实验5 热释光剂量仪

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1、实验5热释光剂量仪实验目的1.了解热释光剂量仪的工作原理,并掌握热释光剂量仪的正确使用方法。2.了解照射距离和屏蔽材料对测定γ射线照射量的影响,并掌握外照射防护的基本原则。实验内容1.测量LiF元件的发光曲线,选择加热程序。2.校准热释光剂量仪。3.用光和法测量不同照射距离上的照射量。4.根据对减弱照射量的要求,选择铅屏蔽体的厚度。原理热释光剂量法(即TLD)与通常采用的电离室或胶片等方法相比,其主要优点是:组织等效好,灵敏度高,线性范围宽,能量响应好,可测较长时间内的累积剂量,性能稳定,使用方便,并

2、可对α、β、γ、n、p、π等各种射线及粒子进行测量。因此,热释光剂量法在辐射防护测量,特别是个人剂量监测中有着广泛的应用。热释光剂量仪方框图如图1所示。热释光剂量仪的基本工作原理是:经辐照后的待测元件由仪器内的电热片或热气等加热,待测元件加热后所发出的光,通过光路系统滤光、反射、聚焦后,通过光电倍增管转换成电信号。输出显示可用率表指示出发光峰的高度(峰高法)或以数字显示出电荷积分值(光和法),最后再换算出待测元件所接受到的照射量。1.热释光物质受到电离辐射等作用后,将辐射能量储存于陷阱中。当加热时,陷

3、阱中的能量便以光的形式释放出来,这种现象称为热释发光。具有热释发光特性的物质称为热释光磷光体(简称磷光体),如锰激活的硫酸钙[CaSO4(Mn)]、镁钛激活的氟化锂[LiF(Mg、Ti)]、氧化铍[BeO]等。磷光体的发光机制可以用固体的能带理论解释。假设磷光体内只存在一种陷阱,并且忽略电子的多次俘获,则热释光的强度I为:(1)这里,S为一常数,k是玻耳兹曼常数,T是加热温度(K),n是在所考虑时刻陷阱能级ε上的电子数。强度I与磷光体所吸收的辐射能量成正比,因此通常用光电倍增管测量热释光的强度,就可以

4、探测辐射及确定辐射剂量。2.发光强度曲线热释光的强度与加热温度(或加热时间)的关系曲线叫做发光曲线。如图2所示。晶体受热时,电子首先由较浅的陷阱中释放出来,当这些陷阱中储存的电子全部释放完时,光强度减小,形成图中的第一个峰。随着加热温度的增高,较深的陷阱中的电子被释放,又形成了图中的其它的峰。发光曲线的形状与材料性质、加热速度、热处理工艺和射线种类等有关。对于辐射剂量测量的热释光磷光体,要求发光曲线尽量简单,并且主峰温度要适中。发光曲线下的面积叫做发光总额。同一种磷光体,若接受的照射量一定,则发光总额

5、是一个常数。因此,原则上可以用任何一个峰的积分强度确定剂量。但是低温峰一般不稳定,有严重的衰退现象,必须在预热阶段予以消除。很高温度下的峰是红外辐射的贡献,不适宜用作剂量测量。对LiF元件通常测量的是210℃下的第五个峰。另外,剂量也可以与峰的高度相联系。所以测量发光强度一般有两种方法:(1)峰高法-测量发光曲线中峰的高度。这一方法具有测速快、衰退影响小、本底荧光和热辐射本底干扰小等优点。它的主要缺点是,因为峰的高度是加热速度的函数,所以加热速度和加热过程的重复性对测量带来的影响比较大。(2)光和法-

6、测量发光曲线下的面积,亦称面积法。这一方法受升温速度和加热过程重复性的影响小,可以采用较高的升温速度,并可采用测量发光曲线中一部分面积的方法(窗户测量法)消除低温峰及噪声本底的影响。它的主要缺点是受“假荧光”热释光本底及残余剂量干扰较大。所以在测量中必须选择合适的“测量”阶段和“退火”阶段的温度。合理地选择各阶段持续时间,以保证磷光体各个部分的温度达到平衡,以利于充分释放储存的辐射能量。3.热释光探测器的剂量学特性灵敏度:指单位照射量的热释光响应。它与元件热释光材料性质和含量、激活剂种类、射线能量和入

7、射方向、热处理条件等有关。一般原子序数较高的元件,灵敏度提高。照射量响应:在照射量10-3伦-103伦范围内,许多磷光体对辐射的响应是线性的。当照射量更大时,常出现非线性现象。能量响应:即热释光灵敏度与辐照能量的依赖关系。它与元件材料的原子序数、颗粒度、射线种类有关。一般原子序数高的元件比原子序数低的元件能量响应差,因此使用时需要外加过滤器进行能量补偿。LiF元件在能量大于30keV情况下,在25%的精度内对能量依赖性很小。衰退:指受过辐照的磷光体,热释光会自行减弱。衰退的快慢与磷光体种类、环境温度、

8、光照等因素有关。如果测量LiF的主峰,在室温下可以保存几十天。光效应:指磷光体的热释光在可见光、紫外光的作用下可产生衰退和假剂量两种效应。它的强弱与磷光体的种类、辐照历史等有关,如LiF的光效应小,而MgSiO4(Tb)的光效应比较大,所以在使用中应注意光屏蔽。重复性:热释光元件可以重复使用,但发光曲线形状、灵敏度等在测量加热过程或长期存放中会发生改变,因此在重复使用时,一般需进行退火即再生,退火条件必须认真选择,并定期进行刻度。分散性:指同一批探测器在

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