ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Отчёт
По лабораторной работе №3
«Исследование законов ослабления фотонного излучения в веществе»
Выполнили: Соболева Е.Ю.
Гусев А.И.
Группа: Фт-55051.
Проверил: Смирнов А.А.
Екатеринбург, 2010
Практическое ознакомление с термолюминесцентным методом измерения дозы фотонного излучения, овладение методикой выполнения измерений, приобретение навыков работы с прибором ДВГ.
В основе термолюминесцентного метода дозиметрии лежит понятие термостимулированной люминесценции (ТСЛ). Под термостимулированной люминесценцией (иначе, термолюминесценцией) понимают процесс, при котором аккумулированная в кристалле энергия ионизирующего излучения преобразуется в энергию квантов света (фотонов) под действием теплового возбуждения, т.е. нагрева кристалла.
Рассмотрим вначале нелегированный кристалл диэлектрика, содержащий дефекты кристаллической структуры, его зонная схема показана на Рис. 1. Валентная зона и зона проводимости для диэлектрика разделены энергетической щелью Eg; А - ловушки (или иначе центры захвата) для электронов, В – ловушки (центры захвата) для дырок, до облучения кристалла они не заполнены, т.е. пустые. Под действием ионизирующего излучения создаются центры, обусловленные захватом электронов или дырок соответствующими ловушками (А и В, показанына Рис. 1). Затем, спустя значительное время (часы, сутки, годы), под действием внешнего тепла (нагрева кристалла) электрон, локализованный на ловушке А, может перейти в зону проводимости (переход 1). Такой зонный электрон в результате миграции по кристаллу может быть захвачен локализованной на центре В дыркой и прорекомбинировать с ней (переход 2). Выделяющаяся в результате рекомбинации энергия наблюдается в виде люминесценции, как правило, это фотонное излучение в видимой области спектра.
Если глубина ловушек невелика, то освобождение электронов с уровней захвата и перевод их в зону проводимости могут происходить вследствие обычного теплового движения при комнатной температуре; для достаточно глубоких ловушек необходим дополнительный нагрев кристалла.
Рисунок 1. Зонная схема кристалла с дефектами, иллюстрирующая механизм
формирования ТСЛ
Рассмотрим процесс формирования ТСЛ кристалла, содержащего примесные центры. Для примера на Рис. 2 показана схема энергетических уровней кристалла с примесью серебра. Ионизирующее излучение образует в кристалле электронно-дырочные пары. Зонные электрон и дырка двигаются по кристаллу, электрон с определенной вероятностью может быть захвачен электронной ловушкой с образованием А-центра, дырка захватывается ионами серебра Ag+.
Рисунок 2. Схема энергетических уровней кристалла с примесным центром.
Последующий после облучения нагрев кристалла освобождает электрон с электронной ловушки А и переводит его в зону проводимости (переход 1). Затем электрон рекомбинирует с дыркой (переход 2), в результате чего ион активатора Ag+ оказывается в возбужденном состоянии Ag+* (переход 3). Затем возбужденный ион релаксирует в нижнее возбужденное излучательное состояние с образованием фононов кристаллической решетки (переход 4) и, наконец, релаксирует в основное состояние с испусканием кванта люминесценции (переход 5) с определенной энергией, характерной для данного примесного центра. То есть, это есть обычная трехуровневая схема примесного центра люминесценции.
Спектр люминесценции определяется видом примеси. Так, свечение Ag+ находится в ультрафиолетовой –синей области, Мn2+ дает зелено-оранжевое свечение. Следовательно, одни и те же соединения могут обладать фотолюминесценцией и термолюминесценцией. По сравнению с фотолюминесценцией можно указать следующие отличительные особенности процесса термолюминесценции:
1. Спектр ТСЛ является характерным для ионов примеси, введеных в кристалл.
2. Центры, созданные облучением кристалла, разрушаются в процессе измерения ТСЛ. Следовательно, термолюминесцентный дозиметр после процедуры измерения теряет информацию о поглощенной энергии (дозе) ионизирующего излучения.
Процедура измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения термолюминесцентным дозиметром сводится к тому, что облученный кристалл нагревается, и в процессе нагрева измеряется интенсивность свечения (люминесценция). Полная светосумма (площадь под кривой термовысвечивания), выделившаяся в процессе нагрева, является мерой поглощенной дозы (интегральный метод измерения дозы). Интенсивность пика ТСЛ также пропорциональна поглощенной дозе (пиковый метод).
В работе исследовались два типа детекторов: ТЛД-500 и ДТГ-4. В качестве гамма-источников были использованы следующие вещества: 60Со и 137Cs, а так же источник быстрых нейтронов. Измерения проводились на автоматической дозиметрической термолюминесцентной установке ДВГ–02ТМ.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.