Зависимость 1п /٧₂ от 1/Т можно получить экспериментально. Для этого необходимо при различных температурах хранения лю­минофора определить время, в течение которого число электронов, запасенных в ловушках, уменьшается в 2 раза. Для этого надо измерять светосумму термолюминесценции через разное время хранения люминофора при заданной температуре; затем всю про­цедуру повторить при другой температуре хранения, и так до тех пор, пока не получится достаточно данных для построения иско­мой зависимости. При этом имеется в виду, что светосумма тер­молюминесценции пропорциональна числу электронов в ло­вушках.

Если экспериментальные точки ложатся на прямую, это по­зволяет судить о кинетике процесса. Наклон прямой дает оценку величины е, а экстраполированное значение при 1/7٦=0 — пара­метра V.

§ 49. Люминесцентные дозиметры

Для практического применения в целях дозиметрии предложе­но около десяти различных фосфоров. Каждый из них имеет свои особенности, и применимость их в качестве ТЛД определяется выполнением следующих основных требований: чувствительность фосфора только к ионизирующему излучению; высокий выход лю­минесценции; линейная зависимость выхода люминесценции от дозы в возможно более широком интервале дозы; отсутствие за­тухания люминесценции (глубокие ловушки) в широком диапазоне температуры; малая зависимость чувствительности от мощности дозы и энергии ионизирующего излучения; подходящий спектр люминесценции; дешевизна и возможность массового производ­

ства.

Ниже описаны наиболее распространенные или перспективные термолюминесцентные материалы.

Фтористый кальций CaF₂. В ТЛД могут быть применены как природные соединения фтористого кальция, так и синтетические монокристаллы CaF₂. Природный CaF₂ проявляет сильную радио­термолюминесценцию, однако основные параметры изменяются от образца к образцу. Кривые высвечивания имеют несколько мак­симумов; три главных находятся в интервалах температуры 70— 100, 150—190 и 250—300 ٥С.

Кривая высвечивания ТЛД на основе природного، CaF₂ имеет пять максимумов с наибольшей высотой при 260 ٥С. Показания линейны в пределах дозы от нескольких миллирентген до более чем 5000 Р с погрешностью ±2%. Измерение дозы производится по высоте четвертого пика, который достаточно стабилен.

Широкое распространение получают ТЛД на основе синтети­ческого، CaF₂, активированного марганцем. Кривая высвечивания у этих дозиметров имеет только один максимум, обычно при тем­пературе ٢о = 26О٥С. Спектр термолюминесценции охватывает об­ласть от 450 до 600 нм с максимумом при 500 нм. Эти кристаллы

155

обладают малым затуханием люминесценции, так как имеют до­статочно глубокие ловушки. Они теряют не более 10% запасенной энергии в течение первых 16 ч хранения; затем затухание состав­ляет не более 1 % в сутки. Чувствительность не зависит от мощ­ности дозы по крайней мере до 7000 Р/мин.

Фтористый литий LiF. Этот тип фосфора имеет различные ха­рактеристики термолюминесценции в зависимости от природы и способа приготовления. Спектр термолюминесценции находится в пределах от 380 до 550 нм с максимумом около 400 нм.

Нижний предел измерения экспозиционной дозы порядка 1— 10 Р. Световыход линейно зависит от дозы примерно до 700 Р, затем становится пропорциональным D¹’² примерно до значения 3٠ 10⁴ Р, после чего наступает эффект насыщения. Верхний предел, определяемый насыщением,— порядка 10⁵ Р. Такое необычное поведение фосфора ؛может быть вызвано побочными эффектами, например триболюминесценцией. По отношению к мощности дозы чувствительность остается постоянной, по крайней мере до зна­чений порядка 10³ Р/с.

Затухание люминесценции составляет не более 5% после хра­нения в течение 48 ч при температуре ниже 50 ٥С; считается, что дозиметр LiF можно использовать при температуре окружающей среды от 0 до 60 ٥С.

Сульфат кальция, активированный марганцем, CaSo٢>Mn. Этот тип фосфора имеет простую кривую высвечивания с одним максимумом при 80—100 ٥С. Фосфор может быть приготовлен в двух видах: либо в виде спрессованного порошка, либо в виде мо­нокристалла. Способ приготовления влияет на значение пиковой температуры Т_т- Так, монокристалл имеет значение Т_т около 80 ٥С, а порошок — около 100 ٥С. Кроме того, монокристалл име< ет очень небольшой пик около 235 ٥С. Спектр термолюминесцен­ции находится в пределах 400—590 нм с максимумом вблизи 500 нм.

Нижний предел измерения определяется десятками микрорент- ген, верхний предел — около 10⁴ Р. Низкая глубина ловушек при- водит к заметной зависимости чувствительности дозиметра от мощности дозы. Характер этой зависимости определяется форму- лой (47.4). На рис. 49 показаны результаты измерения дозовой чувствительности от времени облучения для двух значений мощ- ности дозы. В условиях этих опытов постоянная а, входящая в

формулу (47.4), равна 3,5• 10^-5 Р^-1

3 мкР/с—134 Р/с.

