CTLD系列热释光探测器的研究

　　张 建 郭 勇 王兴功 杨甲祥 张 红 李成林

　　(军事医学科学院放射与辐射医学研究所)

　　[摘要] 建立了CTLD LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Cu,P和CaSO4:Dy系列热释光探测器的制备工艺，研制出了近20种X、γ、β和中子等剂量测量的探测器，并对其剂量学特性进行了深入地研究，改善了LiF:Mg,Cu,P的发光曲线形状，提高了LiF:Mg,Ti的灵敏度，降低了本底值，解决了CaSO4:Dy的成型和β个人剂量探测器易变型及灵敏度低的问题。结果表明，所研制的CTLD系列热释光探测器符合GB10264的要求。

　　关键词　热释光探测器;剂量特性;热释发光曲线;灵敏度;探测阈;衰退

　　热释光探测器具有能量响应好、灵敏度高、量程范围宽、重量轻、体积小、受环境因素影响小和重复使用性好、可测X、β、γ、中子和质子等多种核辐射等优点，被广泛用于辐射防护、放射医学、放射生物学、地质学、考古学和环境保护等领域。除平时辐射防护广泛使用外，西方一些国家已将其装备到部队，用于核战时人员的剂量监测，但有些问题尚待解决，如稳定性，一致性等。进一步改善热释光探测器的剂量特性是当前热释光探测技术研究的热点。本研究室建立了LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Cu,P和CaSO4系列热释光探测器的制备工艺，在此基础上研制出了CTLD系列近20种热释光探测器，参照《 个人和环境监测用热释光剂量测量系统 》标准(GB10264)对热释光探测器的剂量特性进行了较为深入的研究。结果表明：研制的LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Cu,P和CaSO4系列热释光探测器的剂量特性符合国家标准的要求。

　　1、材料与方法

　　参照GB-10264标准和有关实验方法对CTLD系列热释光探测器进行性能检测及实验。

　　GB-10264中的一些性能检测方法是针对该标准要求的内容提出的，有些检测方法尚不能全面表达探测器的基本剂量特性。为此，本研究在标准所要求的基础上增加了一些实验内容，以对探测器进行较系统的剂量特性实验。

　　实验所用热释光探测器汇列于表1。

　　表1 CTLD系列热释光探测器性能实验材料

　　表中 M为敏化热释光探测器，GR为单晶热释光探测器，AR为化工材料热释光探测器，B为玻管热释光探测器，T为混合聚四氟乙烯热释光探测器。

　　本实验采用Toledo 654 TLD 读出器(英国)、率表、记录仪(X-Y函数记录仪)测量。

　　读出器用于测量探测器的发光值;率表用于设置发光曲线的幅度值(粗调)，其量程采用X-Y记录仪指示。实际测量时，可根据探测器发光值的大小确定率表的量程;记录仪用于记录探测器发光曲线，其幅度值视探测器发光值的大小确定。

　　探测器的热处理和测量条件见表2、3、4 。

　　表2 CTLD系列热释光探测器热处理参数

　　表3 CTLD系列热释光探测器测量参数(程序)

　　表4 CTLD系列热释光探测器测量参数(线性)

　　本实验条件除另有说明外，均在GB10264给出的参考条件下进行(表5)。

　　表5 参考条件和标准检测条件

　　2、实验结果

　　2.1制备工艺

　　图1给出了CTLD系列热释光探测器的制备工艺流程图。

 

　　图1 CTLD系列热释光探测器制备工艺流程图

　　本工艺解决以下难点: LiF:Mg,Cu,P热释光材料经过热压、切片后，其热释光特性消失，采取退火工艺，恢复了探测器的热释光特性;对热释光探测器进行预处理，提高了LiF:Mg,Cu,P热释光材料的稳定性;对 LiF:Mg,Ti探测器制备工艺的进行了改进;解决了CaSO4探测器不易成型及一致性差的问题。

　　2.2 热释光探测器剂量特性

　　2.2.1 发射光谱 LiF:Mg,Ti系列(LiF:Mg,Ti、6LiF:Mg,Ti、7LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M)热释光探测器发射光谱为300～600nm，其剂量测定峰峰值为400nm;LiF:Mg,Cu,P系列热释光探测器的剂量测定峰峰值为350nm;CaSO4:Dy热释光探测器的发射光谱范围为430～495nm、550～620nm，其剂量测定峰峰值为480nm和570nm。

　　热释光探测器TL发射光谱除和材料类型及激活剂有关外，还和辐射类型有关。图2给出了LiF:Mg,Ti热释光探测器不同射线照射的TL发射光谱。

 

　　从图中可以看出，LET不同，LiF:Mg,Ti TL发射光谱有所不同。对于γ、β射线其热释光光谱在300～600nm内，对高LET的α粒子的发射光谱可扩大到600nm以上，在400nm处有一个峰，在600nm处出现第二个峰。

　　为取得最佳的探测效率，应选择与热释光探测器发射光谱相匹配的光电倍增管。目前国内生产的读出器多采用GB-51、52、53型光电倍增管，其光谱响应为300～600nm。有的读出器为了减少加热盘产生的热辐射(黑体辐射)信号的影响，在光电倍增管前面装有一个拒红外滤光片，滤光片的光谱范围可根据实际要求选择。

　　2.2.2 热释发光曲线 热释发光曲线是衡量探测器性能的一个重要指标。热释发光曲线的形状和探测器的性质、激活剂的类型、测量参数(加热速率)、退火条件和射线的种类有关。不同类型的热释光探测器具有不同的热释发光曲线，即使是同一种探测器，其发光曲线也将因制备工艺的差别而有所不同。

　　实验采用线性加热方式测量探测器的热释发光曲线。发光曲线的峰值温度通过记录仪手动打点(将笔抬起放下)的方式记录。

　　a. LiF:Mg,Ti系列探测器

　　图3、4给出LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M探测器的热释发光曲线。

 

　　图3、LiF:Mg,Ti探测器热释发光曲线探测器规格:3mm×3mm×0.8mm 照射剂量:3mGy 加热速率: 2.39℃.s-1

 

　　图4、LiF:Mg,Ti-M热释光探测器发光曲线

　　探测器规格:3mm×3mm×1.0mm 照射剂量:3mGy 加热速率:2.39℃.s-1

　　从图中曲线可以看出LiF:Mg,Ti热释光探测器具有四个发光峰，其峰值温度分别为130℃、175℃、200℃、223℃，峰4为剂量测定峰。LiF:Mg,Ti-M热释光探测器具有三个发光峰，其峰值温度分别为135℃、180℃、226℃，峰3为剂量测定峰。

　　b. LiF:Mg,Cu,P系列探测器

　　图5给出了LiF:Mg,Cu,P探测器的热释发光曲线。

 

　　图5、LiF:Mg,Cu,P探测器热释发光曲线探测器规格:Φ4.5×0.8mm 照射剂量:1mGy 加热速率:2.39℃.s-1

　　图中曲线有三个热释发光峰，其峰值温度分别为134℃、190℃、230℃，峰3为剂量测定峰。

　　c.CaSO4系列热释光探测器图6给出了CaSO4:Dy(Teflon)探测器的热释发光曲线。

 

　　图6、CaSO4:Dy(Teflon)探测器热释发光曲线

　　探测器规格:Φ5×0.7mm 照射剂量:3mGy 加热速率:2.39℃.s-1

图中发光