RU2378665C1

RU2378665C1 - Method of determining absorbed dose of beta radiation in thermoluminescent detector based on anion-defect monocrystal of aluminium oxide

Info

Publication number: RU2378665C1
Application number: RU2008146273/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Вохминцев (RU); Александр Сергеевич Вохминцев; Илья Александрович Вайнштейн (RU); Илья Александрович Вайнштейн; Всеволод Семенович Кортов (RU); Всеволод Семенович Кортов
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2010-01-10

Abstract

FIELD: nuclear physics.

SUBSTANCE: invention can be used in personal dosimetry, in monitoring radiation environment, in archeological and geological dating and in accident dosimetry. The method involves heating a detector while simultaneously measuring intensity of thermoluminescence in the visible spectrum and subsequent evaluation of the absorbed dose from parametres of the obtained thermoluminescence curve. The essence of the invention lies in that, intensity of thermoluminescence is measured only within the 500 to 570 nm wavelength range. Further, the method is distinguished by that, measurements are taken in any wavelength subrange of the said range, with width of not more than 30 nm, for example in the subrange from 520 nm to 550 nm.

EFFECT: increased upper limit of the linear range of the dose characteristic and increased accuracy of evaluating absorbed dose of β-radiation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к радиационной физике, а именно к способам оценки накопленной дозы ионизирующего β-излучения с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов, и может быть использовано в индивидуальной и клинической дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки на ядерных реакторах, ускорителях, в лабораториях и на производствах с источниками заряженных частиц, при археологическом и геологическом датировании, в аварийной и ретроспективной дозиметрии.The invention relates to radiation physics, and in particular to methods for estimating the accumulated dose of ionizing β-radiation using solid-state thermoluminescent detectors, and can be used in individual and clinical dosimetry, when monitoring the radiation situation in nuclear reactors, accelerators, in laboratories and in industries with sources charged particles, with archaeological and geological dating, in emergency and retrospective dosimetry.

Регистрация и измерение поглощенной дозы β-излучения представляет особый интерес при персональной, клинической дозиметрии, например для определения уровней облучения кожных покровов человека. Сложности при этом обусловливаются необходимостью работы с относительно невысокими значениями доз и нелинейностью дозовой зависимости (зависимости измеренного значения интенсивности термолюминесцентного излучения от величины поглощенной дозы, построенной в двойных логарифмических координатах).Registration and measurement of the absorbed dose of β-radiation is of particular interest in personal, clinical dosimetry, for example, to determine the levels of exposure to human skin. The difficulties are due to the need to work with relatively low dose values and non-linearity of the dose dependence (the dependence of the measured value of the thermoluminescent radiation intensity on the absorbed dose built in double logarithmic coordinates).

Известен способ определения поглощенной дозы β-излучения в твердотельных термолюминесцентных детекторах, изготовленных из такого материала, как LiF:Mg, Ti [авторское свидетельство СССР №1341595]. Способ включает нагрев двух одновременно облученных детекторов разной толщины, измерение интенсивностей пиков кривых термовысвечивания обоих детекторов при идентичных режимах термовысвечивания, определение линейного коэффициента поглощения по отношению измеренных интенсивностей пиков, определение нормирующего фактора из предварительно полученной калибровочной кривой и последующее определение искомой дозы с использованием градуировочного коэффициента.A known method for determining the absorbed dose of β-radiation in solid-state thermoluminescent detectors made of such material as LiF: Mg, Ti [USSR copyright certificate No. 1341595]. The method includes heating two simultaneously irradiated detectors of different thicknesses, measuring the peak intensities of the thermal emission curves of both detectors under identical thermal emission modes, determining a linear absorption coefficient from the measured peak intensities, determining a normalizing factor from a previously obtained calibration curve, and then determining the required dose using a calibration coefficient.

Недостатком описанного способа определения поглощенной дозы β-излучения является его сложность и пониженная чувствительность используемого материала.The disadvantage of the described method for determining the absorbed dose of β-radiation is its complexity and reduced sensitivity of the material used.

Известно, что повышенной чувствительностью к β-излучению обладают термолюминесцентные детекторы на основе анионо-дефектных монокристаллов окиси алюминия (α-Аl₂O₃:С) [M.S.Akselrod and V.S.Kortov, Thermoluminescent and Exoemission Properties of New High-Sensitivity TLD α-Al₂O₃:C Crystals, Radiation Protection Dosimetry, 1990, vol.33, #1/4, pp.123-126 или Reuven Chen, Stephen W.S.McKeever, Theory of Thermoluminescence and Related Phenomena, World Scienctific, 1997, p.297].It is known that thermoluminescent detectors based on anion-defective single crystals of aluminum oxide (α-Al ₂ O ₃ : C) are known to have increased sensitivity to β radiation [MSAkselrod and VSKortov, Thermoluminescent and Exoemission Properties of New High-Sensitivity TLD α-Al ₂ O ₃ : C Crystals, Radiation Protection Dosimetry, 1990, vol. 33, # 1/4, pp. 123-126 or Reuven Chen, Stephen WSMcKeever, Theory of Thermoluminescence and Related Phenomena, World Scienctific, 1997, p.297].

