した。結果を以下
の表1に示す。
(Example 1) Single crystal Ib type diamond produced by the ultra-high pressure synthesis method had an energy of 2 MeV and an irradiation dose of 0.2 × 10 18.
The electron beam irradiation was carried out at ˜2 × 10 18 pieces / cm 2 . Then, heat treatment was performed at 900 ° C. to generate NV centers in the crystal. These crystals were irradiated with 10 Gy of X-ray and then held at 225 ° C. to measure thermoluminescence intensity. The thermoluminescence intensity was measured by using a photomultiplier (IP-28 type manufactured by Hamamatsu Photonics KK), and the output voltage was measured by a digital voltmeter. The results are shown in Table 1 below.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】上記表1を参照して、電子線照射量の少な
い比較例AはNVセンターの吸収係数も小さく、この結
果熱ルミネッセンス強度も小さいことがわかる。また、
電子線照射量の多すぎる比較例EではNVセンターの吸
収係数が大きくなりすぎ、この結果熱ルミネッセンス強
度が小さくなっていることがわかる。これに対して、電
子線照射量が最適な範囲内にある実施例B、CおよびD
では、NVセンターの吸収係数も最適な範囲内にあり、
この結果熱ルミネッセンス強度も比較例に比べて大きい
ことがわかる。
It can be seen from Table 1 above that Comparative Example A, which has a small electron beam irradiation amount, also has a small absorption coefficient at the NV center, and as a result, the thermoluminescence intensity is also small. Also,
It can be seen that in Comparative Example E where the electron beam irradiation amount is too large, the absorption coefficient of the NV center becomes too large, and as a result, the thermoluminescence intensity becomes small. On the other hand, Examples B, C and D in which the electron beam dose is within the optimum range
Then, the absorption coefficient of the NV center is also within the optimum range,
As a result, it can be seen that the thermoluminescence intensity is also higher than that of the comparative example.

【0020】(実施例2)まず、Ib型窒素濃度および
電子線照射量(エネルギー2MeV)を変化させてNV
センターの生成量を調べた。その結果を以下の表2に示
す。
(Embodiment 2) First, NV concentration was changed by changing the Ib type nitrogen concentration and the electron beam irradiation amount (energy 2 MeV).
The production amount of the center was examined. The results are shown in Table 2 below.

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】上記表2を参照して、Ib型窒素濃度が少
ない比較例Fでは、電子線照射量が同じでIb型窒素濃
度が多い実施例GおよびHに比べてNVセンターの吸収
係数が小さいことがわかる。また、他に比べて電子線照
射量の少ない比較例Jでは、実施例G、HおよびIに比
べてNVセンターの吸収係数が小さいことがわかる。
Referring to Table 2 above, in Comparative Example F having a low concentration of Ib-type nitrogen, the absorption coefficient of the NV center is smaller than that in Examples G and H having the same electron beam dose and a high concentration of Ib-type nitrogen. I understand. Further, it can be seen that Comparative Example J, which has a smaller electron beam dose than the others, has a smaller absorption coefficient at the NV center than Examples G, H, and I.

【0023】次に、熱処理温度を変化させてNVセンタ
ーの生成量を調べた。結果を以下の表3に示す。
Next, the amount of NV centers produced was examined by changing the heat treatment temperature. The results are shown in Table 3 below.

【0024】[0024]

【表3】 [Table 3]

【0025】上記表3を参照して、熱処理温度が500
℃である比較例KではNVセンターの吸収係数がゼロで
あり、NVセンターが生成されていないことがわかる。
また、熱処理温度が1400℃である比較例NではNV
センターの吸収係数が実施例LおよびMに比べて小さい
ことがわかる。
Referring to Table 3 above, the heat treatment temperature is 500
In Comparative Example K, which has a temperature of ° C, the absorption coefficient of the NV center is zero, and it can be seen that the NV center is not generated.
Further, in Comparative Example N in which the heat treatment temperature is 1400 ° C., NV
It can be seen that the absorption coefficient of the center is smaller than that of Examples L and M.

