20世纪中期光释光(OSL)^[1]技术首次被提出，并成功应用于地质和考古测年^[2]。随着OSL材料和技术研究的不断深入^[3-6], OSL剂量测量系统正式投入商用。21世纪初期，OSL技术正逐步取代传统的热释光(TL) ^[7]广泛应用于个人剂量、环境剂量、医学剂量、中子剂量、事故剂量、考古学等诸多领域。随着第三代剂量测量技术(OSL技术)的进一步推广，OSL技术相对第一代(胶片技术)、第二代(TL技术)剂量测量技术表现出更多的优势如全光学无需加热、灵敏度高、读出速度快、可复读、动态线性范围宽等。

近年来, 用于电离辐射剂量监测的光致荧光技术日趋成熟, 而α-Al₂O₃:C作为光致荧光材料其灵敏度是作为热释光材料的2~4倍^[8], 可以很容易地测量出1μSv的剂量^[9](相当于在自然本底中照射10 h), 剂量响应在5 μGy~100 Gy之间为线性关系^[10]。α-Al₂O₃:C作为光致荧光材料, 其荧光强度与激发光波长和激发时的温度相关, 在激发光波长为475 nm, 温度为400 K时有一峰值^{[8, 10-11]}，而这一峰值能很好的被探测到。也因为α-Al₂O₃:C剂量片这些优良的特性导致光致荧光测量装置比热释光测量装置变得简单很多，而且有很多其他优势。本文就是基于α-Al₂O₃:C的材料特性和使用的重要性，实验测试了α-Al₂O₃:C剂量片和荧光光子的计数关系以供参考。

1 材料与方法 1.1 材料

激发光源为滨松TSFF 5210的37个870 nm的红外光LED灯(功率250 mW)；滤光片为shcott BG3和shcott BG39其透过波长分别为300~610 nm和250~500 nm左右；探测荧光的为滨松的CH345的光子计数探测器其光谱响应范围为300~650 nm，峰值波长为420 nm，并且配有一个滨松型号为CH297的光子计数模块；对剂量片进行照射的仪器为丹麦的Ris-DA20，1.48 Gbq(40 mCi)⁹⁰Sr/⁹⁰Yβ源, 发射β粒子最大能量为2.27 Mev，在样品位置的剂量片受到的剂量率约为0.1 Gy/s；α-Al₂O₃:C荧光材料选取的是常用于个人剂量计中作为剂量承载者的剂量片，5 mm直径的圆形压片。

1.2 方法

实验中主要基于的OSL原理如图 1。①光致荧光材料被辐照后, 价带中的电子被激发到导带, 然后被禁带中陷阱能级俘获, 将辐射剂量信息储存起来; 当材料受到一定波长的红外光照射激发, 陷阱中的电子跃迁到导带; 电子与禁带中的发光中心复合, 发出一定波长范围的荧光光子, 发光量的大小与辐射剂量成正比。这种光致荧光材料本身具有高灵敏度和宽的动态范围(最低可测 < 100 μGy和至少7个数量级)；②可根据不同的剂量测量范围, 选择合适的激发光源和记录荧光的光传感器以及合适信号处理系统, 能够制成用于测量不同剂量范围的剂量计^[12]。

首先使用丹麦的Ris-DA20仪器对8个α-Al₂O₃:C剂量片进行5、10、50、100、200、400、600、800 s的照射，并按顺序编号为1~8。先将1号剂量片放在固定位置如图 2所示，先不开启LED灯，只开启光电倍增光和计数器及计算器进行一次1号剂量片本底测量，计数器设置总时间为60 s，计数器的门控时间为1000 ms，也就是每一秒计一个数；接着将光电倍增管关闭5′，将LED灯的电流通过直流电源调到1.7 A，此时激发光的光强度较好，因此直流电源保持这个电流输出，再重新开启光电倍增管，同时接通LED灯进行激发。重复以上操作将剩下的2~8号源做一遍，记录数据。

因为激发光的波长为870 nm，而shcott BG3和shcott BG39两种滤光片叠加起来的透过波长为300~500 nm，因此通过滤光片到达光电倍增管的光基本上都是从剂量片上产生的波长在425nm左右的荧光。这样就可以得到剂量片沉积剂量和荧光光子数的相互关系。

2 结果

分别将辐照后的剂量片标记成1~8号的编号，通过以上的实验方法进行了分步的测量，测量分为辐照后剂量片不开启激发光测量即本底计数和开启激发光后的激发后计数，测量过程中每次测量时间均为60 s，计数器的门控时间均为1s，即每秒测量一个计数，通过60 s后测量求得一个平均值做为计数值，测量具体数值如下表所示。

对表 1中的本底计数的处理，本底计数的均值随着照射时间的增加(即剂量的增加)也出现了明显的增加，原因有两点，①随着源照射的剂量加大后剂量片的深势井饱和后剂量会沉积在浅势井，由于其自身存在自激发发过程，所以随着剂量的增加，剂量片本底的计数也会增加。②实验使用的是单光子计数器，而且光电倍增管的脉宽为ns级别的，所以探测灵敏度较高。以上两个原因导致了本底计数的明显增加，但是可以看出它对激发后计数的影响几乎很小。这样可以得出一个辐照剂量和计数的关系，可以作为剂量片剂量与本底的一个大致关系，再做一个线性拟合曲线，见图 3。

如上图所示得到了一个拟合后的线性相关的方程，利用Oringin模拟得到了线性直线的方程为Y=-497+129.9*X，可以看出本底剂量和计数的线性关系相对不错。

剂量片剂量与激发后的计数也有一个相对较好的线性方程Y=114601.9+91436*X，可以看出来剂量片和激发后计数也有一个线性关系。见图 4。

3 结论

以α-Al₂O₃:C作为光致荧光材料做一些剂量沉积的测量实验时，因其沉积在剂量片上的能量在经过光照后激发出来的能量与之前沉积的能量可以有一个相对较好的线性关系，这样非常利于我们逆推沉积剂量的多少，只要知道每次光激发打出的计数与沉积剂量的线性关系，就能很好的完成这件事。并且利用其以上的线性特性不仅可以很好的得出所需要测量的沉积剂量，这个特性也可以用来作为一种新型探测器的基本原理，研发一种全新的剂量探测器，就基于光致发光和剂量沉积与光子计数的线性关系。同样因为新型仪器完全的光学特性，预期可以将其应用到医用加速器^[13]上用来测量加速器周围的脉冲级别的γ辐射会一个比较好的结果。