В отечественной и зарубежной практике получили распространение твердотельные термолюминесцентные детекторы на основе анионо-дефектных монокристаллов оксида алюминия, имеющие обозначение ТЛД-500 [патент РФ №2229145]. Выявленные в процессе эксплуатации этих детекторов недостатки устраняются применением различных способов обработки веществ, из которых изготавливаются детекторы. Как отмечено в рассматриваемом патенте РФ, в частности, недостатком термолюминесцентных детекторов на основе анионо-дефектных монокристаллов окиси алюминия является явно выраженный нелинейный участок дозовой зависимости, ограничивающий верхнее значение диапазона измерений [патент РФ №2229145, фиг.5]. Согласно другому источнику [B.C.Кортов, И.И.Мильман, С.В.Никифоров, Е.В.Мосейкин. Механизм формирования нелинейности дозового выхода термостимулированной люминесценции анионо-дефектных кристаллов α-Аl₂О₃, Физика твердого тела, 2006, том 48, вып.3, стр.421-426, рис.1], детального исследования механизмов формирования нелинейности кристаллов α-Аl₂О₃ не проводилось, однако выявлено, что при разных условиях измерений нелинейность (сверхлинейность) дозовой зависимости появляется при значениях поглощенной дозы от 0,192 Гр до 0,320 Гр и более (фиг.1).Solid-state thermoluminescent detectors based on anion-defective single crystals of aluminum oxide having the designation TLD-500 [RF patent No. 2229145] have become widespread in domestic and foreign practice. The deficiencies identified during the operation of these detectors are eliminated by using various methods of processing the substances from which the detectors are made. As noted in the considered patent of the Russian Federation, in particular, the disadvantage of thermoluminescent detectors based on anion-defective single crystals of aluminum oxide is a pronounced nonlinear portion of the dose dependence that limits the upper value of the measurement range [RF patent No. 2229145, figure 5]. According to another source [BCKortov, I.I. Milman, S.V. Nikiforov, E.V. Moseykin. The mechanism for the formation of non-linearity of the dose output of thermally stimulated luminescence of anion-defective crystals α-Al ₂ О ₃ , Solid State Physics, 2006, Volume 48, Issue 3, pp. 421-426, Fig. 1], a detailed study of the mechanisms of formation of α- non-linear crystals Al ₂ About _{3 was} not carried out, however, it was found that under different measurement conditions, the nonlinearity (superlinearity) of the dose dependence appears at absorbed doses of 0.192 Gy to 0.320 Gy or more (Fig. 1).

Наиболее близким к предложенному является способ определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия (ТЛД-500), включающий нагрев указанного детектора со скоростями 0,25÷20 К/с в диапазоне температур от 303 до 673 К (30-400°С) с одновременным измерением в процессе нагрева интенсивности термолюминесцентного свечения в широкой области спектра (применяемый фотоэлектронный умножитель типа ФЭУ-130 имеет область спектральной чувствительности от 300 до 800 нм, включающую весь видимый спектр) и последующей оценкой поглощенной дозы по параметрам полученной кривой термовысвечивания: либо по значению светосуммы, либо по интенсивности пика указанной кривой [И.И.Мильман, С.В.Никифоров, B.C.Кортов, А.К.Кильметов. Контроль качества детекторов излучения для радиационной дефектоскопии, Дефектоскопия, 1996, №112, стр.64-70].Closest to the proposed one is a method for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide (TLD-500), which includes heating the specified detector with speeds of 0.25 ÷ 20 K / s in the temperature range from 303 to 673 K (30-400 ° C) with simultaneous measurement of the intensity of the thermoluminescent glow during the heating process in a wide spectral region (the used photomultiplier tube type FEU-130 has a spectral sensitivity range from 300 to 800 nm, including the entire active spectrum) and the subsequent assessment of the absorbed dose according to the parameters of the obtained thermal emission curve: either by the value of the light sum or by the peak intensity of the specified curve [I.I. Milman, S.V. Nikiforov, B.C. Kortov, A.K. Kilmetov. Quality control of radiation detectors for radiation flaw detection, Flaw detection, 1996, No. 112, p.64-70].

