Способ термоподготовки к экспозиции термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия

Авторы патента:

G01T1/11 - термолюминесцентные дозиметры

Владельцы патента RU 2526235:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к измерению высоких доз поглощенного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ термоподготовки к экспозиции термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия включает термообработку, при этом после считывания высокодозной (более 2 Гр) дозиметрической информации термолюминесцентный детектор подвергают термообработке при температуре 900÷1000°C в течение 1-3 часов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение характеризует способ термоподготовки к экспозиции термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия. Подготовленный детектор может быть использован для измерения высоких доз поглощенного излучения, находящихся, в частности, в пределах, от 2 до 30 кГр, используемых в радиационных технологиях, а также на атомных станциях, при радиационных испытаниях материалов, в аварийных ситуациях на предприятиях атомной промышленности.

Известен способ отжига детектора типа ТЛД-500К на основе оксида алюминия для снятия запасающего действия дневного света, содержащий нагрев детектора в кварцевой ампуле до 800°С на воздухе, выдержку в течение 15 мин и естественное охлаждение до комнатной температуры [Технические условия ТУ2655-006-02069208-95, пп.5.1 и 4.9.3.2]. При неконтролируемом воздействии дневного света на детектор перед его использованием происходит переселение носителей заряда с энергетически глубоких ловушек на центры захвата, ответственные за основной дозиметрический пик термостимулированной люминесценции (ТЛ) детектора. Это неконтролируемо увеличивает измеренный детектором полезный сигнал после его облучения, что снижает точность определения поглощенной дозы. Рассматриваемый способ обеспечивает освобождение центров захвата дозиметрического пика ТЛ от неконтролируемого переноса носителей заряда, повышая точность измерения поглощенной дозы.

Известный способ предназначен для детекторов на основе оксида алюминия, используемых для индивидуальной дозиметрии персонала АЭС, медицинских учреждений и для радиационного мониторинга окружающей среды и применяется в диапазоне поглощенных доз 10^-6-1 Гр при постоянной чувствительности [п.1.2.6 ТУ2655-006-02069208-95].

Недостатком способа является невозможность обеспечения стабильной чувствительности детектора при его высокодозном облучении.

В патенте РФ 2346296, являющемся прототипом, описан способ измерения дозы ионизирующего излучения, включающий операцию термообработки детектора при 900÷950°C в течение 10-15 мин перед облучением детектора. Способ обеспечивает поддержание стабильной чувствительности детектора в диапазоне доз до 1,7 Гр [фиг.4 к патенту РФ 2346296].

Недостатком прототипа является невозможность обеспечения стабильности чувствительности при высокодозном облучении (более 2 Гр).

Задачей предложенного изобретения является создание способа термоподготовки к экспозиции термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия, обеспечивающего стабильность его чувствительности после высокодозного облучения.

Для решения поставленной задачи предложенный способ термоподготовки к экспозиции термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия, включающий термообработку, отличается тем, что после считывания высокодозной (более 2 Гр) дозиметрической информации термолюминесцентный детектор подвергают термообработке при температуре 900-1000°C в течение 1÷3 часов.

Кроме того, способ термоподготовки к экспозиции термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия отличается тем, что термообработку детектора проводят в вакууме или в воздушной атмосфере.

Технический результат заключается в обеспечении стабильности чувствительности термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия после высокодозного облучения (более 2 Гр).

При облучении термолюминесцентного детектора высокодозным излучением его чувствительность повышается, так как в нем образуются дополнительные центры свечения, вызывающие увеличение интенсивности термолюминесценции, что приводит к завышению реального значения поглощенной детектором дозы. Соответственно возрастает погрешность измерения, уменьшается его точность. Термообработка детектора при температуре 900-1000°C в течение 1-3 часов перед очередным измерением поглощенной дозы устраняет дополнительные центры свечения, обеспечивая сохранение точности измерения и стабильности чувствительности детектора.

Термообработка детектора при температуре менее 900°C и времени нагрева менее одного часа не обеспечивает полное устранение дополнительных центров свечения, и чувствительность детектора не возвращается к исходной стабильной величине. Использование температуры термообработки детектора более 1000°C и времени нагрева более трех часов вызывает отжиг части дефектов, образующих центры люминесценции, что снижает чувствительность детектора.

Термообработка облученного высокой дозой термолюминесцентного детектора возможна как в воздушной атмосфере, так и в вакууме. Использование воздушной атмосферы упрощает способ термообработки. Термообработка в вакууме требует наличия вакуумированного объема, в котором размещается детектор. При вакуумной термообработке снижается вероятность залечивания кислородных вакансий, которые являются центрами люминесценции. Термообработка в вакууме способствует поддержанию постоянной концентрации люминесцирующих дефектов, что обеспечивает стабильность чувствительности детектора.

