Термолюминесцентный дозиметр смешанного гамма и нейтронного излучения

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 )4 G 01 Т 1/11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ма с 2. нт. J00 гха — 200

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3653225/24-25 (22) 21.10.83 (46) 30.08.85. Вюл. Р 32 (72) В..И. Готлиб и В.Л. Гребенщиков (71) Рижский медицинский институт (53) 621.387.464(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 717679, кл. G 01 Т 1/11, 1980.

2. Патент США Ф 3835329, кл. 250-484, опублик. 1974.

3. Заявка Великобритании

Ф 1557835„ кл. G 6 Р, опублик. 1979.

4. Патент СНА Р 3896306, кл. 250-484, опублик. 1976 (прототип). (54)(57) ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЪЙ ДОЗИМЕТР СМЕЙАННОГО ГАММА- И НЕЙТРОННОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ, состоящий из радиатора с водородсодержащим материалом и чувствительного к излучению термолюминофора, отличающийся тем, что., с целью увеличения точ„„Я0„„1144503 A ности определения гамма, — нейтронных вкладов в смешанном излучении, он выполнен из двух чувствительных к излучению слоев, причем тонкий слой имеет толщину с,, соизмеримую с максимальной длиной пробега про тонов отдачи в материале люминофора, а-толщина толстого слоя dz выбирается из условий где Тмс,кс (clz) — температура максимума пика термовысвечивания, à TH температура появления теплового свечения нагревательного элемента, оба слоя соединены между собой термостойким веществом с теплопроводностью, меньшей теплопроводности люминофора, причем радиатор находится в контакте с тонким слоем.

1 344503

Изобретение относится к технике измерения пара етров ионизирующего излучения, в частности к индивидуаль ной дозиметрии гамма- и нейтронного излучений,.и предназначено для регистрации поглощенных доз гаммаизлучения и потоков нейтронов в промышленности, медицине, радиобиологии и различных физических экспериментах с использованием источников, ианизирующего излучения. я " Известно, что при определении вклада смешанного излучения используются детекторы на основе люминофоров, например СаБ . Мп (фтористый кальций, активированный марганцем) (j), Зти детекторы имеют высокую чувствительность к рентгеновскому и гамма-излучен по, удобный для считывания спектр. термолюминесценции, линейную в широком диапазоне зависимость выхода термолюминесценции от дозы излучения. Однако это соединение имеет невысокую чувствительность как к тепловым, так и к быстрым HPéòðoíàì, что делает нецелесооб. разным его использование в детекторах смешанного гамма- и нейтронного излучения.

Известно также, что для измерения потока быстрых нейтронов термолюми несцентные детекторы, обладающие чувствител: ностью к активации нейтронами, облучаются в смешанном поле излучения fZ) .

Термолюминесценция, обусловленная облучением мгновенным гамма-излучением, в течение короткого временного интервала устранялась отжигом при высокой температуре. Затем термолюминофор выдерживался при достаточно низкой температуре в камере, защищенной от радиоактивного излучения, для того, чтобы материал дозиметра воспринял дозу облучения, обусловленную распадом радиоактивных ядер, . образованных при облучении нейтронами. Обусловленная самооблучением термолюминесценция также считывается и коррелируется с нейтронным потоком.

K недостаткам известного способа можно отнести необходимость отжига в строго ограниченных режимах и потребность в сложных дополнительных расчетах.

Дозиметр гамма- и нейтронного излуч .ния (3) содержит держатель из поглощающего нейтронное излучение ма5

ФО

t5

Я5

55 териала и подложки, внутренние поверхности которых покрыты термолюминесцентным веществом, чувствительным к нейтронному излучению. Иа наружные поверхности подложек нанесен слой термолюминесцентного вещества, I 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 тер. молюминесцентный дозиметр смешанного гамма- и.нейтронного излучения, состоящий из радиатора с водородсодержащим материалом и чувствительного к излучению термолюминофора (4) .

Это так называемые альбедо-дозиметры, содержащие одну или несколько пар детекторов иэ LiF и LiF, в ко° 7 ° тором для поглощения быстрых нейтронов и их регистрации по действию протонов отдачи используется радиатор из водородсодержащего материала, например тефлона. При этом один иэ де1текторов пары служит для регистрации гамма-излучения, а другой — для регистрации суммарного гамма- и нейтронного излучения, по разнице в по-. казаниях 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

1144503 в смешанном излучении при сокращении трудоемкости процесса измерения.

Цель достигается тем, что термолюминесцентный дозиметр смешанного гамма- и нейтронного излучения, состоящий из радиатора с водородсодержащим материалом и чувствительного к излучению термолюминофора, выполнен из двух чувствительных к излучению слоев, причем тонкий слой имеет толщину 3,, соизмеримую с максимальной длиной пробега протонов отдачи в материале люминофора, а толщина толстого слоя с1 выбирается из усло. вий т 4дкс (д ) < т„, гдетьнлкс Яг) температура максимума пика термовысвечивания, а Т вЂ”. температура

Нт появления теплового свечения нагревательного элемента, оба слоя соединены между собой термостойким веществОм с .теплопроводностью h .;

* 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 промежу1 ку, в котором наблюдается действие протонов отдачи и вместе с тем минимальная погрешность в определении пика кривой термовысвечивания образца, связанная с толщиной самого детектора.

Таким образом, процесс определения вклада смешанного излучения удается упростить за счет того, что

t однажды проведенная калибровка дозиметра для определенного соотношения толщин тонкого и толстого слоев оказывается универсальной на все

/ время его эксплуатапии. Присэтом следует отметить, что точность измере ний сохраняется при достаточно высоких скоростях нагрева термолюминофоров, имеющих четкий пик КТВ..

