Термолюминесцентный дозиметр смешанного гамма и нейтронного излучения Советский патент 1985 года по МПК G01T1/11 

250

Х

200

Фиг. 1

df/tft

Изобретение относится к технике измерения параметров ионизирукщего излучения, в частности к индивидуаль ной дозиметрии гамма- и нейтронного излучений,,и предназначено для ре- 5 гистрации поглощенных доз гаммаизлучения и потоков нейтронов в промыпшенности, медицине, радиобиологии и различных физических экспериментах с использованием источников ионизирующего излучения. Известно, что при определении вклада смешанного излучения использую тйМ детекторы на основе люминофоров, например Мп (фтористый кальций, активированный марганцем) Л . Эти детекторы имеют высокую чувствительность к рентгеновскому и гамма-излучению5 удобный для считывания спектр, термолюминесценции, 20 линейную в широком диапазоне зависимость выхода термолюминесценции от дозы излучения. 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 излучения.

Известно также, что для измерения 30 потока быстрых нейтронов термолюминесцентные детекторы, обладающие чувствительностью к активации нейтронами, облучаются в смешанном поле « излучения z .35

Термолюминесценция, обусловленная облучением мгновенным гамма-излучением, в течение короткого временного интервала устранялась отжигом при высокой температуре. Затем термолюми- 40 нофор выдерживался при достаточно низкой температуре в камере, защищенной от радиоактивного излучения, для того, чтобы материал дозиметра воспринял дозу облучения, обусловлен-45 ную распадом радиоактивных ядер, . образованных при облучении нейтронами. Обусловленная самооблучением термолюминесценция также считывается и коррелируется 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 излучлния 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 является термолюминесцентный дозиметр смешанного гамма- и.нейтронного излучения, состоящий 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 для поглощения быстрых нейтронов и их регистрации по дейсв-вию протонов отдачи используется радиатор из водородсодержащего материала, например тефлона. При этом один из де(текторов пары служит для регистрации гамма-излучения, а другой - для регистрации суммарного гамма- и нейтронного излучения, по разнице в показаниях которых определяется вклад гамма-излучения. Описанный дозиметр взят в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа можно отнести тот факт, что в смешанных гамма-нейтронных полях погрешность в разнице показаний детекторов возрастает по мере сближения вкладов гамма- и нейтронного излучения, 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 приходится каждый раз осуществлять дополнительную калибровку либо прибегать к использованию системы альбедо-дозиметров с последующими трудоемкими расчетами.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение точности определения гамма,- -нейтронных вкладов в смешанном излучении при сокращении трудоемкости процесса измерения Цель достигается тем, что термолюминесцентный дозиметр смешанного гамма- и нейтронного излучения, сос тоящий 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 слоя А ) выбирается из усло (Jz) Т температура максимума пика термовысвечивания, а Т1 -. температура появления теплового свечения нагревательного элемента, оба слоя соединены между собой термостойким веществом с теплопроводностью Л , меньшей теплопроводности люминофора, причем радиатор находится в кон такте с тонким слоем. Особенность изобретения заключается в том, что для определения собственно вклада нейтронного излучения пользуются рабочим слоем люминофора, толщина которого соответствует именно тому узкому промежу ку, в котором наблюдается действие протонов отдачи и вместе с тем минимальная погрешность в определении пика кривой термовысвечивания образ ца, связанная -с толщиной самого детектора. Таким образом, процесс определения вклада смешанного излучения уда ется упростить за счет того, что однажды проведенная калибровка дози метра для определенного соотношения толщин тонкого и толстого слоев оказывается универсальной на все время его эксплуатации. Присэтом следует отметить, что точность изме НИИ сохраняется при достаточно высо ких скоростях нагрева термолюминофо ров, имеющих четкий пик КТВ. Благодаря предложенной конструкц дозиметра, разработанной на; основе исследований по смещению КТВ без ис кажения ее формы в зависимости от толщины образца под влиянием сопротивления Rg теплового контакта с нагревательггьгм элементом, удается получить одновременно разнесенные по температурной оси кривые термовы свечивания, характеризующие вклад 034 нейтронного и гамма-излучений в смешанном потоке. Кроме того, благодаря соединению слоев люминофора термостойким веществом удается решить проблему обращения с очень тонким детектором, воспринимающим .