На фигуре изображены кривые термолюминесценции (ТЛ) детектора, полученные предложенным и известными способами. По вертикальной оси отложена интенсивность ТЛ в относительных единицах (отн.ед.), по горизонтальной - температура (°C). Арабскими цифрами на фигуре обозначены:

1 - исходный уровень интенсивности ТЛ детектора до высокодозного облучения (645 отн.ед., штрихпунктирная линия);

2 - ТЛ пик, полученный без термообработки (максимум 2448,5 отн.ед.);

3 - ТЛ пик, полученный с термообработкой при 650°C в течение 1 часа (максимум 1970,5 отн.ед.);

4 - ТЛ пик, полученный предложенным способом при 980°C в течение 2 часов (максимум 647 отн.ед).

Измерения ТЛ образцов по пунктам 2, 3 и 4 фигуры проведены для детекторов, облученных высокодозным излучением (30 кГр), после нагрева детекторов до 400°C с целью снятия дозиметрической информации и последующего облучения одинаковой тестовой дозой малой величины (8 мГр). Исходный уровень интенсивности ТЛ детектора 145 отн.ед. (по пункту 1 фигуры) определен для образца, который не облучался высокой дозой, а был облучен только тестовой дозой малой величины (8 мГр), после нагрева детектора до 400°C с целью снятия дозиметрической информации.

Термообработка проводилась на воздухе в электропечи. Использовались образцы детекторов ТЛД-500К (ТУ 2655-006-02069208-95), в виде дисков толщиной 1 мм, диаметром 5 мм.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Термоподготовку к последующей экспозиции детектора осуществляют после его высокодозного (доза более 2 Гр) облучения ионизирующим излучением и последующего нагрева до 300-400°C, производимого при измерении поглощенной дозы.

При термоподготовке нагревают детектор до температуры 900-4000°C со скоростью 1-10 град/с и выдерживают при установленной температуре в течение 1-3 часов. Указанную термообработку проводят с использованием электропечи в воздушной атмосфере. После окончания времени выдержки производят естественное охлаждение детектора на воздухе до комнатной температуры. Термообработка может быть проведена в вакууме, для чего детектор помещают на столике в камере вакуумной печи, в которой при откачке обеспечивают разрежение 10^-3-10^-4 Торр, а затем производят нагрев до требуемой температуры. После термообработки детектор охлаждают вместе с печью естественным образом или при охлаждении столика водой.

После термообработки детектора он используется для последующего экспонирования в высокодозных радиационных полях. Поглощенную дозу измеряют термолюминесцентным способом путем нагревания детектора до определенной температуры, например до 300-400°C с заданной скоростью, в частности, выбранной в диапазоне 0,5-5 град/с. Образующийся в процессе нагрева световой поток, несущий дозиметрическую информацию, регистрируется с помощью термолюминесцентного считывателя, включающего, кроме нагревательного элемента, фотоэлектронный умножитель (например, ФЭУ-142), электронный модуль для регистрации и обработки сигнала с ФЭУ и персональный компьютер, управляющий работой считывателя и использующийся также для ведения баз данных дозиметрических измерений.

В таблице приведены режимы и результаты осуществления термоподготовки к экспозиции пяти образцов термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия. Термоподготовка образца №1 осуществлена при значениях температуры и времени, которые меньше нижних граничных значений предложенного способа. Термообработка образцов № 2-4 произведена предложенным способом. Образец №5 обработан при значениях температуры и времени, превышающих верхние граничные значения предложенного способа. Кроме того, в таблице приведено значение исходного уровня интенсивности ТЛ образца №6, не подвергавшегося воздействию высокой дозы, облученного только тестовой дозой малой величины (8 мГр).

Таблица
№	Температура	Время	Интенсивность	Номер, обозначенный
образца	отжига	отжига	пика ТЛ после облучения тестовой дозой	на фигуре
	(°C)	(мин)	(отн.ед.)
1	650	60	1970,5	3
2	900	60	671	-
3	980	120	647	4
4	1000	180	620	-
5	1200	240	605	-
6	Отжиг не проводился		645	1

При проведении термоподготовки термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия предложенным способом (образцы №2÷4) чувствительность подготовленных образцов восстанавливается до уровня исходной чувствительности образца №6 (645 отн.ед.), находясь в диапазоне 613-677 отн.ед. с учетом допустимой погрешности ±5%. Термоподготовка образцов термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия при параметрах, выходящих за пределы параметров предложенного способа (образцы № 1 и 5), ведет к недопустимым изменениям чувствительности детектора (соответственно, 1970,5 и 605 отн.ед.).

1. Способ термоподготовки к экспозиции термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия, включающий термообработку, отличающийся тем, что после считывания высокодозной (более 2 Гр) дозиметрической информации термолюминесцентный детектор подвергают термообработке при температуре 900÷1000°C в течение 1-3 часов.

2. Способ термоподготовки к экспозиции термолюминесцентного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия по п.1, отличающийся тем, что термообработку детектора проводят в вакууме или в воздушной атмосфере.