【0026】(実施例3)原料ガスとして、メタン2
%、水素96%、窒素ガス2%の混合ガスを用いてプラ
ズマCVD法によりIb型ダイヤモンド多結晶薄膜を作
製した。このときの基板温度は850℃であり、マイク
ロ波パワーは350Wであった。また、Ib型窒素濃度
は50ppmであった。このダイヤモンド薄膜に電子線
照射(1×1018個/cm2 )と熱処理(900℃)を
行ない、NVセンターを作製した。NVセンターの吸収
係数は17cm-1であった。これに、10GyのX線を
照射した後加熱し、加熱温度と熱ルミネッセンス強度と
を測定した。測定方法は実施例1と同様である。図6
は、この測定結果における温度と熱ルミネッセンス強度
との関係を示した相関図(グロー曲線)である。図6を
参照して、この気相合成法によって作製したダイヤモン
ド薄膜によるグロー曲線は、図1に示した超高圧ダイヤ
モンドと同様のグロー曲線を示すことがわかる。したが
って、本発明は気相合成法により作製されたダイヤモン
ド薄膜にも適用可能であることがわかる。
(Example 3) Methane 2 was used as a source gas.
%, Hydrogen 96%, and nitrogen gas 2% were used to produce an Ib-type diamond polycrystalline thin film by the plasma CVD method. At this time, the substrate temperature was 850 ° C. and the microwave power was 350W. The Ib type nitrogen concentration was 50 ppm. This diamond thin film was subjected to electron beam irradiation (1 × 10 18 pieces / cm 2 ) and heat treatment (900 ° C.) to prepare an NV center. The absorption coefficient of the NV center was 17 cm -1 . This was irradiated with 10 Gy of X-ray and then heated, and the heating temperature and thermoluminescence intensity were measured. The measuring method is the same as in Example 1. Figure 6
FIG. 4 is a correlation diagram (glow curve) showing the relationship between temperature and thermoluminescence intensity in this measurement result. Referring to FIG. 6, it can be seen that the glow curve of the diamond thin film produced by this vapor phase synthesis method shows the same glow curve as the ultrahigh pressure diamond shown in FIG. Therefore, it is understood that the present invention can be applied to the diamond thin film produced by the vapor phase synthesis method.

【0027】(実施例4)実施例1における試料Bを用
い、X線の照射量と熱ルミネッセンス強度との線計性を
調べた。試料Bの加熱温度は225℃であり熱ルミネッ
センス強度の測定方法は実施例1と同様である。図7
は、この実施例4におけるX線放射線量と熱ルミネッセ
ンス強度との関係を示した相関図である。図7を参照し
て、X線放射線量が10Gyまでは比例関係にあり放射
線線量計として好ましい特性を有することがわかる。
Example 4 Using the sample B in Example 1, the linearity between the X-ray irradiation dose and the thermoluminescence intensity was examined. The heating temperature of sample B is 225 ° C., and the method for measuring the thermoluminescence intensity is the same as in Example 1. Figure 7
[Fig. 4] is a correlation diagram showing the relationship between the X-ray radiation dose and thermoluminescence intensity in Example 4. With reference to FIG. 7, it can be seen that the X-ray radiation dose is in a proportional relationship up to 10 Gy and has favorable characteristics as a radiation dosimeter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】熱ルミネッセンス強度の温度依存性を示した相
関図(グロー曲線)である。
FIG. 1 is a correlation diagram (glow curve) showing the temperature dependence of thermoluminescence intensity.

【図2】NVセンターの光吸収スペクトルを示した相関
図である。
FIG. 2 is a correlation diagram showing an optical absorption spectrum of NV center.

【図3】NVセンターの波長580nmにおける吸収係
数と熱ルミネッセンス強度との関係を示した相関図であ
る。
FIG. 3 is a correlation diagram showing the relationship between the absorption coefficient of the NV center at a wavelength of 580 nm and the thermoluminescence intensity.

