SU1144503A1

SU1144503A1 - Термолюминесцентный дозиметр смешанного гамма и нейтронного излучени

Info

Publication number: SU1144503A1
Application number: SU833653225A
Authority: SU
Inventors: В.И. Готлиб; В.Л. Гребенщиков
Original assignee: Рижский Медицинский Институт
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1985-08-30

Abstract

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЬМ ДОЗИМЕТР СМЕ1 1А1ПЮГО ГАММА- И НЕЙТРОН 10ГО ИЗЛУЧЕНИЯ, состо щий из радиатора с водородсодержащим материалом и чувствительного к излучению термолюминофора , отличающийс тем, что, с целью увеличени точj - 300 ности определени гамма, - нейтронных вкладов в смешанном излучении, он выполнен из двух чувствительных к излучению слоев, причем тонкий слой имеет толщину d, , соизмеримую с максимальной длиной пробега протонов отдачи в материале люминофора, а-толщина толстого сло Oj выбираетс из условий Тма. НТ J где Tjyg (сЗ) - температура максимума пика термовысвечивани , а Т ю температура по влени теплового све (Л чени нагревательного элемента, оба сло соединены между собой термостойким веществом с теплопроводностью , меньшей теплопроводности люминофора, причем радиатор находитс в контакте с тонким слоем. 4а 4;; Сл оо

Description

250

Х

200

Фиг. 1

df/tft

Изобретение относитс к технике измерени параметров ионизирукщего излучени , в частности к индивидуаль ной дозиметрии гамма- и нейтронного излучений,,и предназначено дл ре- 5 гистрации поглощенных доз гаммаизлучени и потоков нейтронов в промыпшенности , медицине, радиобиологии и различных физических экспериментах с использованием источников ионизирующего излучени . Известно, что при определении вклада смешанного излучени использую тйМ детекторы на основе люминофоров , например Мп (фтористый кальций, активированный марганцем) Л . Эти детекторы имеют высокую чувствительность к рентгеновскому и гамма-излучению5 удобный дл считывани спектр, термолюминесценции, 20 линейную в широком диапазоне зависимость выхода термолюминесценции от дозы излучени . Однако это соединение имеет невысокую чувствительность как к тепловым, так и к быст- рым нейтронам, что делает нецелесообразным его использование в детекторах смешанного гамма- и нейтронного излучени .

Известно также, что дл измерени 30 потока быстрых нейтронов термолюминесцентные детекторы, обладающие чувствительностью к активации нейтронами , облучаютс в смешанном поле « излучени z .35

Термолюминесценци , обусловленна облучением мгновенным гамма-излучением , в течение короткого временного интервала устран лась отжигом при высокой температуре. Затем термолюми- 40 нофор выдерживалс при достаточно низкой температуре в камере, защищенной от радиоактивного излучени , дл того, чтобы материал дозиметра восприн л дозу облучени , обусловлен-45 ную распадом радиоактивных дер, . образованных при облучении нейтронами . Обусловленна самооблучением термолюминесценци также считываетс и коррелируетс с нейтронным потоком. 50

К недостаткам известного способа можно отнести необходимость отжига в строго ограниченных режимах и потребность в сложных дополнительных расчетах .55

Дозиметр гамма- и нейтронного излучлни 3Jсодержит держатель из поглощающего нейтронное излучение материала и подложки, внутренние поверхности которых покрыты термолюминесцентным веществом, чувствительным к нейтронному излучению. На наружные поверхности подложек нанесен ,слой термолюминесцентного вещества, нечувствительного к нейтронному излучению . Однако при использовании такого дозиметра возникают трудности в сравнении поглощенных сигналов, так как нейтронный сигнал срабатывает в очень узком слое сравнительно с гамма-сигналом, из-за чего его выделение затруднено, т.е. дозиметр .имеет недостаточную точность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс термолюминесцентный дозиметр смешанного гамма- и.нейтронного излучени , состо щий из радиатора с водородсодержащим материалом и чувствительного к излучению тёрмолкминофора 4.

Это так называемые альбедо-дозиметры , содержащие одну или несколько пар детекторов из LiF и LiF, в котором дл поглощени быстрых нейтронов и их регистрации по дейсв-вию протонов отдачи используетс радиатор из водородсодержащего материала, например тефлона. При этом один из де (текторов пары служит дл регистрации гамма-излучени , а другой - дл регистрации суммарного гамма- и нейтронного излучени , по разнице в показани х которых определ етс вклад гамма-излучени . Описанный дозиметр вз т в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа можно отнести тот факт, что в смешанных гамма-нейтронных пол х погрешность в разнице показаний детекторов возрастает по мере сближени вкладов гамма- и нейтронного излучени , а также из-за большей энергии нейтронов и относительно более низкой чувствительности к гамма-излучению . Фактически при определении вкладов в смешанном излучении с помощью известного дозиметра приходитс каждый раз осуществл ть дополнительную калибровку либо прибегать к использованию системы альбедо-дозиметров с последующими трудоемкими расчетами .