Известно [Applied Thermoluminescence Dosimerty, ed. Oberhofer, Sharmarm, 1979, p.49, section 3.3.2.], что в способах оценки поглощенной дозы измеряется свечение термолюминесцентного детектора (термовысвечивание) в широком диапазоне спектра, исключающем только инфракрасное излучение. При этом измеряемая область спектра содержит разные цветовые области, включая синюю область с пиком интенсивности свечения на волне 420 нм. Это обеспечивает максимальную чувствительность способа и обусловливает привлекательность измерений поглощенной дозы с использованием широкой области видимого спектра. В более позднем источнике [Reuven Chen, Stephen W.S. McKeever, Theory of Thermoluminescence and Related Phenomena, World Scientific, 1997, p.513-514, section 11.2.6] также указывается, что нормой является измерение интенсивности термолюминесцентного свечения и построение кривой термовысвечивания с использованием широкополосных фильтров видимой области спектра без выделения конкретных значений длин волн.Known [Applied Thermoluminescence Dosimerty, ed. Oberhofer, Sharmarm, 1979, p. 49, section 3.3.2.] That the methods for estimating the absorbed dose measure the luminescence of a thermoluminescent detector (thermal emission) in a wide spectral range excluding infrared radiation only. In this case, the measured region of the spectrum contains different color regions, including the blue region with a peak in glow intensity at 420 nm. This ensures the maximum sensitivity of the method and makes the measurements of the absorbed dose attractive using a wide region of the visible spectrum. In a later source [Reuven Chen, Stephen W.S. McKeever, Theory of Thermoluminescence and Related Phenomena, World Scientific, 1997, p.513-514, section 11.2.6] also states that it is normal to measure the intensity of the thermoluminescent glow and construct a thermal emission curve using wide-band filters in the visible spectrum without highlighting specific values wavelengths.

Однако именно в указанных условиях измерения недостатком способа-прототипа является, как указано выше [B.C.Кортов и др. Физика твердого тела, 2006, том 48, вып.3, стр.421-426, рис.1], наличие нелинейности (сверхлинейности) дозовой зависимости при величинах поглощенной дозы более 0,192÷0,32 Гр. Влияние сверхлинейности дозовой зависимости приводит к искажению результата оценки поглощенной дозы и является причиной снижения точности определения (оценки) поглощенной дозы при значениях поглощенной дозы, превышающих значения 0,192÷0,32 Гр. Ограничивается область использования способа при повышенных значениях поглощенных доз.However, it is precisely in the indicated measurement conditions that the disadvantage of the prototype method is, as indicated above [BCKortov et al. Solid State Physics, 2006, Volume 48, Issue 3, pp. 421-426, Fig. 1], the presence of non-linearity (superlinearity) dose dependence at absorbed dose values of more than 0.192 ÷ 0.32 Gy. The influence of the superlinearity of the dose dependence leads to a distortion of the result of the assessment of the absorbed dose and is the reason for the decrease in the accuracy of determination (assessment) of the absorbed dose at absorbed doses in excess of 0.192 ÷ 0.32 Gy. The scope of the method is limited to higher absorbed doses.

Задачей изобретения - способа определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия является повышение точности оценки поглощенной дозы β-излучения и расширение области использования способа.The objective of the invention is a method for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide is to increase the accuracy of estimating the absorbed dose of β-radiation and expand the scope of the method.

Для решения поставленной задачи способ определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия, включающий нагрев указанного детектора с одновременным измерением в процессе нагрева интенсивности термолюминесцентного свечения в области видимого спектра и последующей оценкой поглощенной дозы по параметрам полученной кривой термовысвечивания, отличается тем, что интенсивность термолюминесцентного свечения измеряют только в пределах диапазона длин волн от 500 до 570 нм.To solve the problem, a method for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of alumina, including heating the specified detector while measuring the intensity of the thermoluminescent glow in the visible spectrum during the heating process and then estimating the absorbed dose from the parameters of the obtained thermal emission curve , characterized in that the intensity of the thermoluminescent glow is measured only within the range of wavelengths from 50 0 to 570 nm.

Кроме того, способ определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия отличается тем, что интенсивность термолюминесцентного свечения измеряют в любом поддиапазоне вышеуказанного диапазона длин волн, имеющем ширину не более 30 нм, в частности в поддиапазоне от 520 нм до 550 нм.In addition, the method for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide is characterized in that the intensity of the thermoluminescent glow is measured in any subrange of the above wavelength range having a width of not more than 30 nm, in particular in a subrange from 520 nm to 550 nm.

Технический результат изобретения - увеличение верхнего значения линейного диапазона дозовой зависимости до 1 Гр (фиг.2) за счет измерения интенсивности термолюминесцентного свечения детектора - анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия в пределах зеленой области видимого спектра, конкретно только в пределах диапазона длин волн от 500 до 570 нм. Указанный отличительный признак способа в совокупности с другими вышеуказанными существенными признаками способа обеспечивает повышение точности определения (оценки) поглощенной дозы при повышенных значениях поглощенной дозы и, соответственно, расширяет область использования предложенного способа в сторону повышенных значений поглощенных доз. Предложенное изобретение путем увеличения верхней границы линейного диапазона дозовой зависимости от 0,192÷0,32 Гр (фиг.1) до 1 Гр (фиг.2) расширяет диапазон линейности дозовой зависимости в сравнении с прототипом от 3,1 до 5,2 раз.The technical result of the invention is to increase the upper value of the linear range of the dose dependence to 1 Gy (Fig. 2) by measuring the intensity of the thermoluminescent glow of the detector — an anion-defective single crystal of aluminum oxide within the green region of the visible spectrum, specifically only within the wavelength range from 500 to 570 nm. The specified distinguishing feature of the method in combination with the other essential features of the method above provides an increase in the accuracy of determination (assessment) of the absorbed dose at higher values of the absorbed dose and, accordingly, expands the scope of the proposed method in the direction of increased values of absorbed doses. The proposed invention by increasing the upper boundary of the linear range of the dose dependence from 0.192 ÷ 0.32 Gy (figure 1) to 1 Gy (figure 2) expands the linearity range of the dose dependence in comparison with the prototype from 3.1 to 5.2 times.

