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CTLD-450B轉(zhuǎn)盤式熱釋光劑量儀相對靈敏度的實(shí)驗(yàn)
1、相對靈敏度 相對靈敏度是評價(jià)熱釋光劑量儀系統(tǒng)和熱釋光探測器的一個(gè)重要指標(biāo)。在實(shí)際使用中,通常是在熱釋光讀出器某一工作狀態(tài)下對探測器進(jìn)行測量,給出特定條件下的刻度系數(shù)表示其靈敏度。這里所說的相對靈敏度是相對TLD-100(LiF:Mg,Ti)探測器而言。
表1、2給出了幾種熱釋光探測器單位面積、重量的相對靈敏度結(jié)果。
表1、探測器相對靈敏度實(shí)驗(yàn)結(jié)果(單位面積)
探測器 | 型 號 | 單位面積TL值 | 相對靈敏度 |
LiF:Mg,Ti | TLD-100 | 330 | 1.00 |
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | 408 | 1.24 |
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 1617 | 4.90 |
LiF:Mg,Cu,P | CTLD-1000 | 13403 | 40.70 |
CaSO4:Dy (Teflon) | CTLD-10T | 1101 | 3.34 |
表2 探測器相對靈敏度實(shí)驗(yàn)結(jié)果(單位重量)
探測器 | 型 號 | 單位重量TL值 | 相對靈敏度 |
LiF:Mg,Ti | TLD-100 | 113 | 1.00 |
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | 172 | 1.52 |
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 635 | 5.62 |
LiF:Mg,Cu,P | CTLD-1000 | 6494 | 58.00 |
CaSO4:Dy(Teflon) | CTLD-10T | 736 | 6.53 |
表中CTLD LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M、LiF:Mg,Cu,P和CaSO4:Dy(Teflon)熱釋光探測器的單位面積的相對靈敏度分別是TLD-100(化學(xué)公司LiF:Mg,Ti熱釋光探測器產(chǎn)品)的1.24、4.90、40.70和3.34倍。單位重量的相對靈敏度分別是TLD-100的1.52、5.62、58和6.53倍。單位面積和單位重量結(jié)果的差別是由于探測器透明度不同造成的,即熱釋光探測器的相對靈敏度除和探測器的類型、大小有關(guān)外,還和探測器的透明度等因素有關(guān)。除此之外,探測器的相對靈敏度還和讀出器的光電倍增管、光學(xué)系統(tǒng)的光譜響應(yīng)有關(guān)。采用不同光電倍增管和光學(xué)系統(tǒng)的讀出器其測量結(jié)果有所不同,這一因素是造成探測器相對靈敏度差別的主要原因。一般說來,熱釋光探測器可測劑量下限取決于其靈敏度的高低。靈敏度高的熱釋光探測器,其可測劑量下限值就小。適當(dāng)加大探測器(面積)可以提高探測器的相對靈敏度。
2、 探測閾 探測閾是熱釋光探測器劑量特性的一個(gè)重要指標(biāo),GB-10264根據(jù)系統(tǒng)種類規(guī)定了探測器的探測閾值。
實(shí)驗(yàn)方法是:取10個(gè)探測器,準(zhǔn)備后立即讀出,給出每個(gè)探測器的讀出值(ri),并計(jì)算出平均讀出值()及其標(biāo)準(zhǔn)偏差(S0)的劑量評定值(S)。
采用下式計(jì)算:
tn×S≤H
式中,tn: 具有 (n-1) 個(gè)自由度的學(xué)生分布因數(shù)(n為檢驗(yàn)中使用的探測器數(shù)目);H: 探測器最大允許限(表8);S: 準(zhǔn)偏差的劑量評定值(μGy)。標(biāo)準(zhǔn)偏差的評定值由下式給出:
S = Sx·Fe
式中,Sx 為標(biāo)準(zhǔn)偏差;Fe 為劑量評定因數(shù),F(xiàn)e=C/(ri -r0),C 為劑量評定片輻照的劑量約定真值,ri為劑量評定片的平均讀出值,r0為劑量評定本底片的平均讀出值。
表3 探測閾限值
系統(tǒng)種類 | H 值 |
P(7mg.cm-2) | 0.5mGy |
P(1000mg.cm-2) | 0.1mGy |
E(ALL)(7d) | 10μGy |
E(ALL)(30d) | 30μGy |
表4給出了幾種熱釋光探測器的探測閾結(jié)果。
表4 CTLD系列探測器探測閾結(jié)果
名 稱 | 型 號 | 規(guī)格(mm) | 探測閾(mGy) |
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | 3.0×3.0×1.0 | 4.45×10-2 |
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 3.0×3.0×1.0 | 1.64×10-2 |
LiF:Mg,Cu,P | CTLD-1000 | Φ4.5×0.8 | 3.64×10-5 |
CaSO4:Dy(Teflon) | CTLD-10F | Φ5.0×0.8 | 9.10×10-4 |
表中結(jié)果表明:CTLD LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M、LiF:Mg,Cu,P 和 CaSO4:Dy(Teflon)熱釋光探測器的探測閾性能滿足GB10264的要求。
LiF:Mg,Ti探測器經(jīng)劑量敏化紫外退火后,其探測閾值約降低1/3。
熱釋光探測器的探測閾值和探測器的靈敏度有關(guān)。提高探測器的靈敏度,可降低探測器的探測閾值。適當(dāng)加大探測器的厚度和面積,可以提高探測器的靈敏度,從而降低探測器的探測閾值。
3、 劑量響應(yīng) 劑量響應(yīng)是熱釋光探測器的一個(gè)重要參數(shù),GB-10264要求作為必要參數(shù)給出,并根據(jù)系統(tǒng)的種類規(guī)定了探測器的輻照劑量約定真值。對個(gè)人劑量計(jì)P(ALL)輻照的劑量約定真值為10-4、10-3、10-2、10-1、1Gy;對環(huán)境劑量計(jì)E(ALL)輻照的劑量約定真值為3×10-2、10-1、1、10、102mGy。在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求探測器輻照的劑量約定真值的條件下,本實(shí)驗(yàn)將探測器輻照的劑量約定真值的崐上限增加到10Gy,其輻照的劑量約定真值為:10-5、10-4、10-3、5×10-3、10-2、5×10-2、10-1、1、5、10Gy。
采用一種活度的放射源輻照尚不能滿足本實(shí)驗(yàn)所要求輻照的劑量約定真值,故崐采用不同活度的60Co輻照裝置照射。為了保證劑量的準(zhǔn)確性,本實(shí)驗(yàn)采用NPL-2560次級標(biāo)準(zhǔn)劑量儀測量輻照裝置照射位置處的照射量率。
圖7給出了LiF:Mg,Cu,P探測器平均讀出值(ri)與輻照劑量約定真值(Ci)的關(guān)系曲線。
CTLD-1000 LiF:Mg,Cu,P熱釋光探測器劑量響應(yīng)關(guān)系曲線
表5給出了幾種CTLD系列熱釋光探測器線性度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
表5 探測器線性度實(shí)驗(yàn)結(jié)果
名 稱 | 型 號 | 規(guī) 格 | 相關(guān)系數(shù) |
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | 4×4×0.8 | 0.999 |
| CTLD-100 | Φ4.5×0.8 | 0.985 |
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 4×4×0.8 | 0.999 |
| CTLD-100M | Φ4.5×0.8 | 0.999 |
6LiF:Mg,Ti | CTLD-600 | 3×3×0.8 | 0.999 |
7LiF:Mg,Ti | CTLD-700 | 5×5×0.8 | 0.999 |
CaSO4:Dy(Teflon) | CTLD-10T | Φ5×0.7 | 0.996 |
LiF:Mg,Cu,P(AR) | CTLD-1000 | 4×4×0.8 | 0.999 |
LiF:Mg,Cu,P(GR) | CTLD-1000 | Φ4.5×0.8 | 0.999 |
6LiF:Mg,Cu,P | CTLD-6000 | Φ4.5×0.8 | 0.999 |
7LiF:Mg,Cu,p | CTLD-7000 | Φ4.5×0.8 | 0.999 |
以上結(jié)果表明,CTLD LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M、LiF:Mg,Cu,P、CaSO4:Dy聚四氟乙烯熱釋光探測器在10-5~10-1Gy劑量約定真值范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。
一般來講,探測器在一定的范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,在高于一定劑量時(shí),探測器會(huì)崐出現(xiàn)非線性關(guān)系。LiF:Mg,Ti 熱釋光探測器的線性劑量范圍為 5×10-5~8Gy;LiF:Mg,Ti-M探測器的線性劑量范圍為2×10-5~5×102Gy;LiF:Mg,Cu,P的線性劑量范圍為1×10-7~12Gy;CaSO4:Dy聚四氟乙烯線性劑量范圍為10-5~30Gy。
人們對劑量超線性這一現(xiàn)象進(jìn)行了許多研究,探討了有關(guān)機(jī)理,采取一些辦法來改善探測器的線性劑量范圍,如對LiF:Mg,Ti采用劑量敏化和紫外退火工藝處理,探測器的劑量響應(yīng)范圍從10-5~8Gy增加到2×10-5~5×102Gy,同時(shí)改善了探測器的能量響應(yīng),降低了本底值,提高了靈敏度。
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