Целью предлагаемого изобретени вл етс увеличение точности определени гамма,- -нейтронных вкладов в смешанном излучении при сокращении трудоемкости процесса измерени Цель достигаетс тем, что термолюминесцентный дозиметр смешанного гамма- и нейтронного излучени , сос то щий из радиатора с водородсодержавщм материалом и чувствительного к излучению тёрмолюминофора, выполнен из двух чувствительных к излуче нию слоев, причем тонкий слой имеет толщину а, , соизмеримую с максималь ной длиной пробега протонов отдачи в материале люминофора, а толщина толстого сло А ) выбираетс из усло ( Jz) Т температура максимума пика термовысвечивани , а Т1 -. температура по влени теплового свечени нагревательного элемента, оба сло соединены между собой термостойким веществом с теплопроводностью Л , меньшей теплопроводности люминофора , причем радиатор находитс в кон такте с тонким слоем. Особенность изобретени заключаетс в том, что дл определени собственно вклада нейтронного излучени пользуютс рабочим слоем люминофора , толщина которого соответствует именно тому узкому промежу ку , в котором наблюдаетс действие протонов отдачи и вместе с тем минимальна погрешность в определении пика кривой термовысвечивани образ ца, св занна -с толщиной самого детектора. Таким образом, процесс определени вклада смешанного излучени уда етс упростить за счет того, что однажды проведенна калибровка дози метра дл определенного соотношени толщин тонкого и толстого слоев оказываетс универсальной на все врем его эксплуатации. Присэтом следует отметить, что точность изме НИИ сохран етс при достаточно высо ких скорост х нагрева термолюминофо ров, имеющих четкий пик КТВ. Благодар предложенной конструкц дозиметра, разработанной на; основе исследований по смещению КТВ без ис кажени ее формы в зависимости от толщины образца под вли нием сопротивлени Rg теплового контакта с нагревательггьгм элементом, удаетс получить одновременно разнесенные по температурной оси кривые термовы свечивани , характеризующие вклад 034 нейтронного и гамма-излучений в смешанном потоке. Кроме того, благодар соединению слоев люминофора термостойким веществом удаетс решить проблему обращени с очень тонким детектором , воспринимающим .нейтронный поток, толщина которого не должна превьщгать несколько дес тков микрон: в случае его автономного распс ложени (см. прототип) соответствующее физической сущности выполнение детектора крайне тонким неосуществимо из-за хрупкости и сложности-многократного использовани . Выполнение промежуточного сло из материала с теплопроводностью -Х , меньшей теплопроводности люминофора , объ сн етс увеличением разнесени пиков за счет увеличени теплового сопротивлени . Кроме того, промежуточный слой должен быть прозрачным дл спектра термолюминесценции . На фиг. 1 изображена зависимость Т(ду, относительно толщины образца; на фиг.2 - наложение сигнала ТЛ на температурное свечение; на фиг.З собственно детектор; на фиг.4 - крива термовысвечивани детектора. Установлено, что при контактном методе нагрева, обычно примен емом дл регистрации термолюминесценции, размеры образца, в частности его толщина, вли ют на положение кривой термовысвечивани КТВ на температурной оси из-за наличи контактного сопротивлени R,. Одним из основных параметров КТВ вл етс температура максимума пика термовысвечивани увеличением толщины образца d , независимо от его диаметра, происходит линейное увеличение Т,, относительно.температуры нагревательного элемента (фиг.1). Поскольку максимум спектра термолюминесценции детекторов на LiF лежит в области 420 нм, а температурное свечение обычно примен емых нагревательных элементов при температуре 280-300 С в этой части спектра становитс соизмеримым с термолюминесцентным сигналом детекторов, облученных малыми дозами, и при дальнейшем росте температуры экспоненциально возрастает, при толщинах детектора пор дка 2-3 мм выделение сигнала ТЛ затруднено. Поэтому необходимым условием точного функционировани предлагаемого ТЛдозиметра вл етс ограничение по толщине детектора из услови HOKCVO) Тцт ) где Тц - начало вли ни температур ного .нагрева нагр евательного элемен та (фиг.2). Изготовленный исход из упом нутых теоретических предпосылок детек тор (фиг.