нейтронный поток, толщина которого не должна превьщгать несколько десятков микрон: в случае его автономного распс ложения (см. прототип) соответствующее физической сущности выполнение детектора крайне тонким неосуществимо из-за хрупкости и сложности-многократного использования. Выполнение промежуточного слоя из материала с теплопроводностью -Х , меньшей теплопроводности люминофора, объясняется увеличением разнесения пиков за счет увеличения теплового сопротивления. Кроме того, промежуточный слой должен быть прозрачным для 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 - кривая термовысвечивания детектора. Установлено, что при контактном методе нагрева, обычно применяемом для регистрации термолюминесценции, размеры образца, в частности его толщина, влияют на положение кривой термовысвечивания КТВ на температурной оси из-за наличия контактного сопротивления R,. Одним из основных параметров КТВ является температура максимума пика термовысвечивания 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 применяемых нагревательных элементов при температуре 280-300 С в этой части спектра становится соизмеримым с термолюминесцентным сигналом детекторов, облученных малыми дозами, и при дальнейшем росте температуры экспоненциально возрастает, при толщинах детектора порядка 2-3 мм выделение сигнала ТЛ затруднено. Поэтому необходимым условием точного функционирования предлагаемого ТЛдозиметра является ограничение по толщине детектора из условия HOKCVO) Тцт ) где Тц - начало влияния температур ного .нагрева нагр евательного элемен та (фиг.2). Изготовленный исходя из упомянутых 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 находится водородсодержащий радиатор из полиэтилена. Детектор, предназначенный для измерения вкладов в дозу гамма- и нейтрон ных компонентов .излучения, помещает ся в смешанный поток таким образом, что излучение проходит сначала через радиатор, затем сквоз тонкий слой 3, и второйслой 2 При этом толщина слоя cJi такова, что полност поглощает протоны отдачи с энергией до 14 МэВ. Облученйый детектор (фиг.З) поме щается на нагревательный элемент ис точника терйолюминесценции (не показан) таким образом, что тонкий слой лежит на нагревательном элементе. Полученная при постепенном нагреве с постоянной скоростью нагрева кривая термовысвечивания (фиг. состоит из двух пиков, которые достаточно хорошо вьщелены. Первый пик, полученньш от тонкого слоя d, , несет в себе информацию о суммарном вкладе Y- и п - излучения, во втором пике, полученном от слоя о , сосредоточена информация о вкладе у-излучения, причем разнесение пиков обусловлено как значительной разницей толщин | и J , так и наличием промежуточного слоя с больши тепловым сопротивлением. Для опреде ления конкретного вклада интенсивности У - и П -излучения используют ся значения градуировочных коэффициентов , полученных при предварительном облучении детектора однород ным гамма-излучением определенной и тенсивности (набор нескольких доз), причем калибровочные коэффициенты для 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 . Исходя из предварительно имеющихся значений калибровочных коэффициентов, определяется суммарный вклад смешанного излучения D« JC,- U, , затем соответственно . и собственно вклад нейтронного излучения 1)„ 1) Пример конкретного определения вклада смешанного излучения 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; значения коэффициентов: - 1 0,1 Гр/ед.инт, 1с 1 Гр/ед ИНТ, К, 10. После определения калибровочных коэффициентов детектор облучался в смешанном потоке от нейтронного генератора. Снятие кривых термовысвечивания 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 излучения 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 повторяемость при необходимой для оценки радиологической обстановки степени точности (порядка 10%). Использование предложенного дозиметра расширяет арсенал применяемых 7 современных термолюминесцентных датекторов, созданных на основе оригинальных теоретических разработок и является особо перспективным в обных с использованием атомной энергии, а также для индивиду шьной дозиметрии в радиобиологии и медицине. 1144503.8: ластях народного хозяйства, свяэан

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЬМ ДОЗИМЕТР СМЕ1 1А1ПЮГО ГАММА- И НЕЙТРОН 10ГО ИЗЛУЧЕНИЯ, состоящий из радиатора с водородсодержащим материалом и чувствительного к излучению термолюминофора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точj - 300 ности определения 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 слояOj выбирается из условий Тма. НТ J где Tjyg (сЗ) - температура максимума пика термовысвечивания, а Т ю температура появления теплового све(Л чения нагревательного элемента, оба слоя соединены между собой термостойким веществом с теплопроводностью , меньшей теплопроводности люминофора, причем радиатор находится в контакте с тонким слоем. 4а 4;; Сл оо

/7-/ -/7«7/77(5/Г

ПК

у

«

/.

,,..

250 JOO

Фиг.4