При измерении интенсивности термолюминесцентного свечения на длинах волн менее 500 нм существенно снижается верхнее значение линейного диапазона дозовой зависимости. При увеличении длины волны более 570 нм регистрируются составляющие термолюминесцентного свечения детектора, вносящие погрешности в оценку поглощенной дозы и существенно уменьшающие точность такой оценки. Эти составляющие обусловлены неконтролируемыми примесями материала термолюминесцентного детектора, тепловым фоном и влиянием глубоко расположенных ловушек анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия.When measuring the intensity of the thermoluminescent glow at wavelengths less than 500 nm, the upper value of the linear range of the dose dependence significantly decreases. With an increase in the wavelength of more than 570 nm, the components of the thermoluminescent glow of the detector are recorded, introducing errors in the estimate of the absorbed dose and significantly reducing the accuracy of such an estimate. These components are caused by uncontrolled impurities of the material of the thermoluminescent detector, the thermal background, and the influence of deeply located traps of the anion-defective aluminum oxide single crystal.

Описанная связь между отличительным признаком предложенного изобретения и новым техническим результатом экспериментально выявлена авторами изобретения.The described relationship between the hallmark of the proposed invention and the new technical result is experimentally identified by the inventors.

Интенсивность термолюминесцентного свечения используемого термолюминесцентного детектора в предложенной зеленой области спектра (только в диапазоне 500÷570 нм) ниже интенсивности термолюминесцентного свечения в других областях видимого спектра. В частности, максимальная интенсивность свечения в предложенном авторами диапазоне длин волн на порядок ниже интенсивности пика свечения видимого спектра, находящегося в области синего свечения [вышеупомянутый источник M.S.Akselrod and V.S.Kortov, Radiation Protection Dosimetry, 1990, vol.33, #1/4, p.123, fig.1].The intensity of the thermoluminescent glow of the used thermoluminescent detector in the proposed green region of the spectrum (only in the range 500 ÷ 570 nm) is lower than the intensity of the thermoluminescent glow in other regions of the visible spectrum. In particular, the maximum luminescence intensity in the wavelength range proposed by the authors is an order of magnitude lower than the intensity of the luminescence peak of the visible spectrum in the region of blue luminescence [the above source MSAkselrod and VSKortov, Radiation Protection Dosimetry, 1990, vol. 33, # 1/4, p.123, fig.1].

Повышение точности оценки поглощенной дозы за счет измерения интенсивности термолюминесцентного свечения только в низкоинтенсивном предложенном авторами диапазоне свечения и преодоление авторами изобретения описанного выше распространенного мнения о полезности измерений поглощенной дозы в области всего видимого спектра термолюминесцентного свечения указывают на неочевидность полученного технического результата.Increasing the accuracy of the estimate of the absorbed dose by measuring the intensity of the thermoluminescent glow only in the low-intensity range of the glow proposed by the authors and overcoming the above-described wide opinion by the inventors of the usefulness of measuring the absorbed dose in the entire visible spectrum of the thermoluminescent glow indicates the non-obviousness of the obtained technical result.

Определение поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия при измерениях интенсивности термолюминесцентного свечения в любом поддиапазоне диапазона 500÷570 нм, имеющем ширину не более 30 нм, в частности в поддиапазоне длин волн от 520 нм до 550 нм, обеспечивает наибольшее повышение точности оценки поглощенной дозы в сравнении с прототипом предложенного способа.Determination of the absorbed dose of ionizing β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide when measuring the intensity of the thermoluminescent glow in any subrange of the range 500–570 nm, having a width of no more than 30 nm, in particular in the subband of wavelengths from 520 nm to 550 nm, provides the greatest increase in the accuracy of the estimate of the absorbed dose in comparison with the prototype of the proposed method.