З) содержит первый тонкий слой di, выполненный, например, из LiF, соединенный с вторым слоем 2 также изготовленным из . LiF, термостойким слоем R с тегшопроводностью Л , меньшей теплопроводности LiF. В непосредственном контакте с d I находитс водородсодержащий радиатор из полиэтилена. Детектор , предназначенный дл измерени вкладов в дозу гамма- и нейтрон ных компонентов .излучени , помещает с в смешанный поток таким образом, что излучение проходит сначала через радиатор, затем сквоз тонкий слой 3, и второйслой 2 При этом толщина сло cJi такова, что полност поглощает протоны отдачи с энергией до 14 МэВ. Облученйый детектор (фиг.З) поме щаетс на нагревательный элемент ис точника терйолюминесценции (не показан ) таким образом, что тонкий слой лежит на нагревательном элементе . Полученна при постепенном нагреве с посто нной скоростью нагрева крива термовысвечивани (фиг. состоит из двух пиков, которые достаточно хорошо вьщелены. Первый пик, полученньш от тонкого сло d, , несет в себе информацию о суммарном вкладе Y- и п - излучени , во втором пике, полученном от сло о , сосредоточена информаци о вкладе у-излучени , причем разнесение пиков обусловлено как значительной разницей толщин | и J , так и наличием промежуточного сло с больши тепловым сопротивлением. Дл опреде лени конкретного вклада интенсивности У - и П -излучени используют с значени градуировочных коэффициентов , полученных при предварительном облучении детектора однород ным гамма-излучением определенной и тенсивности (набор нескольких доз), причем калибровочные коэффициенты дл каждого пика Гр/ед.инт, Гр/ед.инт и т.д., где D - доза, 3 - интенсивность пика, а также соотношение пиков близкое к соотношению толщин слоев ci, и (3 . Исход из предварительно имеющихс значений калибровочных коэффициентов, определ етс суммарный вклад смешанного излучени D« JC,- U, , затем соответственно . и собственно вклад нейтронного излучени 1)„ 1) Пример конкретного определени вклада смешанного излучени с помощью предлагаемого детектора. При калибровке детектора, в котором d, 200 мкм, ( 2 мм, слои изготовлены из LiF и соединены термостойким неорганическим клеем типа ГИПК-251 (толщина прослойки 20 мкм), диаметр детектора 3 мм. Полиэтиленовый радиатор толщиной 0,5 см был нанесен на тонкий слой J, , использовались дозы 0,15 и 1 ,.50 Гр; при скорости нагрева 4,3 град/с первый пик имел максимальное значение при Т , второй - при T.J 285С; значени коэффициентов: - 1 0,1 Гр/ед.инт, 1с 1 Гр/ед ИНТ, К, 10. После определени калибровочных коэффициентов детектор облучалс в смешанном потоке от нейтронного генератора . Сн тие кривых термовысвечивани затем проводилось при аналогичной скорости нагрева. Первый пик 1-СГВ при температуре 220°С дал дозу 0,6 Гр (смешанное излучение), второй пик КТВ при температуре 285°С показал дозу 0,25 Гр (чистое гамма-излучение) Отсюда доза нейтронного излучени составила 0,6-0,25 0,35 Гр (в гамма-эквивалентах ) . Предложенный дозиметр в отличие от базового объекта - альбедо-дозиметра обеспечивает как сравнительную быстроту измерений (достаточно однократной калибровки), так и их достоверную повтор емость при необходимой дл оценки радиологической обстановки степени точности (пор дка 10%). Использование предложенного дозиметра расшир ет арсенал примен емых 7 современных термолюминесцентных датекторов , созданных на основе оригинальных теоретических разработок и вл етс особо перспективным в обных с использованием атомной энергии , а также дл индивиду шьной дозиметрии в радиобиологии и медицине. 1144503.8: ласт х народного хоз йства, св эан

/7-/ -/7«7/77(5/Г

ПК

у

«

/.

,,..

250 JOO

Фиг.4

Claims

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ДОЗИМЕТР СМЕШАННОГО ГАММА- И НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, состоящий из радиатора с водородсодержащим материалом и чувствительного к излучению термолюминофора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точ ности определения гамма, - нейтронных вкладов в смешанном излучении, он выполнен из двух чувствительных к излучению слоев, причем тонкий слой имеет толщину , соизмеримую с максимальной длиной пробега протонов отдачи в материале люминофора, а-толщина толстого слоя'd₂ выбирается из условий

Zakc^с где Т_макс - температура максимума пика термовысвечивания, а Т_нт температура появления теплового свечения нагревательного элемента, оба слоя соединены между собой термостойким веществом с теплопроводностью 7 , меньшей теплопроводности люминофора, причем радиатор находится в контакте с тонким слоем.

SU „,1144503