Спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої люмінесценції

Реферат: Спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої люмінесценції твердотільних детекторів іонізуючих випромінювань на основі оксиду алюмінію включає розміщення попередньо опроміненого детектора в світлонепроникний замкнутий об'єм, подальшу його стимуляцію і реєстрацію інтенсивності виникаючого світіння за допомогою фотоелектронного помножувача. Стимуляцію здійснюють хімічним джерелом, утвореним атомами водню, які напускають в замкнутий об'єм на 5-15 с. UA 113053 U (12) UA 113053 U UA 113053 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки вимірювань з використанням фізичних методів вимірювання, зокрема способів люмінесцентного детектування, які найбільш ефективно можуть бути використані для вимірювання поглинутої дози різних видів іонізуючого випромінювання, таких як , -випромінювання. У сучасній твердотільній дозиметрії переважне поширення набули детектори на основі аніон-дефектних кристалів -Аl2О3. Детектори розроблені для використання в термолюмінесцентній дозиметрії і мають комерційне позначення ТЛД-500К, але завдяки своїм унікальним властивостям виявилися максимально прийнятними і в новому застосуванні, коли стимуляція їх люмінесценції здійснюється світлом [1]. Широко відомі способи визначення іонізованого випромінювання на основі термолюмінесценції і оптично стимульованої люмінесценції (ОСЛ). Відомий спосіб вимірювання доз випромінювання за допомогою термолюмінесценції заснований на тому, що кристалофосфори (детектори), які зазнали радіаційного впливу, при нагріванні люмінесціюють. Такий спосіб включає нагрів кристалофосфорів із одночасним вимірюванням в процесі нагрівання інтенсивності термолюмінесцентного світіння в області видимого спектру і подальшою оцінкою поглинутої дози в залежності від інтенсивності термолюмінесценції [2]. Відомий спосіб визначення поглинутої дози радіації в твердотільному детекторі за допомогою термолюмінесценції. У цьому способі в якості твердотільного термолюмінесцентного детектора використаний монокристалічний нітрид алюмінію ΑlΝ. Нагрів детектора ведуть до температури не менше 400 °C, а вимір інтенсивності термолюмінесцентного світіння здійснюють тільки в межах діапазону довжин хвиль від 340 до 380 нм [3]. Недоліками аналогів заснованих на термолюмінесценції є необхідність нагрівання детекторів до високих температур (не менше 400 °C), що може призвести до зниження чутливості твердотільних детекторів (ТЛД) і ризику втрати інформації про дозу випромінювання. Відомі способи знаходження ОСЛ-дозиметрії ґрунтуються на оптичній іонізації (стимуляції) рівнів захоплення носіїв заряду, заповнених при опроміненні іонізуючою радіацією, і реєстрації люмінесценції, зумовленої рекомбінацією звільнених носіїв на центрах люмінесценції. Вихід ОСЛ виявляється пропорційним до поглинутої дози випромінювання. Недоліком аналога, заснованого на ОСЛ-дозиметрії, є те, що вихід ОСЛ залежить від інтенсивності і довжини хвилі стимулюючого світла, що може призводити до неповного висвітлення рівнів захоплення носіїв заряду і неточності визначення дозиметричного сигналу [4]. Найближчим аналогом до способу, що заявляється є спосіб збудження дозиметричного сигналу в оптично стимульованій люмінесцентної дозиметрії іонізуючих випромінювань [5]. У цьому способі збудження дозиметричного сигналу оптично стимульованої люмінесценції детекторів іонізуючих випромінювань на основі оксиду алюмінію детектор поміщається в світлонепроникний корпус між розташованим в ньому джерелом оптичної стимуляції, виконаним у вигляді світловипромінювального діода, і розділовим оптичним фільтром на відстані 1 2 мм від їх поверхонь, при цьому стимуляцію здійснюють випромінюванням світловипромінювального діода з безперервним спектром в діапазоні 450 900 нм протягом 30 50 с. Технічним результатом такого способу є скорочення часу зчитування, підвищення чутливості, точності, надійності і достовірності вимірювань доз, а також ефективне спустошення дозиметричних пасток в детекторах ТЛД-500К перед їх застосуванням в ТЛД. Недоліком найближчого аналогу є те, що для його реалізації потрібно додаткове обладнання у вигляді розділових оптичних фільтрів на відстані 1-2 мм від поверхні світловипромінювальних діодів, які здійснюють стимуляцію в певному діапазоні; часткове перекриття спектру випромінювання детектора з випромінюванням світлодіода і необхідність виділення реєстрованого сигналу детектора від дози випромінювання світлодіода, що призводить до зменшення точності визначення дози. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої люмінесценції (ХСЛ) детекторів іонізуючих випромінювань на основі оксиду алюмінію, в якому застосування нового прийому дозволить виключити додаткове обладнання і внесок в люмінесцентний дозиметричний сигнал підсвічування світлодіоду внаслідок часткового перекриття спектрів випромінювання світлодіоду і детектора, а також спростити процедуру зчитування дози при збереженні параметрів ОСЛ дозиметрії та зменшити час зчитування. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої люмінесценції, що включає розміщення в світлонепроникний замкнутий об'єм попередньо опроміненого твердотільного детектора іонізуючих випромінювань на основі 1 UA 113053 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оксиду алюмінію, подальшу його стимуляцію і реєстрацію інтенсивності виникаючого світіння за допомогою фотоелектронного помножувача (ФЄП), в якому згідно корисної моделі, стимуляцію здійснюють хімічним джерелом, утвореним атомами водню, які напускають в замкнутий об'єм на 5-15 с. В основі методу ХСЛ дозиметрії лежить особливість запам'ятовуючих детекторів, в яких під дією випромінювання утворюються вільні носії заряду здатні локалізуватися на центрах захоплення і залишатися там тривалий час після дії випромінювання. Збуджені випромінюванням центри повертаються в початковий стан при повідомленні їм додаткової енергії за допомогою хімічної реакції, що протікають на поверхні детектора після напуску атомів водню (Н). Ефект обумовлений електронами на пастках і пов'язаний з передачею енергії реакції рекомбінації атомів Η електронам на пастках. При цьому інтенсивність виникаючого світіння, що збуджується потоком атомів Н, пропорційна заповненню пасток електронами. Вихід ХСЛ виявляється пропорційний поглинутій дози випромінювання. Спосіб пояснюється ілюстраціями, де на фіг. 1 представлена схема установки, на фіг. 2 графік інтенсивності люмінесценції для опромінених ТЛД-500К в залежності від потоку j1 атомів 15 16 17 -2 -1 Η (j1=110 , 110 , 110 cм с ), на фіг. 3 - градуювальний графік, на фіг. 4 - графік для конкретного прикладу використання. Установка для реалізації способу містить світлонепроникний замкнутий реакційний об'єм 1, в якому розміщують попередньо опромінений детектор 2 (фіг. 1). У світлонепроникний замкнутий реакційний об'єм напускають атоми Η за допомогою джерела хімічної стимуляції 3. Світіння проходить через оптичне вікно 4 і реєструється ФЕП. Для практичної реалізації запропонованого способу збудження ХСЛ використовувалися зразки стандартних детекторів ТЛД-500К, розроблені в Уральскому державному технічному університеті для термолюмінесцентної дозиметрії (ТУ 2655-006-02069208-95), циліндричної форми висотою 1 і діаметром 5 мм. ХСЛ детектувалась фотоелектронним помножувачем типу ФЕП-97, максимум спектральної чутливості якого близький до спектрального складу люмінесценції детекторів ТЛД-500К (330-420 нм). Джерелом хімічної стимуляції служив дисоціатор молекул Н 2 на атоми Н, який дозволяє 15 17 -2 -1 отримувати потоки атомів Η на детектор ТЛД-500К в інтервалі 110 110 cм с . 15 -2 -1 Як зазначено на малюнку (фіг. 3), при j 1=110 cм с час до максимуму висвітлювання 16 -2 -1 становить 15 с, а час спаду люмінесценції становить понад 100 с (фіг. 2). Для j1=110 cм с 17 -2 -1 час до максимуму становить 5 с, а час спаду 10с. При j 1=110 cм с загальний час висвічування скорочується до 2 с. При цьому відбувається повне спустошення пасток. Повнота спустошення активних ХСЛ пасток при стимуляції за пропонованим способом визначалася по "залишковій" термолюмінесценції, оскільки в обох цих процесах беруть участь одні й ті ж пастки. У першому випадку вони спустошуються під впливом реакції, у другому температури. 