Термостимулированная люминесценция твердых тел: Учебное пособие, страница 10

    6. ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ДОЗИМЕТРЫ

Функциональные среды, предназначенные  для регистрации ионизирующих излучений, должны быть одновременно радиационно-стойкими и радиационно-чувствительными. Их свойства должны сохраняться и воспроизводиться длительное время. Требуемый диапазон измеряемых доз составляет двенадцать порядков, от величины менее чем 100 мкГр при обеспечении защиты от излучений до более чем 10⁹ Гр для проведения  внутриреакторных измерений и контроля тепловыделяющих элементов. В ряде применений измерения поглощенной дозы  ионизирующих излучений должны производиться с ошибкой не более 1%. Жесткие требования к точности измерений поглощенных доз с суммарной погрешностью не более 5-10% предъявляются при радиационной стерилизации продуктов и медицинского оборудования, испытаниях стойкости материалов и  изделий электронной техники.

     Для практических целей дозиметрии используют два параметра кривой термовысвечивания [1-3]:

 1 - светосумму               (интегральный метод);

 2 - I(T) – интенсивность пика (пиковый метод).

          Наиболее широко применяется интегральный метод, т.е. измерение площади под кривой термолюминесценции. Этот метод наиболее точный (±5%) и меньше зависит от технических параметров измерительной установки (скорости нагрева, конечной температуры и др.).

    Пиковый метод более чувствителен к режиму нагрева, однако он имеет некоторые преимущества при измерении малых доз.

     В настоящее время лучшие термолюминофоры при применении этих методов обеспечивают измерение доз в диапазоне от нескольких мрад до 10⁵ рад. (Напомним, рад – внесистемная единица измерения поглощенной дозы: 1 рад= 100 эрг/г = 10^-2 Гр).

          Для измерения доз более 10⁵ рад используют другие, более высокотемпературные пики или изменение положения температуры максимумов пиков в зависимости от дозы.

     В практической дозиметрии большое значение имеет техника измерения. Кривая термовысвечивания I(t) для одних и тех же кристаллофосфоров зависит от скорости нагревания: с увеличением скорости нагревания кривая термовысвечивания становится более резкой и пик легче выделить над фоном, с другой стороны, с увеличением скорости нагрева положение пика перемещается в сторону высоких температур, что нежелательно.

       В процессе термовысвечивания происходит термообработка люминофора, что влияет на форму кривой I(t). В процессе быстрого нагревания и охлаждения происходит закалка люминофора. Это может создать в кристаллофосфоре новые структурные дефекты и изменить его дозиметрические свойства. Поэтому при повторном применении люминофора для дозиметрии необходимо обеспечить определенный режим нагревания и охлаждения и ограничить  скорость нагрева.

Серьезной проблемой является также тепловое излучение люминофора и нагревательной системы, создающее мешающий фон. Это явление ограничивает предел измерения малых доз. Для обеспечения лучшего отношения сигнал /фон необходим люминофор с большим выходом рекомбинационной люминесценции. Кроме того, желательно, чтобы полоса испускания люминофора была расположена в коротковолновой области видимого спектра или даже в ультрафиолетовой области. Это обеспечивает надежное отделение спектра термолюминесценции светофильтрами от фона теплового излучения (инфракрасная и красная области спектра). Для практических целей удобнее использовать  область спектра 360-440 нм, поскольку ее легче регистрировать обычными фотоумножителями со стеклянными окнами.

Номенклатура базовых соединений для создания ТЛ материалов, состоит не только из ранее разработанных ТЛД, основными из которых являлись LiF, CaF₂:Dy, CaF₂:Mn, Li₂B₄O₇:Mn, CaSO₄:Dy и другие., но и новых материалов с улучшенными характеристиками, например анион-дефектного корунда - a-Al₂O₃.

Для реального практического применения в целях дозиметрии было предложено не менее десятка различных фосфоров. Каждый из них имеет свои особенности, и применимость их в качестве ТЛД определяется выполнением следующих основных требований [2]: