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CTLD-250熱釋光劑量儀系統(tǒng)相對靈敏度的實(shí)驗(yàn)

（北京瑞輻特輻射測量儀器有限公司）

 

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(美國Harshaw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個探測器，準(zhǔn)備后立即讀出，給出每個探測器的讀出值(r_i)，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:

t_n×S≤H

 

式中，tn: 具有 (n-1) 個自由度的學(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/(r_i －r₀)，C 為劑量評定片輻照的劑量約定真值，r_i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，探測器會崐出現(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，同時改善了探測器的能量響應(yīng)，降低了本底值，提高了靈敏度。