熱釋光輻射劑量測量

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1、熱釋光輻射劑量測量學院:理工學院專業(yè):核工程與核技術(shù)學號:08345002實驗人:賴滔合作者:麥宇華一、實驗目的1、了解熱釋光測量儀的工作原理，并掌握熱釋光測量儀的正確使用方法；2、測量分析Al2O3:C元件的發(fā)光曲線，了解發(fā)光曲線的意義；3、了解熱釋光劑量計的溫度穩(wěn)定性；4、測量Al2O3:C元件的劑量響應曲線；5、測量未知劑量的熱釋光曲線，確定其照射劑量。二、實驗原理1、熱釋光物質(zhì)收到電離輻射等作用后，將輻射能量儲存于陷阱中。當加熱時，陷阱中的能量便以光的形式釋放出來，這種現(xiàn)象稱為熱釋發(fā)光。具有熱釋發(fā)光特性的物質(zhì)稱為熱釋光磷光體（簡稱磷光體），如錳激活的

2、硫酸鈣[CaSO4(Mn)]、鎂鈦激活的氟化鋰[LiF(Mg、Ti)]、氧化鈹[BeO]等。磷光體的發(fā)光機制可以用固體的能帶理論解釋。假設(shè)磷光體內(nèi)只存在一種陷阱，并且忽略電子的多次俘獲，則熱釋光的強度I為：I=nSexp(-εkT)這里，S為一常數(shù)，k是波爾茲曼常數(shù)，T是加熱溫度(K)，n是所在考慮時刻陷阱能級ε上的電子數(shù)。強度I與磷光體所吸收的輻射能量成正比，因此通常用光電倍增管測量熱釋光的強度就可以探測輻射及確定輻射劑量。2、發(fā)光強度曲線熱釋光的強度與加熱溫度（或加熱時間）的關(guān)系曲線叫做發(fā)光曲線。如圖1所示。警惕受熱時，電子首先由較淺的陷阱中釋放出來，當

3、這些陷阱中儲存的電子全部釋放完時，光強度減小，形成圖中的第一個峰。隨著加熱溫度的增高，較深的陷阱中的電子被釋放，又形成了圖中其它的峰。發(fā)光曲線的形狀與材料性質(zhì)、加熱速度、熱處理工藝和射線種類等有關(guān)。對于輻射劑量測量的熱釋光磷光體，要求發(fā)光曲線盡量簡單，并且主峰溫度要適中。發(fā)光曲線下的面積叫做發(fā)光總額。同一種磷光體，若接受的照射量一定，則發(fā)光總額是一個常數(shù)。因此，原則上可以用任何一個峰的積分強度確定劑量。但是低溫峰一般不穩(wěn)定，有嚴重的衰退現(xiàn)象，必須在預熱階段予以消除。很高溫度下的峰是紅外輻射的貢獻，不適宜用作劑量測量。對LiF元件通常測量的是210°C下的第五

4、個峰。另外，劑量也可以與峰的高度相聯(lián)系。所以測量發(fā)光強度一般有兩種方法：（1）峰高法：測量發(fā)光曲線中峰的高度。這一方法具有測速快、衰退影響小、本底熒光和熱輻射本底干擾小等優(yōu)點。它的主要缺點是，因為峰的高度是加熱速度的函數(shù)，所以加熱速度和加熱過程的重復性對測量帶來的影響比較大。（2）光和法：測量發(fā)光曲線下的面積，亦稱面積法。這這一方法受升溫速度和加熱過程重復性的影響小，可以采用較高的升溫速度，并可采用測量發(fā)光曲線中一部分面積的方法（窗戶測量法）消除低溫峰及噪聲本底的影響。它的主要缺點是受“假熒光”熱釋光本底及殘余劑量干擾較大。所以在測量中必須選擇合適的“測量”

5、階段和“退火”階段的溫度。合理地選擇各階段持續(xù)時間，以保證磷光體各個部分的溫度達到平衡，以利于充分釋放儲存的輻射能量。1、熱釋光探測器的劑量學特性（1）靈敏度：指單位照射量的熱釋光響應。它與元件熱時光材料性質(zhì)和含量、激活劑種類、射線能量和入射方向、熱處理條件等有關(guān)。一般原子序數(shù)較高的元件，靈敏度提高。（2）照射量相應：在照射量10-3侖-103侖范圍內(nèi)，許多磷光體對輻射的響應是線性的。當照射量更大時，常出現(xiàn)非線性現(xiàn)象。（3）能量相應：即熱釋光靈敏度與輻照能量的依賴關(guān)系。它與元件材料的原子序數(shù)、顆粒度、射線種類有關(guān)。一般原子序數(shù)高的元件比原子序數(shù)低的元件能量響

6、應差，因此使用時需要外加過濾器進行能量補償。LiF元件在能量大于30keV情況下，在25%的精度內(nèi)對能量的依賴性很小。（4）衰退：指受過輻照的磷光體，熱釋光會自行減弱。衰退的快慢與磷光體種類、環(huán)境溫度、光照等因素有關(guān)。如果測量LiF的主峰，在室溫下可以保存幾十天。（5）光效應：指磷光體的熱釋光在可見光、紫外光的作用下可產(chǎn)生衰退和假劑量兩種效應。它的強弱與磷光體的種類、輻照歷史等有關(guān)，如LiF的光效應小，而MgSiO4(Tb)的光效應比較大，所以在使用中應注意光屏蔽。（6）重復性：熱釋光元件可以重復使用，但發(fā)光曲線形狀、靈敏度等在測量加熱過程或者長期存放中會發(fā)

7、生改變，因此在重復使用時，一般需進行退火即再生，退貨條件必須認真選擇，并定期進行刻度。（7）分散性：指同一批探測器在相同退火、照射和測量條件下，熱釋光靈敏度的相對偏差（以百分數(shù)來表示）。實際上，它除了與探測器靈敏度的分散性和重復性有關(guān)外，還包括了測量系統(tǒng)的漲落和操作的不重復性。因此，使用前應進行探測器分散性的篩選，分組作出修正系數(shù)。在測量過程中還應盡量保證測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作技術(shù)的重復性。（8）本底：通常將未經(jīng)人為輻照的元件的測量值統(tǒng)稱為本底（或“假熒光”）。它包括元件表面與空氣中水汽或有機雜質(zhì)接觸產(chǎn)生的化學熱釋光和摩擦產(chǎn)生的摩擦熱釋光。它與材料的種類和使

8、用條件有關(guān)，因此，必須注意保持元件和加熱盤的清潔。在