【2017年整理】实验5 热释光剂量仪.docVIP

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。 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 测量LiF元件的发光曲线，选择加热程序。 校准热释光剂量仪。 用光和法测量不同照射距离上的照射量。 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： 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。 光和法－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、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