【図4】Ib型窒素濃度とNVセンター生成量との関係
を示した相関図である。
FIG. 4 is a correlation diagram showing a relationship between an Ib type nitrogen concentration and an NV center production amount.

【図5】電子線照射量とNVセンター生成量との関係を
示した相関図である。
FIG. 5 is a correlation diagram showing a relationship between an electron beam irradiation amount and an NV center generation amount.

【図6】気相合成法で作製した多結晶Ib型ダイヤモン
ドにおける温度と熱ルミネッセンス強度との関係を示し
た相関図(グロー曲線)である。
FIG. 6 is a correlation diagram (glow curve) showing the relationship between temperature and thermoluminescence intensity in polycrystalline Ib type diamond produced by a vapor phase synthesis method.

【図7】X線照射量と熱ルミネッセンス強度との関係を
示した相関図である。
FIG. 7 is a correlation diagram showing the relationship between the X-ray irradiation amount and the thermoluminescence intensity.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 その結晶中に光の吸収・発光を伴う発光
中心を有するダイヤモンドを備え、 前記発光中心の580nmの波長における吸収係数が8
cm-1以上25cm-1以下である、ダイヤモンド熱ルミ
ネッセンス線量計。
1. A crystal having diamond having an emission center accompanied by absorption and emission of light, wherein the absorption center of said emission center at a wavelength of 580 nm is 8.
cm -1 more than 25cm -1 or less, diamond thermoluminescence dosimeter.
【請求項2】 前記ダイヤモンド熱ルミネッセンス線量
計は、計測すべき放射線を前記ダイヤモンドに照射した
後前記ダイヤモンドを150℃以上320℃以下の温度
に加熱することにより熱ルミネッセンスを生じさせて前
記熱ルミネッセンスの強度から前記放射線の被爆量を計
測する、請求項1に記載のダイヤモンド熱ルミネッセン
ス線量計。
2. The diamond thermoluminescence dosimeter produces a thermoluminescence by irradiating the diamond with a radiation to be measured and then heating the diamond to a temperature of 150 ° C. or higher and 320 ° C. or lower to generate the thermoluminescence of the thermoluminescence. The diamond thermoluminescence dosimeter according to claim 1, wherein the exposure dose of the radiation is measured from the intensity.
【請求項3】 Ib型窒素を30ppm以上200pp
m以下含むダイヤモンドに、1〜4MeVのエネルギー
の電子線を0.4×1018個/cm2 以上1.3×10
18個/cm2 以下の照射量で照射する工程と、 前記ダイヤモンドを600℃以上1400℃以下の温度
条件下で熱処理する工程とを備えた、ダイヤモンド熱ル
ミネッセンス線量計の製造方法。
3. Ib type nitrogen is 30 ppm or more and 200 pp
0.4 × 10 18 electron beams / cm 2 or more and 1.3 × 10 electron beams having an energy of 1 to 4 MeV are added to a diamond containing m or less.
A method for manufacturing a diamond thermoluminescence dosimeter, comprising: a step of irradiating with a dose of 18 pieces / cm 2 or less; and a step of heat-treating the diamond under a temperature condition of 600 ° C. or more and 1400 ° C. or less.
【請求項4】 前記ダイヤモンドは、熱力学的に安定な
高温高圧条件下で合成された単結晶ダイヤモンドを含
む、請求項3に記載のダイヤモンド熱ルミネッセンス線
量計の製造方法。
4. The method for manufacturing a diamond thermoluminescence dosimeter according to claim 3, wherein the diamond includes single crystal diamond synthesized under thermodynamically stable high temperature and high pressure conditions.
【請求項5】 前記ダイヤモンドは、気相合成法により
形成されたダイヤモンド薄膜を含む、請求項3に記載の
ダイヤモンド熱ルミネッセンス線量計の製造方法。
5. The method for manufacturing a diamond thermoluminescence dosimeter according to claim 3, wherein the diamond includes a diamond thin film formed by a vapor phase synthesis method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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