Благодаря предложенной конструкции дозиметра, разработанной на. основе исследований по смещению КТВ без искажения ее формы в зависимости от .толщины образца под влиянием сопротивления К теплового контакта с нагреватель им элементом, удается получить одновременно разнесенные

»о температурной оси кривые термовысвечивания, характеризующие вклад .

55 при толщинах детектора порядка 2-3мм выделение сигнала ТЛ затруднено. Поэтому необходимым условием точного функционирования предлагаемого ТЛнейтронного 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 превышать несколько десятков микрон: в случае его автономного расположе10 ния (см. прототип) соответствующее физической сущности выполнение детектора крайне тонким неосуществимо иэ-sa хрупкости и сложности многократного использования.

Выполнение промежуточного слоя иэ материала с теплопроводностью g меньшей теплопроводности люминофора, объясняется увеличением разнесения пиков за счет увеличения теплоgp вого сопротивления. Кроме того, промежуточный слой должен быть прозрачным для спектра термолюминесценции.

На фиг. 1 изображена зависимость

2S. 7„,„к относительно толЩины обРаэЦа; на фиг.2 — наложение сигнала ТЛ на температурное свечение; на фиг.3— 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 температур35 ной оси иэ-за наличия контактного сопротивления к . Одним иэ основных параметров КТВ является температура максимума пика термовысвечивания

40 IM« . С увеличением толщины обРазца с1, независимо от его диаметра, происходит линейное увеличение Тц „ относительно температуры нагревательного элемента (фиг.1). Поскольку

45 максимум спектра термолюминесценции детекторов на LiF лежит в области

420 нм, а температурное свечение обычно применяемых нагревательных элементов при температуре 280-300 С в

0 этой части спектра становится соизмеримым с термолюминесцентным сигна,лом детекторов, облученных малыми дозами, и при дальнейшем росте температуры экспоненциально возрастает, 1 144.503

2,К - — .

1 J доэиметра является ограничение по толщине детектора иэ условия т„„,(J) т„,, м где T — начало влияния температурного, нагрева нагревательного элемента (фиг.2).

Изготовленный исходя из упомяну" тых теоретических предпосылок детектор (фиг.3) содержит первый тонкий слой О1, выполненный, например, из .7

LiF, соединенный с вторым слоем

4z, также изготовленным из . LiF, 7 ° термостойким слоем R» с теплопроводностью A меньшей теплопроводности LiI . В непосредственном кон7 такте с d находится водородсодержащий радиатор из полиэтилена. Детектор, предназначенный для измерения вкладов в дозу гамма- и нейтронных компонентов излучения, помещается в смешанный поток таким образом, что излучение проходит сначала через радиатор, затем сквозЪ тонкий слои 3, и Второи слОи О, а При этом толщина слоя, такова, что полностью поглощает протоны отдачи с энергией до 14 ИэВ, Облученный детектор (фиг.3) помещается на нагревательный элемент источника терйолюминесценции (не показан) таким образом, что тонкий спой лежит на нагревательном элементе. Полученная при постепенном 35 нагреве с постоянной скоростью нагрева кривая термовысвечивания (фиг.4) состоит из двух пиков, которые достаточно хорошо выделены. Первый пик, полученный от тонкого слоя 1,, ® несет в себе информацию о суммарном вкладе — и n — излучения, во втором пике, полученном от слоя J2, сосредоточена информация о вкладе -излучения, причем разнесение пи- 45 ков обусловлено как значительной разницей толщин 3 и Jz, так и наличием промежуточного слоя с большим тепловым сопротивлением. Для определения конкретного вклада йнтенсив- 50 ности — и 0 -излучения используются значения градуировочных коэффициентов, полученных при предварительном облучении детектора однородным гамма-излучением определенной ин. 55 тенсивности (набор нескольких доз), причем калибровочные коэффициенты для каждого пика

Гр/ед,инт, K = — Гр/ед.инт

22

1 и т.д., где Q — доза, J — интенсивность пика, а также соотношение пи- ке ков k — „, близкое к соотношению

К1 э толщин слоев й, и Jz . Исходя иэ предварительно имеющихся значений калибровочных коэффициентов, определяется суммарный вклад смешанного излученияЗ „,= К, J,, затем соответственно3 = К,-3 и собственно вклад нейтронного излучения И =2 -2 и у

Пример конкретного определения вклада смешанного излучения с помощью предлагаемого детектора.

При калибровке детектора, в котором d, = 200 мкм d = 2 мм слои из7

1. готовлены 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 О,, использовались дозы 0,15 и 1,50 Гр; при скорости нагрева 4,3 град/с первый пик имел максимальное значение при T =

220 С, второй — при T = C значения коэффициентов:

<< = 0,1 Гр/ед.инт, k =1 Гр/ед инт, — 10.

После определения калибровочных коэффициентов детектор облучался в смешанном потоке от нейтронного генератора. Снятие кривых термовысвечивания затем проводилось при аналогичной скорости нагрева. Первый пик

К1В 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

107).

Использование предложенного дозиметра расширяет арсенал применяемых

1144503 ластях ных с гии, а метрии

РОО л -Р- лотаг современных термолюминесцентных детекторов, созданных на основе оригинальных теоретических разработок и является особо перспективным в обI, аль.ед. народного хозяйства, связаниспользованием атомной энертаюке для индивидуальной дозив радиобиологии и медицине.

1144503

850 ЛЮ

@vs. 4 тнэ, С

Составитель С.Кондратенко

Редактор С. Титова Техред Т.Фанта Корректор С, Шекмар

Заказ 5774/4 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 р фф kg/ Я

« у

0 с00 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4