16 17 -2 -1 Фіг. 2 показує, що при j1=110 10 cм с зменшується час зчитування в порівнянні з найближчим аналогом. Градуювальний графік отримай при здійсненні способу при впливі потоків атомів водню 16 -2 -1 110 cм с . Спосіб здійснюється наступним чином. Попередньо опромінений твердотільний детектор іонізуючих випромінювань, виконаний на основі оксиду алюмінію 2 поміщають в світлонепроникний замкнутий реакційний об'єм 1 між джерелом стимуляції 3 і оптичним вікном 4, як показано на фіг. 1. Далі для стимуляції детектора вмикають потік атомів Η з хімічного джерела, виконаного в вигляді дисоціатора молекул Н2 за рахунок високочастотного поля в джерелі, на 5-15 с. Твердотільний детектор люмінесціює внаслідок хімічної реакції. Реєстрація даного світіння відбувається за допомогою ФЕП. На основі даних отриманих від детектора з різною поглинутою дозою будують градуювальний графік залежності інтенсивності хемостимульованої люмінесценції в максимумі від дози опромінення на підставі якого можна визначити невідому дозу. Приклад конкретного використання. Попередньо опромінений твердотільний детектор іонізуючих випромінювань, виконаний на основі оксиду алюмінію Аl2О3 поміщають в світлонепроникний замкнутий реакційний об'єм між джерелом стимуляції і оптичним вікном, як зображено на фіг. 1. Далі для стимуляції детектора включають хімічне джерело. За допомогою цього джерела в замкнутий об'єм напускають потік -2 -1 атомів водню Η щільністю j1=110 cм с на 10 с. Спостерігається світіння детектора внаслідок хімічної реакції. Реєстрація даного світіння відбувається за допомогою ФЕП. Як показано на фіг. 4, максимум світіння припадає на 2 с, а спад світіння відбувається протягом наступних 5 с. Інтенсивність люмінесценції в максимумі становить 20 відн. од., тоді згідно з градуювальним графіком шукана поглинена доза дорівнює 3 Гр. 2 UA 113053 U Спосіб може бути використаний для підвищення надійності, точності і достовірності визначення дози іонізуючого випромінювання. 5 10 15 20 Список використаних джерел. 1. ТУ 2655-006-02069208-95; Дозиметрический контроль внешнего профессионального облучения. Общие требования. Методические указания МУ 2.6.1.25-2000. Москва, 2000, с. 50; Dosimeter Materials, Harshow TLD Model 8800, Bicron Ne. 2. Патент РФ на изобретение № 2378665. Способ определения поглощенной дозы бетаизлучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия / А.С. Вохминцев (RU), И.А. Вайнштейн (RU), B.C. Кортов (RU). 3. Патент РФ на изобретение № 2473925 и 2473926. Способ и устройство для определения поглощенной дозы -излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе / И.А. Вайнштейн (RU), Д.М. Спиридонов (RU), А.С. Вохминцев (RU). Заявл. 29.07.2011, опубл. 27.01.2013. Бюл. №3. 4. Method for non-destructive measuring of radiation dose Mark S. Akselrod, StillWater, OK (US); Anne E. Akselrod, StillWater, OK (Us) US 7,098,470 B2 Aug. 29, 2006. 5. Патент РФ на изобретение №2399928. Способ возбуждения дозиметрического сигнала оптически стимулированной люминесценции детекторов ионизирующих излучений на основе оксида алюминия / И.И Мильман (RU), А.В. Кружалов (RU), Е.Н. Литовченко (RU), E.B. Моисейкин (RU). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої люмінесценції твердотільних детекторів іонізуючих випромінювань на основі оксиду алюмінію, що включає розміщення попередньо опроміненого детектора в світлонепроникний замкнутий об'єм, подальшу його стимуляцію і реєстрацію інтенсивності виникаючого світіння за допомогою фотоелектронного помножувача, який відрізняється тим, що стимуляцію здійснюють хімічним джерелом, утвореним атомами водню, які напускають в замкнутий об'єм на 5-15 с. 3 UA 113053 U 4 UA 113053 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5