При ширине поддиапазона, большей 30 нм и не превышающей, естественно, предложенную авторами ширину диапазона 500÷570 нм, равную 70 нм, точность оценки поглощенной дозы несколько ниже, чем при измерении в поддиапазоне с шириной, меньшей чем 30 нм, но является более высокой, чем при использовании прототипа изобретения. Расположение поддиапазона длин волн внутри диапазона 500÷570 нм не является критически важным для обеспечиваемой предложенным изобретением точности оценки поглощенной дозы. Нижний предел ширины поддиапазона определяется как разрешающей способностью применяемого при осуществлении способа конкретного блока выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения, так и чувствительностью используемого приемника термолюминесцентного свечения. Например, при обычной разрешающей способности известных монохроматоров, равной 0,1 нм, для оценки поглощенной дозы достаточно чувствительности известных фотоэлектронных умножителей.With a subband width greater than 30 nm and not exceeding, of course, a range of 500 ÷ 570 nm proposed by the authors of 70 nm, the accuracy of the estimate of the absorbed dose is slightly lower than when measured in a subband with a width of less than 30 nm, but is higher than using the prototype of the invention. The location of the sub-range of wavelengths within the range of 500 ÷ 570 nm is not critical to the accuracy of the proposed dose estimation proposed by the invention. The lower limit of the subband width is determined both by the resolution of the particular block for extracting wavelengths of the detected thermoluminescent glow used in the implementation of the method, and by the sensitivity of the used thermoluminescent glow detector. For example, with the usual resolution of known monochromators equal to 0.1 nm, the sensitivity of known photoelectronic multipliers is sufficient to estimate the absorbed dose.

Изобретение поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:

фиг.1 - три полученные известным способом дозовые зависимости [В.С.Кортов и др., Физика твердого тела, 2006, том 48, вып.3, стр.421-426, рис.1], в которых нелинейность (сверхлинейность) появляется при значениях поглощенной дозы от 0,192 Гр до 0,32 Гр и более, зависимости получены при разных скоростях нагрева детектора 0,5 (№1), 2 (№2) и 6 (№3) К/с;figure 1 - three dose dependences obtained in a known manner [V.S. Kortov et al., Solid State Physics, 2006, Volume 48, Issue 3, pp. 421-426, Fig. 1], in which non-linearity (superlinearity) appears when the absorbed dose values are from 0.192 Gy to 0.32 Gy or more, the dependences are obtained at different detector heating rates of 0.5 (No. 1), 2 (No. 2) and 6 (No. 3) K / s;

фиг.2 - полученные авторами предложенным способом дозовые зависимости с нелинейностью, имеющей место только при значениях поглощенной дозы выше 1 Гр, где для образца №1 интенсивность термолюминесцентного свечения измерена в поддиапазоне длин волн 510 ÷ 512 нм, для образца №2 - в поддиапазоне длин волн 500÷570 нм, для образца №3 - в поддиапазоне длин волн 520÷550 нм;figure 2 - the dose dependences obtained by the authors of the proposed method with non-linearity that occurs only at absorbed doses above 1 Gy, where for sample No. 1 the intensity of the thermoluminescent glow was measured in the subband of wavelengths 510 ÷ 512 nm, for sample No. 2 in the subband of lengths waves 500 ÷ 570 nm, for sample No. 3 - in the sub-range of wavelengths 520 ÷ 550 nm;

фиг.3 - блок-схема устройства для определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия.figure 3 is a block diagram of a device for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide.

Устройство для определения поглощенной дозы β-излучения (фиг.3) включает твердотельный термолюминесцентный детектор 1 на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия α-Аl₂O₃:С, блок 2 нагрева указанного детектора 1 и блок 3 регистрации термолюминесцентного свечения этого же детектора 1. Выход 4 блока 3 регистрации термолюминесцентного свечения соединен со входом 5 блока 6 оценки поглощенной дозы. Между упомянутым блоком 3 регистрации и термолюминесцентным детектором 1 на пути распространения свечения 7 этого детектора расположен блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения, обозначенный на фиг.3 как фильтр. Блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения выполнен с характеристиками, обеспечивающими функцию выделения длин волн только в пределах диапазона от 500 до 570 нм (свечение 9).A device for determining the absorbed dose of β-radiation (figure 3) includes a solid-state thermoluminescent detector 1 based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide α-Al ₂ O ₃ : C, a heating unit 2 of the specified detector 1 and a unit 3 for recording the thermoluminescent glow of the same detector 1. The output 4 of the block 3 for recording the thermoluminescent glow is connected to the input 5 of the block 6 for estimating the absorbed dose. Between the mentioned recording unit 3 and the thermoluminescent detector 1, on the propagation path of the glow 7 of this detector, there is a wavelength separation unit 8 of the detected thermoluminescent glow, indicated in FIG. 3 as a filter. Block 8 of the selection of wavelengths of the recorded thermoluminescent glow is made with characteristics that provide the function of selecting wavelengths only within the range from 500 to 570 nm (glow 9).

Кроме того, блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения может быть выполнен с характеристиками, обеспечивающими функцию выделения длин волн в любом поддиапазоне длин волн вышеуказанного диапазона, имеющем ширину не более 30 нм, в частности, в поддиапазоне от 520 нм до 550 нм.In addition, the wavelength separation unit 8 of the detected thermoluminescent glow can be performed with characteristics providing a function of extracting wavelengths in any subband of wavelengths of the above range having a width of not more than 30 nm, in particular in the subband from 520 nm to 550 nm.

Блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения может быть выполнен также с характеристиками, обеспечивающими функцию выделения длин волн в любом поддиапазоне длин волн, находящемся внутри вышеуказанного диапазона 500÷570 нм, например, 500÷560 нм или 530÷570 нм.Block 8 of the selection of wavelengths of the recorded thermoluminescent glow can also be performed with characteristics that provide the function of selecting wavelengths in any subrange of wavelengths within the above range 500 ÷ 570 nm, for example, 500 ÷ 560 nm or 530 ÷ 570 nm.