в диапазоне мощности дозы

Сульфат кальция, активированный самарием, Са8О₄-٠8т. Кривая высвечивания обычно .имеет три максимума, причем сред- ний пик очень слабый, а последний содержит 70—90% всей све- тосуммы. Расположение пиков соответствует длинам волн 560, 595 и 620؛ нм. Максимальный пик соответствует очень глубоким ловушкам (7٦о=4ОО٥С), что делает дозиметр устойчивым к вы- соким температурам. Однако без специальной обработки люми- несценция заметно затухает в первоначальный момент. Чтобы из-

156

бежать этого, необходимо перед измерением дозиметр прогреть.

Пропорциональность световыхода наблюдается лишь при не­больших значениях экспозиционной дозы (до 100 Р). Выше этого значения световыход растет несколько быстрее, чем доза, но за٠ тем наступает обычный эффект насыщения. Разные исследовате­ли указывают различные практические пределы измерения. Во всяком случае дозиметр применим в диапазоне дозы 10—10⁴ Р. Минимальное значение дозы, которое указывается отдельными ис­следователями, составляет 0,1 Р.

Наибольшее распространение в качестве чувствительных эле­ментов термолюминесцентных дозиметров получили люминофоры 1ЛР, Са٢2—Мп и термолюминесцентные стекла.

Разработанные в СССР термолюминесцентные дозиметры на основе алюмофосфатных стекол (метод ИКС) имеют практические пределы измеряемой дозы 2٠10~⁴—10² Гр. Энергетическая зависи­мость чувствительности дозиметров ИКС с ко١мпенсирующими фильтрами составляет 20؛% для энергий фотонов выше 35 кэВ.

Разработки в области применения ТЛД направлены на повы­шение чувствительности, снижение ее энергетической зависимости, уменьшение фединга, автоматизацию процесса измерения. Иссле­дования показывают применимость ТЛД для измерения дозы до 10^-5 Гр. Фединг, определяемый потерей дозиметрической инфор­мации за 1 мес при комнатной температуре лучшими дозиметра­ми на основе ЫР, укладывается в пределы до 1%, а на основе СаЗО₄ — до 10%. Для ИКС фединг в течение месяца не обнару­живается. Один из способов уменьшения фединга — специальная температурная обработка дозиметра, снимающая второстепенные пики в спектре люминесценции. На фединг влияет также техно­логия изготовления люминофора.

Фотолюминесцентные дозиметры обычно применяют в виде лю- минесцирующих стекол. Их дозиметрические свойства характери­зуются следующими показателями: нижний предел измерения 0,5 мГр, энергетическая зависимость чувствительности относитель­но тканеэквивалентного материала до٠ 10%, область энергий фо­тонного излучения (с компенсирующим фильтром) 40 кэВ — 3 МэВ, фединг примерно 1% за месяц.

В дозиметрии могут быть использованы также детекторы, ос­нованные на явлении экзоэлектронной эмиссии. Кинетика процес­са в экзоэлектронных детекторах схожа с кинетикой процесса в ТЛД. Электроны, попавшие под действ.ием ионизирующего излу­чения в зону проводимости, затем захватываются локальными уровнями в запрещенной зоне (см. рис. 44). При дополнительном возбуждении электроны покидают ловушки и попадают снова в зону проводимости. Другими словами, они оказываются свобод­ными с разрешенными значениями энергии, определяемыми шири­ной зоны проводимости. В этом состоянии часть электронов мо­жет обладать энергией, достаточной, чтобы покинуть кристалл. Число вышедших наружу электронов пропорционально числу

157

электронов, первоначально захваченных ловушками, т٠ е. пропор­ционально поглощенной в кристалле энергии.

Вышедшие наружу кристалла электроны (так называемые эк­зоэлектроны) обладают малой энергией (до 10 эВ), что наклады­вает определенные ограничения на возможность их регистрации. При использовании газоразрядных счетчиков для регистрации эк­зоэлектронов необходимо детектор помещать непосредственно в чувствительный объем счетчика; для этой цели могут быть также применены электронные умножители.

Эмиссия электронов может быть вызвана или термической, или оптической стимуляцией. Наиболее ١перспект٢вным.и представ­ляются дозиметры на основе термостимулированной экзоэлектрон- ной эмиссии.

В заключение укажем на возможность использования в дози^ метрии так называемой лиолюминесценции—люминесценции, на­блюдающейся в момент растворения некоторых твердых органи­ческих соединений. Полностью механизм лиолюминесценции еще не изучен. Причина ее, однако, установлена: в органических со­единениях, находящихся в твердом состоянии, под действием излучения возникают химически активные свободные радикалы, которые взаимодействуют между собой и с окружающими моле­кулами в момент растворения облученного вещества. Результатом этого взаимодействия является люминесценция, выход которой связан с дозой излучения. Лиолюминесценция органических ве­ществ используется в дозиметрии при аварийном облучении

ГЛАВА 8

ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ И ХИМИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ ДОЗИМЕТРИИ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