Изобретение относится к химической промышленности и дозиметрии излучений. Для получения прозрачного тканеэквивалентного детектора излучений на основе Li2B4O7 осуществляют следующие этапы: a) смешивают компоненты исходного реагента детектора, включающие деионизированную воду, борную кислоту H3BO3, примесь Mn и связующий материал двуокись кремния SiO2; b) повышают температуру смеси до 75-85°C, добавляют карбонат лития Li2CO3 и побочную примесь Be2+, которая не уменьшает прозрачность детектора в диапазоне длин волн 320-750 нм; c) осуществляют старение, сушку и предварительный обжиг полученного исходного реагента; d) измельчают, шлифуют и просеивают исходный реагент; e) формуют под давлением; f) спекают сформованные корпуса детектора.

Способ измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия (варианты) // 2513651

Изобретение относится к радиационной физике, а именно к способам измерения поглощенной дозы ионизирующего γ-излучения, или β-излучения, или импульсного потока электронов в термолюминесцентном детекторе на основе анионодефектного монокристалла оксида алюминия.

Способ изготовления чувствительного элемента термолюминесцентного дозиметра // 2504802

Изобретение относится к технологии изготовления термолюминесцентных дозиметров и может быть использовано в исследованиях воздействия радиации на вещества и биологические объекты, а также в аппаратуре дозиметрического контроля.

Способ получения термолюминесцентных материалов // 2502777

Изобретение может быть использовано в дозиметрии слабого ионизирующего излучения, для контроля работы атомных энергетических установок, ускорителей заряженных частиц, рентгеновской аппаратуры.

Термолюминесцентный дозиметрический считыватель // 2486545

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений при текущем и аварийном индивидуальном дозиметрическом контроле. .

Устройство для определения поглощенной дозы -излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе // 2473926

Изобретение относится к радиационной физике, является устройством для определения поглощенной дозы ионизирующего -излучения в термолюминесцентном детекторе и может быть использовано при персональной дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки в различных условиях.

Способ определения поглощенной дозы -излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе // 2473925

Изобретение относится к радиационной физике, является способом оценки накопленной дозы ионизирующего -излучения с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов и может быть использовано при персональной дозиметрии при мониторинге радиационной обстановки в различных условиях.

Способ моделирования повреждающего действия ионизирующего излучения на твердые ткани зуба человека // 2462282

Изобретение относится к медицине, стоматологии, онкологии и радиологии, и может быть использовано для улучшения качества стоматологической помощи пациентам со злокачественными новообразованиями области головы и шеи после проведения лучевой терапии.

Рабочее вещество для термолюминесцентного детектора ионизирующего излучения // 2408900

Изобретение относится к получению рабочего вещества, которое может быть использовано для изготовления термолюминесцентного детектора ионизирующего излучения, использующегося в индивидуальной дозиметрии для определения поглощенных доз персонала; для определения поглощенных доз пациентов при проведении рентгеновской диагностики и терапии; при определении поглощенных доз в поле облучения высокодозовых технологических установок.

Способ измерения дозиметрического термолюминесцентного сигнала, накопленного в твердотельном детекторе ионизирующих излучений на основе оксида алюминия // 2390798

Изобретение относится к способам измерения дозы, накопленной в твердотельных термолюминесцентных детекторах ионизирующих излучений на основе кристаллов и нанокерамики оксида алюминия, и может быть использовано для повышения надежности, точности и достоверности метода, проводимых с его помощью измерений.

Рабочее вещество осл-детектора // 2531044

Изобретение относится к области дозиметрии ионизирующих излучений, а именно к области оптически стимулированной люминесцентной (ОСЛ) дозиметрии, связанной с разработкой и применением рабочих веществ для ОСЛ-детекторов, пригодных для регистрации рентгеновского, гамма- и электронного излучения, а также для регистрации тепловых нейтронов. Сущность изобретения заключается в том, что рабочее вещество ОСЛ-детектора для дозконтроля в смешанных полях ионизирующих излучений, включающее фторид натрия, хлорид или фторид меди, дополнительно содержит фторид лития 6LiF при следующем соотношении компонентов (мол.%): NaF 95,9-98,99 CuCl2/CuF2 0,01-0,1 6LiF 1-4 Технический результат - регистрация рентгеновского, гамма- и электронного излучения, а также регистрация тепловых нейтронов. 3 ил., 2 табл.

Способ термолучевой обработки вещества тл-осл твердотельного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия // 2532506

Изобретение относится к способу обработки рабочих веществ твердотельных детекторов ионизирующих излучений, основанных на явлениях термостимулированной люминесценции (ТЛ) и оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ). Способ термолучевой обработки вещества твердотельного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия включает этапы, на которых осуществляют нагрев материала и облучение его в нагретом состоянии фотонным излучением мощностью 1-10 мВт в диапазоне длин волн 200-220 нм в течение заданного времени, при этом облучение материала в нагретом состоянии фотонным излучением с указанными параметрами проводят в два этапа, сначала при температуре 550-590°C в течение 1-3 минуты, после чего повторяют ее при температуре 370-400°C в течение 4-6 минут. Технический результат - повышение точности, надежности и достоверности регистрации дозиметрических измерений. 1 табл., 8 ил.