Блок 2 нагрева включает нагревательный столик, на котором размещен детектор 1, и устройство регулировки мощности нагрева (не показаны). Детектор 1 представляет собой образец стандартного термолюминесцентного детектора, например, типа ТЛД-500, представляющего собой номинально чистый анионо-дефектный монокристалл α-Аl₂О₃:С.The heating unit 2 includes a heating table on which the detector 1 is placed, and a heating power adjustment device (not shown). Detector 1 is a sample of a standard thermoluminescent detector, for example, type TLD-500, which is a nominally pure anion-defective single crystal α-Al ₂ About ₃ : C.

Блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения 7 представляет собой фильтр из специального оптического стекла (типа ЖЗС-12), осуществляющий функцию выделения (пропускания через себя) длин волн термолюминесцентного свечения в диапазоне 500÷570 нм (свечение 9). В случае выделения длин волн 9 в поддиапазоне, ширина которого меньше 10 нм, в качестве блока 8 может быть использован соответствующий интерференционный фильтр. При необходимости выделения более узкого поддиапазона длин волн используется дифракционный монохроматор, например, типа МДР-23.Block 8 of the allocation of wavelengths of the recorded thermoluminescent glow 7 is a filter made of special optical glass (type ZhZS-12), which performs the function of isolating (passing through itself) the wavelengths of the thermoluminescent glow in the range 500 ÷ 570 nm (glow 9). In the case of the allocation of wavelengths 9 in a subband whose width is less than 10 nm, an appropriate interference filter can be used as block 8. If it is necessary to isolate a narrower sub-range of wavelengths, a diffraction monochromator, for example, of the MDR-23 type, is used.

Блок 3 регистрации термолюминесцентного свечения 9 представляет собой фотоэлектронный умножитель, например, типа ФЭУ-39А или ФЭУ-106 с усилителем и преобразователем сигнала (на чертеже не показаны).Block 3 registration thermoluminescent glow 9 is a photomultiplier tube, for example, type FEU-39A or FEU-106 with an amplifier and signal converter (not shown).

Блок 6 оценки поглощенной дозы представляет собой (не показано) микропроцессор или персональный компьютер (ЭВМ) с интерфейсом принятия сигнала от блока 3 регистрации термолюминесцентного свечения детектора 1. Блок 6 осуществляет функции задания значений температуры детектора 1, определения значений интенсивности термолюминесцентного свечения 9 при заданных значениях температуры, построения кривой термовысвечивания (зависимость интенсивности термолюминесцентного свечения 9 от температуры нагрева детектора 1), определения значения светосуммы указанной кривой и оценки поглощенной дозы по полученному значению светосуммы. Оценка поглощенной дозы может быть произведена также по интенсивности пика кривой термовысвечивания.Unit 6 for estimating the absorbed dose (not shown) is a microprocessor or personal computer (computer) with an interface for receiving a signal from block 3 for registering the thermoluminescent glow of detector 1. Block 6 performs the functions of setting the temperature values of detector 1, determining the values of the intensity of thermoluminescent glow 9 at specified values temperature, constructing a thermoluminescence curve (dependence of the intensity of the thermoluminescent glow 9 on the heating temperature of the detector 1), determining the value of light osumma of the specified curve and estimates of the absorbed dose by the obtained value of the light sum. The absorbed dose can also be estimated by the peak intensity of the thermal emission curve.

Для управления нагревом детектора 1 используется блок управления (не показан), входы-выходы которого соединены с устройством регулировки мощности блока 2 нагрева и через соответствующий интерфейс - с микропроцессором или персональным компьютером блока 6 оценки поглощенной дозы. Функцию упомянутого блока управления может осуществлять сам указанный микропроцессор (персональный компьютер).To control the heating of the detector 1, a control unit (not shown) is used, the inputs and outputs of which are connected to the power control device of the heating unit 2 and through the appropriate interface to a microprocessor or personal computer of the absorbed dose estimation unit 6. The function of said control unit may be performed by said microprocessor itself (personal computer).

В ЭВМ блока 6 для оценки поглощенной дозы используются программы управления измерительной системой, регистрации кривых термовысвечивания и математические пакеты, в частности Excel или Origin.In the computer of block 6, for measuring the absorbed dose, control programs for the measuring system, registration of thermal emission curves, and mathematical packages, in particular Excel or Origin, are used.

Устройство работает, а способ определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия осуществляется следующим образом.The device works, and the method for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide is as follows.

