W niniejszej pracy przedstawiamy monokryształy granatu Y₃Al₅O₁₂ domieszkowanego jonami Ce³⁺ (YAG:Ce), o średniej gęstości i efektywnej liczbie atomowej (ρ = 4,5 g/cm³, Zeff = 35), oraz granatu Lu₃Al₅O₁₂ (LuAG:Ce), o wysokich wartościach ρ = 6,7 g/cm³ i Zeff = 61, jako obiecujące materiały dozymetryczne do detekcji promieniowania ze ciekłych źródeł promieniotwórczych, takich jak 99mTc (promieniowanie γ), 90Y (cząstki β) oraz 223Ra (cząstki α).
Kryształy te w ostatnim czasie zyskały uznanie jako efektywne materiały termoluminescencyjne (TL) do zastosowań w radioterapii, dzięki doskonałej stabilności radiacyjnej, wysokiej odpowiedzi TL oraz korzystnemu położeniu głównych pików TL w zakresie około 250–290 °C. Ich wysoka odporność chemiczna na bezpośredni kontakt z cieczami i parami, w tym substancjami agresywnymi, skłoniła nas do zbadania możliwości ich wykorzystania jako detektorów TL do monitorowania aktywności w ciekłych źródłach promieniotwórczych w ośrodkach onkologicznych oraz innych jednostkach stosujących radiofarmaceutyki.
Wstępne wyniki wskazują, że detektor krystaliczny YAG:Ce, o średniej gęstości i Zeff, jest bardziej odpowiedni do detekcji wysokich poziomów aktywności (od 29,6 GBq do 2,3 GBq) ze źródła promieniowania γ 99mTc. Natomiast detektor krystaliczny LuAG:Ce, o wyższej gęstości i Zeff, wykazał większą czułość przy detekcji średnich i niskich poziomów aktywności (od 232 MBq do 6,6 MBq).
Zarówno detektory krystaliczne YAG:Ce, jak i LuAG:Ce wykazały również bardzo wysoką odpowiedź TL po ekspozycji na cząstki β ze źródła 90Y o aktywności 19,6–6,2 MBq oraz na cząstki α ze źródła 223Ra o aktywności 2,23–2,13 MBq. Wyniki te potwierdzają, że detektory pozostają funkcjonalne i czułe podczas ekspozycji na różne rodzaje promieniowania w fazie ciekłej, co podkreśla ich potencjał zastosowania w szerokim zakresie aplikacji medycyny nuklearnej i dozymetrii radiofarmaceutyków.
In this work, we introduce single crystals of Ce3+-doped Y3Al5O12 garnet (YAG:Ce), with medium density and effective atomic number (ρ =4.5 g/cm3, Zeff =35), and Lu3Al5O12 garnet (LuAG:Ce), with high values of ρ =6.7 g/cm3, Zeff =61, as promising dosimetric materials for the detection of radiation from liquid radioactive sources such as 99mTc (γ-rays), 90Y (β-particles), and 223Ra (α-particles). These crystals have recently emerged as effective thermoluminescent (TL) materials for radiotherapy applications, due to their excellent radiation stability, high TL response, and favourable positioning of the main TL peaks around 250–290 ◦C. Their high chemical resistance to direct contact with liquids and vapours, including aggressive substances, motivated us to explore their use as TL detectors for monitoring activity in liquid radioactive sources at oncology centers and other facilities handling radiopharmaceuticals. Preliminary results show that the YAG:Ce crystal detector, with medium density and Zeff, is more suitable for detecting high activity levels (from 29.6 GBq to 2.3 GBq) from the 99mTc γ-ray source. In contrast, the LuAG:Ce crystal detector, with higher density and Zeff, demonstrated higher sensitivity for detecting medium and low activity levels (from 232 MBq to 6.6 MBq). Both YAG:Ce and LuAG:Ce crystal detectors also exhibited very high TL responses after exposure to β-particles from 90Y source with activity of 19.6–6.2 MBq, and α-particles from 223Ra source with activity of 2.23–2.13 MBq. These findings confirm that the detectors remain operational and responsive when exposed to various types of radiation in the liquid phase, highlighting their potential for use in a wide range of nuclear medicine and radiopharmaceutical dosimetry applications.
