北京瑞輻特CTLD450B自動熱釋光劑量儀采用氟化鋰熱釋光劑量片發光曲線的改善研究

1、采用儀器及熱釋光劑量片制備工藝

    圖1給出了CTLD系列氟化鋰熱釋光劑量片的制備工藝流程圖。

圖1 CTLD系列熱釋光探測器制備工藝流程圖

本工藝解決以下難點: LiF:Mg,Cu,P熱釋光材料經過熱壓、切片后，其熱釋光特性消失，采取退火工藝，恢復了探測器的熱釋光特性；對熱釋光探測器進行預處理，提高了LiF:Mg,Cu,P熱釋光材料的穩定性；對 LiF:Mg,Ti探測器制備工藝的進行了改進；解決了CaSO₄探測器不易成型及一致性差的問題。

2、 熱釋光探測器劑量特性

2.1 發射光譜  LiF:Mg,Ti系列(LiF:Mg,Ti、⁶LiF:Mg,Ti、⁷LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M)熱釋光探測器發射光譜為300～600nm，其劑量測定峰峰值為400nm；LiF:Mg,Cu,P系列熱釋光探測器的劑量測定峰峰值為350nm；CaSO₄:Dy熱釋光探測器的發射光譜范圍為430～495nm、550～620nm，其劑量測定峰峰值為480nm和570nm。

熱釋光探測器TL發射光譜除和材料類型及激活劑有關外，還和輻射類型有關。圖2給出了LiF:Mg,Ti熱釋光探測器不同射線照射的TL發射光譜。

圖2、LiF:Mg,Ti熱釋光探測器劑量測定峰TL發射光譜A:β(⁹⁰Sr) B:α(²⁴⁴Cm) C:γ(¹³⁷Cs)

從圖中可以看出，LET不同，LiF:Mg,Ti TL發射光譜有所不同。對于γ、β射線其熱釋光光譜在300～600nm內，對高LET的α粒子的發射光譜可擴大到600nm以上，在400nm處有一個峰，在600nm處出現第二個峰。

　　為取得最佳的探測效率，應選擇與熱釋光探測器發射光譜相匹配的光電倍增管。目前國內生產的讀出器多采用GB-51、52、53型光電倍增管，其光譜響應為300～600nm。有的讀出器為了減少加熱盤產生的熱輻射(黑體輻射)信號的影響，在光電倍增管前面裝有一個拒紅外濾光片，濾光片的光譜范圍可根據實際要求選擇。

2.2 熱釋發光曲線  熱釋發光曲線是衡量探測器性能的一個重要指標。熱釋發光曲線的形狀和探測器的性質、激活劑的類型、測量參數(加熱速率)、退火條件和射線的種類有關。不同類型的熱釋光探測器具有不同的熱釋發光曲線，即使是同一種探測器，其發光曲線也將因制備工藝的差別而有所不同。

   　　實驗采用線性加熱方式測量探測器的熱釋發光曲線。發光曲線的峰值溫度通過記錄儀手動打點(將筆抬起放下)的方式記錄。

ａ. LiF:Mg,Ti系列探測器

圖3、4給出LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M探測器的熱釋發光曲線。

圖3、LiF:Mg,Ti探測器熱釋發光曲線探測器規格:3mm×3mm×0.8mm  照射劑量:3mGy  加熱速率: 2.39℃.s^-1

圖4、LiF:Mg,Ti-M熱釋光探測器發光曲線

探測器規格:3mm×3mm×1.0mm   照射劑量:3mGy   加熱速率:2.39℃.s^-1

從圖中曲線可以看出LiF:Mg,Ti熱釋光探測器具有四個發光峰，其峰值溫度分別為130℃、175℃、200℃、223℃，峰4為劑量測定峰。LiF:Mg,Ti-M熱釋光探測器具有三個發光峰，其峰值溫度分別為135℃、180℃、226℃，峰3為劑量測定峰。

ｂ. LiF:Mg,Cu,P系列探測器

圖5給出了LiF:Mg,Cu,P探測器的熱釋發光曲線。

圖5、LiF:Mg,Cu,P探測器熱釋發光曲線探測器規格:Φ4.5×0.8mm  照射劑量:1mGy 加熱速率:2.39℃.s^-1

圖中曲線有三個熱釋發光峰，其峰值溫度分別為134℃、190℃、230℃，峰3為劑量測定峰。

ｃ.CaSO₄系列熱釋光探測器圖6給出了CaSO₄:Dy(Teflon)探測器的熱釋發光曲線。

圖6、CaSO₄:Dy(Teflon)探測器熱釋發光曲線

探測器規格:Φ5×0.7mm  照射劑量:3mGy 加熱速率:2.39℃.s^-1

 圖中發光曲線有兩個發光峰，其峰值溫度分別約為145℃和250℃。

結論：熱釋光探測器峰值的確切溫度和讀出器的加熱速率有關。除此之外還和測量方式 (熱風、電加熱)有關。如采用電加熱方式測量，探測器的發光溫度還和探測器與加熱盤的熱接觸等因素有關。不同讀出器給出的峰值溫度有所差別。

熱釋光探測器具有不同深度的陷阱，對應于不同深度的陷阱，在發光曲線上形成不同溫度的發光峰。對用于劑量測量的熱釋光探測器，其發光峰越少越好。劑量測定峰應和低溫峰、高溫峰區分開。劑量測定峰的溫度不易太高、太低，一般測定峰的溫度在220℃左右較為合適。峰溫太低，發光峰易受環境溫度的影響；峰溫太高，發光峰易受熱輻射(黑體輻射)信號的干擾。