Спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої емісії

Реферат: Спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої емісії включає поміщення в замкнутий об'єм попередньо опроміненого твердотільного детектора іонізуючих випромінювань на основі оксиду алюмінію, і подальшу його стимуляцію потоком атомів водню, які напускають в замкнутий об'єм на 5-15 с. Попередньо опромінений твердотільний детектор поміщають в замкнутий об'єм, що відкачується, і при його стимуляції реєструють інтенсивність емісії випускання електронів за допомогою вторинно-електронного помножувача. UA 122437 U (12) UA 122437 U UA 122437 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 емісійного детектування, які найбільш ефективно можуть бути використані для вимірювання поглинутої дози різних видів іонізуючого випромінювання, таких як γ, β -випромінювання. У сучасній твердотільній дозиметрії широкого поширення набули детектори на основі аніондефектних кристалів α-Аl2О3. Детектори розроблені для використання в термолюмінесцентній дозиметрії і мають комерційне позначення ТЛД-500К [1]. Широко відомі способи визначення іонізованого випромінювання на основі термолюмінесценції і оптично стимульованої люмінесценції (ОСЛ). Відомий спосіб визначення поглиненої дози радіації в твердотільному детекторі за допомогою термолюмінесценції. У цьому способі як твердотільний термолюмінесцентний детектор використано монокристалічний нітрид алюмінію AlN, 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 [2]. Недоліком аналога, заснованого на термолюмінесценції є необхідність нагрівання детекторів до високих температур (не менше 400 °C), що може привести до зниження чутливості ТЛД і ризику втрати інформації про дозу випромінювання, а також небажане випромінювання нагрітого детектора на дозиметричний сигнал, що призводить до помилки виміру. 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 поглиненої дози випромінювання [3]. Відомий спосіб вимірювання накопиченої дози або потужності дози іонізуючого випромінювання твердотільними детекторами, опроміненими при високій температурі навколишнього середовища. Спосіб вимірювання дози іонізуючого випромінювання при підвищеній температурі навколишнього середовища, що включає термообробку детектора при 900-950 °C протягом 10-15 хвилин і вимір сигналу оптично стимульованої люмінесценції, збудженої при кімнатній температурі, характеризується тим, що опромінений при підвищеній температурі детектор додатково опромінюють при кімнатній температурі фіксованою дозою 510 мГр від джерела іонізуючого випромінювання, після чого вимірюють сигнал оптично стимульованої люмінесценції і по його величині судять про накопичену дозу при підвищеній температурі. Технічний результат - підвищення надійності, точності і достовірності вимірювань, продовження ресурсу детекторів [4]. Недоліками аналогів, заснованих на ОСЛ є те, що вихід ОСЛ залежить від інтенсивності і довжини хвилі стимулюючого світла, що може призводити до неповного висвічення рівнів захоплення носіїв заряду і неточності визначення дозиметричного сигналу. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб збудження дозиметричного сигналу хімічною реакцією і реєстрація виникаючої хемостимульованої люмінесценції твердотільних детекторів іонізуючих випромінювань [5]. У цьому способі збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої люмінесценції твердотільних детекторів іонізуючих випромінювань на основі оксиду алюмінію попередньо опромінений детектор поміщається в світлонепроникний замкнутий об'єм, з подальшою його стимуляцією і реєстрацією інтенсивності виникаючого світіння за допомогою фотоелектронного помножувача, в якому стимуляція здійснюється хімічним джерелом, утвореним атомами водню, що напускаються в замкнутий об'єм на 5-15 с. Цей спосіб береться за прототип. Недоліком способу, описаного в прототипі, є те, що для його реалізації потрібно використання світлопроникного об'єму, оптичних виходів випромінювання, фотоелектронних помножувачів, які без охолодження фотокатода при кімнатних температурах мають високий рівень власних шумів, що обмежує чутливість даного способу для низьких доз опромінення. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої емісії, який є ефективним при реєстрації низькоенергетичних і малопробежних випромінювань, наприклад випромінювання тритію (максимальна енергія електронів 18 кеВ), α-часток, і в якому застосування нового прийому дозволить збільшити чутливість і лінійність відгуку в широкому діапазоні доз (від 10 нГр до 10-100 Гр) [6, 7]. Для вирішення поставленої задачі в способі збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої емісії, попередньо опромінений твердотільний детектор іонізуючих випромінювань на основі оксиду алюмінію поміщають в замкнутий об'єм і здійснюють подальшу його стимуляцію потоком атомів водню, які напускають в замкнутий об'єм на 5-15 с, відповідно до корисної моделі, попередньо опромінений твердотільний детектор поміщають в замкнутий 1 UA 122437 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 об'єм, що відкачується, і при його стимуляції реєструють інтенсивність емісії випускання електронів за допомогою вторинно-електронного помножувача (ВЕП). В основі методу ХСЕ 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, у вигляді електронів на пастках, при повідомленні їм додаткової енергії за допомогою хімічної реакції, що протікає на поверхні детектора після напуску атомів водню (Н), емітуються з поверхні і реєструються ВЕП. Ефект обумовлений електронами на пастках і пов'язаний з передачею енергії реакції рекомбінації атомів Н електронам на пастках, які емітуються з поверхні. При цьому виникає інтенсивність емісії, що збуджується потоком атомів Н, пропорційна заповненню пасток електронами. Вихід ХСЕ виявляється пропорційним до поглиненої дози випромінювання. Спосіб пояснюється ілюстраціями, де на фіг. 1 представлена схема установки, на фіг. 2 - графік інтенсивності емісії для опромінених ТЛД-500К в залежності від потоку j1 атомів Н 17 -2 -1 (j1=1·10 см с ), на фіг. 3 представлено градуювальний графік, на фіг. 4 - графік конкретного прикладу використання. Установка для реалізації способу містить закритий реакційний об'єм 1, в якому розміщують попередньо опромінений детектор 2 (фіг. 1). На поверхню детектора направляють потік атомів водню з дисоціатора 3 - джерела хімічної стимуляції. Хемостимульована емісія електронів з поверхні опроміненого детектора реєструється ВЕП. Для практичної реалізації запропонованого способу збудження ХСЕ використовувалися зразки стандартних детекторів ТЛД-500К, розроблені в УДТУ-УПІ для термолюмінесцентної дозиметрії (ТУ 2655-006-02069208-95), циліндричної форми висотою 1 і діаметром 5 мм. ХСЕ детектувалась вторинно-електронним помножувачем типу ВЕП-6М. Джерелом хімічної стимуляції служив дисоціатор молекул Н 2 на атоми Н, що дозволяє 17 -2 -1 отримувати потоки атомів Н на детектор ТЛД-500К рівний 1·10 см с . При такій щільності потоку атомів, як видно з графіка (фіг. 2), час досягнення максимуму інтенсивності емісії становить 2 с, а час зчитування дози обмежується всього 15 с. Градуювальний графік отримують при здійсненні способу при впливі потоків атомів 17 -2 -1 1·10 см с . Спосіб здійснюється в наступному порядку. Раніше опромінений твердотільний детектор іонізуючих випромінювань, виконаний на основі оксиду алюмінію 2, поміщають в замкнутий об'єм 1, що відкачується, перед джерелом стимуляції 3, як показано на фіг. 1. Далі для стимуляції детектора включають потік атомів Н з хімічного джерела, виконаного у вигляді дисоціатора молекул Н2 за рахунок високочастотного поля в джерелі, на 5-15 с. З поверхні твердотільного детектора випускаються електрони внаслідок хімічної реакції. Реєстрація даного процесу відбувається за допомогою вторинно-електронного помножувача (ВЕП). На основі даних, отриманих від детектора з різною поглиненою дозою, будують градуювальний графік залежності інтенсивності хемостимульованої емісії в максимумі від дози опромінення, на підставі якого можна визначити невідому дозу. Приклад конкретного використання. Раніше опромінений твердотільний детектор іонізуючих випромінювань, виконаний на основі оксиду алюмінію, поміщають в замкнутий об'єм, що відкачується, перед джерелом стимуляції, як показано на фіг. 1. Далі для стимуляції детектора включають хімічне джерело. За допомогою цього джерелав замкнутий об'єм напускаються атоми водню Н щільністю потоку 17 -2 -1 j1=1·10 см с на 15 с. Внаслідок хімічної реакції, спостерігається емісія електронів, реєстрація якої здійснюється за допомогою ВЕП. Як показано на фіг. 4, максимум емісії електронів припадає на 2 с, а спад відбувається протягом наступних 3 с. Інтенсивність емісії в максимумі 7 -1 становить 2,4·10 с , то відповідно до градуювального графіка шукана поглинена доза дорівнює 0,17 Гр, що важко було б виміряти в прототипі внаслідок меншої чутливості. Спосіб може бути використаний для підвищення чутливості вимірювань, що забезпечить надійність, точність і достовірність визначення дози іонізуючого випромінювання. Джерела інформації: 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 № 2473925 и 2473926. Способ и устройство для определения поглощенной дозы β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе / И.А. Вайнштейн, Д.М. Спиридонов, А.С. Вохминцев. Заявл. 29.07.2011; опубл. 27.01.2013, бюл. № 3. 2 UA 122437 U 5 10 15 20 3. 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. 4. Патент РФ на изобретение № 2346296. Способ измерения дозы в твердотельных детекторах ионизирующих излучений на основе оксида алюминия, накопленной при повышенной температуре окружающей среды / Е.Н. Литовченко, И.И. Мильман, Е.В. Моисейкин, С.В. Никифоров, И.Г. Ревков, С.В. Соловьев. Заявл. 16.07.2007; опубл. 10.02.2009. 5. Патент України на корисну модель № 113053. Спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої люмінесценції / В.П. Гранкін, Д.В. Гранкін, М.А. Мартиш, С.О. Волощук, К.В. Терзі. Заявл. 22.06.2016; опубл. 10.01.2017, бюл. № 1-4 с. 6. М.С. Аксельрод, И.И. Мильман // Изв. АН СССР. Сер. физ. - 1982. - Т.46. - Ms 12. - С. 2361-2363. 7. Milman І.І., Sjurdo A.I., Kortov V.S. and Lesz Ja. // Radiat. Prot. Dosim. - 1996. - V. 65. - № 1-4. - P. 401-404. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб збудження дозиметричного сигналу хемостимульованої емісії, що включає поміщення в замкнутий об'єм попередньо опроміненого твердотільного детектора іонізуючих випромінювань на основі оксиду алюмінію, і подальшу його стимуляцію потоком атомів водню, які напускають в замкнутий об'єм на 5-15 с, який відрізняється тим, що попередньо опромінений твердотільний детектор поміщають в замкнутий об'єм, що відкачується, і при його стимуляції реєструють інтенсивність емісії випускання електронів за допомогою вторинно-електронного помножувача. 3 UA 122437 U 4 UA 122437 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5