Измеряемый образец 1 (детектор 1, фиг.3) для определения искомого значения поглощенной дозы β-излучения нагревают до первого установленного значения температуры, например 373 К. С помощью фильтра 8 из термолюминесцентного свечения 7 этого образца 1 выделяют свечение 9 в диапазоне 500÷570 нм. С помощью блоков 3 и 6 определяют интенсивность термолюминесцентного свечения при установленном значении температуры и строят первую точку искомой кривой термовысвечивания. Далее через установленные периоды времени (например, 1 мс) производят линейный нагрев образца 1 до следующих значений температуры и аналогично строят последующие точки искомой кривой термовысвечивания, пока не будет достигнуто предельное значение температуры образца 1, например 573 К. Нагрев осуществляют со скоростью от 0,2 до 10 К/с.To determine the desired value of the absorbed dose of β-radiation, the measured sample 1 (detector 1, Fig. 3) is heated to the first set temperature value, for example, 373 K. Using a filter 8, a glow 9 in the range 500–570 is isolated from the thermoluminescent glow 7 of this sample 1 nm Using blocks 3 and 6, determine the intensity of the thermoluminescent glow at a set temperature and build the first point of the desired curve of thermal emission. Then, after set time periods (for example, 1 ms), the sample 1 is linearly heated to the following temperature values and the subsequent points of the desired thermoluminescence curve are constructed similarly until the temperature value of sample 1 is reached, for example, 573 K. Heating is carried out at a speed of 0, 2 to 10 K / s.

Данные о времени, прошедшем с начала измерений, температуре образца 1 и интенсивности его термолюминесцентного свечения 9, получаемые при помощи описанного устройства, записывают в файл данных. Файл данных обрабатывают математическим пакетом, по полученной искомой кривой термовысвечивания определяют искомое значение светосуммы или искомое значение интенсивности пика указанной кривой, по которым производят оценку значения поглощенной образцом 1 искомой дозы β-излучения. Для этого измеряемый образец 1, подготовленный к последующему использованию (освобожденный от полученной ранее поглощенной дозы β-излучения), подвергают воздействию известного эталонного значения дозы β-излучения (порядка 0,01÷0,05 Гр). Затем вышеописанным способом определяют значение эталонной светосуммы или эталонной интенсивности пика кривой термовысвечивания. Искомое значение поглощенной дозы β-излучения образца 1 рассчитывают с помощью блока 6 оценки поглощенной дозы по следующим формулам:Data on the time elapsed since the beginning of the measurements, the temperature of the sample 1 and the intensity of its thermoluminescent glow 9, obtained using the described device, are recorded in the data file. The data file is processed by a mathematical package, the desired light sum curve or the desired peak intensity value of the specified curve is determined from the desired thermal emission curve, which is used to estimate the value of the desired dose of β radiation absorbed by sample 1. For this, the measured sample 1, prepared for subsequent use (freed from the previously received absorbed dose of β-radiation), is exposed to a known reference value of the dose of β-radiation (of the order of 0.01 ÷ 0.05 Gy). Then, in the manner described above, the value of the reference light sum or the reference intensity of the peak of the thermal emission curve is determined. The desired value of the absorbed dose of β-radiation of sample 1 is calculated using block 6 estimates of the absorbed dose according to the following formulas:

илиor

где D_иском - искомое значение поглощенной дозы β-излучения, Гр;D _claim wherein - the desired value of the absorbed doses of β-radiation, Gy;

D_этал - эталонное значение поглощенной дозы β-излучения, устанавливаемое в пределах 0,01÷0,05 Гр;D _reference - the reference value of the absorbed dose of β-radiation, set within 0.01 ÷ 0.05 Gy;

S_иском - искомое значение светосуммы искомой кривой термовысвечивания, отн.ед.;S by _suit - the desired value of the light sum of the desired curve of thermal emission, rel.

S_этал - эталонное значение светосуммы эталонной кривой термовысвечивания, отн.ед.;S _reference - the reference value of the light sum of the reference curve of thermal emission, rel.

I_иском - искомое значение интенсивности пика искомой кривой термовысвечивания, отн.ед.;I _claim - the desired value of the peak intensity of the thermoluminescence of the desired curve, relative units .;

I_этал - эталонное значение интенсивности пика эталонной кривой термовысвечивания, отн.ед.I _reference - the reference value of the intensity of the peak of the reference curve of thermal emission, rel.

В таблице приведены результаты измерений и оценки поглощенной дозы β-излучения предложенным способом (образцы №№1, 2 и 3) и известным способом (образцы №№4 и 5) при четырех значениях тестовой поглощенной дозы (от 0,16 до 0,96 Гр). Эталонное значение поглощенной дозы β-излучения было принято равным 0,03 Гр. Тестовые и эталонное значения поглощенной дозы в указанных образцах устанавливались облучением этих образцов при комнатной температуре β-излучением ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-источника в приборе типа КДТ-02 с мощностью дозы в месте расположения образца 0,032 Гр/мин. Скорость нагрева образцов составляла 2 К/с. В качестве результатов применения способов приведены значения погрешностей оценки искомой поглощенной дозы в процентах относительно эталонной поглощенной дозы. Допустимая погрешность оценки искомой поглощенной дозы равна ±15%.The table shows the results of measurements and estimates of the absorbed dose of β-radiation by the proposed method (samples No. 1, 2 and 3) and the known method (samples No. 4 and 5) with four values of the test absorbed dose (from 0.16 to 0.96 Gr). The reference value of the absorbed dose of β-radiation was taken equal to 0.03 Gy. The test and reference values of the absorbed dose in these samples were established by irradiating these samples at room temperature with β-radiation of a ⁹⁰ Sr / ⁹⁰ Y source in a KDT-02 device with a dose rate of 0.032 Gy / min at the sample location. The heating rate of the samples was 2 K / s. As the results of the application of the methods, the values of the errors in estimating the desired absorbed dose in percent relative to the reference absorbed dose are given. The permissible error in estimating the required absorbed dose is ± 15%.

