热释光剂量计具有能量响应好, 灵敏度高等优点而被广泛应用于辐射监测的各个领域, 尤其是在个人剂量监测方面已经相当^[1]。。目前, 用于个人剂量测量的热释光探测器有许多种, 其中LiF热释光材料几乎是“固体剂量学”的同义词, 具有组织等效性好、灵敏度高等优良的剂量学特性。LiF(Mg, Ti)是较早开发研制的热释光产品元件, 国内应用时对其进行了敏化处理形成LiF(Mg, Ti)-M系列, 20世纪80年代LiF(Mg, Cu, P)探测器在我国问世, 具有特别高的灵敏度, 理想的信噪比。为此我们选择具有代表性的三种LiF热释光探测器就作为个人剂量计进行了性能试验的比较。

1 材料和仪器

① LiF(Mg, Ti)探测器选用美国harshaw公司生产的TLD- 100小方片, 规格为3m×3m×0.9mm。LiF(Mg, Ti)-M探测器选用防化研究院生产的GR-100M, 规格为4m×4m×0.8mm, LiF(Mg, Cu, P)元件选用中国辐射防护研究院生产的LiF-GS玻璃管元件, 规格为直径2.0mm长12mm。实验采用北京核仪器厂生产的FJ-427A微机热释光剂量仪和FJ-411退火炉。

2 实验结果 2.1 热释光发光曲线

热释光发光曲线的形状与热释光的测量参数、退火条件和射线的种类等许多因素有关, 不同类型的热释光探测器具有不同的热释光发光曲线, 即使同一种热释光探测器, 其发光曲线也将因制备工艺的差别而不同。下面是几种热释光探测器的发光曲线, 见图 1。

LiF(Mg, Ti)热释光探测器具有四个发光峰, 其峰值温度分别为120℃、160℃、186℃、210℃。峰4为主剂量峰; LiF(Mg, Ti)-M热释光探测器具有三个发光峰, 其峰温分别为135℃、180℃、226℃, 峰3为主剂量峰; LiF(Mg, Cu, P)热释光探测器具有三个发光峰, 峰温温度分别为135℃, 175℃, 220℃, 峰3为主剂量峰。三种探测器的主剂量峰都在220℃左右, 不易受环境温度和热辐射的影响。

2.2 探测阈

各种探测器分别取10片, 退火后立即读出TL₁值, 采用下式计算平均读数值及其标准差(S_X)的剂量评定值(S)^[2]:

(1)

(2)

(3)

式中:Fe-剂量评定因数; C-剂量评定探测器辐照的剂量约定值; -剂量评定探测器的平均读数值; ; -剂量评定探测器的平均本底读数值; S_X-标准偏差; S-标准偏差的剂量评定值; t_n-为具有n自由度的学生分布因数(n为探测器数目); H-为探测器最大允许限。

表中列出了三种热释光探测器的阈值:

表 1显示三种探测器的探测阈都达到了国家标准规定的个人辐射监测的要求, 其中LiF(Mg, Cu, P)探测器的探测阈达10_-7数量级。

2.3 重复性

将各种探测器各取10片为一组按个人剂量探测器的要求, 在相同的条件下分别照射10mGy, 然后退火、照射和读出, 重复10次, 然后求出第i次照射时第j个探测器的评定值(E_ij), 对于每次照射, 计算出每个探测器测平均读数值(r_i)及标准偏差(S_i)。对于10次照射, 计算每一个探测器的平均读出值(r_I)及标准偏差(S_j)。应满足下式^[3]:

(4)

(5)

式中:I_i, I_j为S_j的置信区间半宽度, 取I=0.53。见表 2。从表 2中可以看出几种探测器均小于国家标准规定的7.5的要求。

3.4 稳定性

将各种探测器各取100片经退火处理后留一半作本底测量用, 另一半在相同条件下照射。每隔1个月测读5个本底片和5个照射片, 连续观察各种探测器对辐照的相对变化。从表中可以看出LiF(:Mg, Cu, P)探测器的长期稳定性好好于LiF(:Mg, Ti)和LiF(:Mg, Ti)-M的结果。

3 讨论

(1) LiF热释光探测器的组织等效性好, 使用比较方便。我们对常见的三种热释光探测器进行了4种剂量学性能比较实验。研究结果表明, 三种热释光探测器均能达到国家标准的要求。但是有些产品的性能还有待进一步改善。

(2) 热释光探测器的性能与使用方法, 与读数器及整个测量系统相联系, 采用正确的操作程序, 严格按各种探测器产品相应参数控制热处理是非常重要的。