Тестовая поглощенная доза, ГрTest absorbed dose, Gy Абсолютная погрешность оценки поглощенной дозы для образцов №№1÷5,%The absolute error of the estimate of the absorbed dose for samples No. 1 ÷ 5,% №1No. 1 №2Number 2 №3Number 3 №4Number 4 №5Number 5 0,160.16 6,36.3 0,00,0 0,00,0 0,00,0 12,512.5 0,320.32 9,49,4 12,512.5 8,28.2 18,818.8 56,356.3 0,640.64 12,512.5 9,49,4 9,09.0 23,423,4 53,153.1 0,960.96 14,614.6 10,410,4 9,59.5 32,332,3 63,563.5

Для образца №1 измерение интенсивности термолюминесцентного свечения осуществлено предложенным способом в поддиапазоне длин волн 510÷512 нм с использованием монохроматора типа МДР-23 в качестве блока 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения. Для образца №2 измерение интенсивности термолюминесцентного свечения осуществлено также предложенным способом в поддиапазоне длин волн 500÷570 нм с использованием в качестве блока 8 выделения длин волн интерференционного фильтра. Измерение интенсивности термолюминесцентного свечения для образца №3 осуществлено предложенным способом с использованием в качестве блока 8 интерференционного фильтра с поддиапазоном длин волн 520÷550 нм.For sample No. 1, the intensity of the thermoluminescent glow was measured by the proposed method in the wavelength sub-range 510–512 nm using an MDR-23 type monochromator as block 8 for isolating the wavelengths of the recorded thermoluminescent glow. For sample No. 2, the measurement of the intensity of the thermoluminescent glow was also carried out by the proposed method in the subband of wavelengths of 500–570 nm using an interference filter as the block 8 for extracting wavelengths. The intensity of the thermoluminescent glow for sample No. 3 was measured by the proposed method using an interference filter with a wavelength subband of 520–550 nm as block 8.

Измерение интенсивности термолюминесцентного свечения образца №4 осуществлено известным способом в поддиапазоне длин волн 485÷595 нм с использованием в качестве блока 8 выделения длин волн оптического стекла типа ЖЗС-12. Для образца №5 измерение интенсивности термолюминесцентного свечения осуществлено известным способом в поддиапазоне длин волн 420÷422 нм, в качестве блока 8 использован монохроматор типа МДР-23.The measurement of the intensity of the thermoluminescent glow of sample No. 4 was carried out in a known manner in the wavelength sub-range 485 ÷ 595 nm using wavelength separation unit ZZS-12 as optical block 8. For sample No. 5, the measurement of the intensity of the thermoluminescent glow was carried out in a known manner in the subwavelength range of 420 ÷ 422 nm; as a unit 8, a MDR-23 type monochromator was used.

Из таблицы видно, что при использовании известного способа (образцы №№4, 5) погрешность оценки поглощенной дозы β-излучения находится в допустимых пределах (менее 15% по абсолютной величине) только для минимального значения поглощенной дозы, равного 0,16 Гр. Применение известного способа для более высоких значений поглощенной дозы (от 0,32 до 0,96 Гр) дает недопустимо высокую погрешность (от 18,8 до 63,5%).The table shows that when using the known method (samples No. 4, 5), the error in estimating the absorbed dose of β-radiation is within acceptable limits (less than 15% in absolute value) only for the minimum absorbed dose of 0.16 Gy. The application of the known method for higher values of the absorbed dose (from 0.32 to 0.96 Gy) gives an unacceptably high error (from 18.8 to 63.5%).

Полученные погрешности оценки поглощенной дозы β-излучения предложенным способом (образцы №№1, 2, 3) находятся в допустимых пределах (от 0 до 10,4%) в широком диапазоне доз - от 0,16 Гр до 0,96 Гр.The obtained errors in estimating the absorbed dose of β-radiation by the proposed method (samples No. 1, 2, 3) are within acceptable limits (from 0 to 10.4%) in a wide range of doses - from 0.16 Gy to 0.96 Gy.

Claims

A method for determining the absorbed dose of ionizing β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide, comprising heating the specified detector while measuring the intensity of the thermoluminescent glow in the visible spectrum during the heating process and then estimating the absorbed dose according to the parameters of the obtained thermal emission curve, characterized in that the measurement of the intensity of the thermoluminescent glow is carried out only within the range of wavelengths from 500 up to 570 nm.