CTLD-1000热释光探测器长期稳定性实验浅析
时间:2019-04-08 阅读:492
CTLD-1000型热释光探测器长期稳定性实验浅析
1、 在各种气候条件下的稳定性 探测器在各种气候下的稳定性是探测器剂量特性的一个重要指标。GB-10264标准未对热释光探测器在各种气候条件下的稳定性做出规定,本实验参照标准对剂量计的要求,对探测器进行长期稳定性性能实验。
a. 温度的影响
准备两组探测器每组10个,辐照第2组探测器。使已知的剂量约定真值(C)约为10mGy。
将探测器放在温度50±2℃、相对湿度65%的条件下贮存30天 。取出后以相同剂量约定真值辐照第1组,将两组探测器在标准条件下放置24小时后读出。测出每个探测器的读出值(rij),
并计算每组探测器的平均读出值(i)及其置信区间(Ii)。应有:
0.8≤±I≤1.20
式中,I为两平均值比的置信区间,其计算方法为:
I=
式中,为第1组探测器的平均读出值;第2组探测器的平均读出值;I1、I2为第1、2组探测器平均值置信区间半宽度,对于n次测量中平均值置信区间半宽度为:
I=·s/
式中,s是该组探测器的标准偏差;为学生分布因子,测量次数n为10时,则
表15给出了几种探测器受温度影响的实验结果。
表15、热释光探测器温度影响性能实验结果
名 称 | 型 号 | 规格 (mm) | -I | +I |
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | 4×4×0.8 | 1.028 | 1.114 |
|
| Φ4.5×0.8 | 1.066 | 1.069 |
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 4×4×0.8 | 0.995 | 1.001 |
|
| Φ4.5×0.8 | 0.927 | 1.35 |
6LiF:Mg,Ti | CTLD-600 | 4×4×0.8 | 0.998 | 1.138 |
7LiF:Mg,Ti | CTLD-700 | Φ4.5×0.8 | 0.999 | 1.139 |
CaSO4:Dy(Teflon) | CTLD-10T | Φ4.5×0.7 | 0.947 | 1.153 |
LiF:Mg,Cu,P | CTLD-1000AR | 4×4×0.8 | 1.017 | 1.099 |
|
| Φ4.5×0.8 | 0.955 | 1.067 |
| CTLD-1000GR | Φ4.5×0.8 | 0.949 | 1.188 |
6LiF:Mg,Cu,P | CTLD-6000AR | Φ4.5×0.8 | 0.995 | 1.170 |
7LiF:Mg,Cu,P | CTLD-7000AR | Φ4.5×0.8 | 0.916 | 1.078 |
表中结果表明,CTLD LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Cu,P和CaSO4:Dy(Teflon)热释光探测器温度性能满足标准的要求。
b. 湿度的影响
实验条件同温度实验,标准要求剂量计在温度20±2℃、相对湿度90%的条件下贮存30天。本实验将探测器放在温度20℃、相对湿度大于90%的条件(装有水的干燥瓶)下贮存30天。应有:
0.8≤±I≤1.20
表16给出了探测器受湿度影响的实验结果。
表16、热释光探测器湿度影响性能实验结果
名 称 | 型 号 | 规格 (mm) | -I | +I |
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | 4×4×0.8 | 0.94 | 1.03 |
|
| Φ4.5×0.8 | 0.63 | 0.86 |
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 4×4×0.8 | 0.89 | 0.98 |
|
| Φ4.5×0.8 | 0.94 | 1.19 |
6LiF:Mg,Ti | CTLD-600 | 4×4×0.8 | 0.96 | 1.04 |
7LiF:Mg,Ti | CTLD-700 | Φ4.5×0.8 | 0.98 | 1.10 |
CaSO4:Dy(Teflon) | CTLD-10T | Φ4.5×0.7 | 0.92 | 1.10 |
LiF:Mg,Cu,P | CTLD-1000AR | 4×4×0.8 | 1.94 | 1.05 |
|
| Φ4.5×0.8 | 0.93 | 1.01 |
| CTLD-1000GR | Φ4.5×0.8 | 0.91 | 1.15 |
6LiF:Mg,Cu,P | CTLD-6000AR | Φ4.5×0.8 | 0.86 | 0.91 |
7LiF:Mg,Cu,P | CTLD-7000AR | Φ4.5×0.8 | 0.90 | 1.07 |
结果表明:除CTLD LiF:Mg,Ti Φ4.5×0.8mm探测器的结果不符合标准外,其余探测器的性能均满足标准的要求。LiF:Mg,Ti圆片制备工艺还有待于进一步改进。
c. 长期稳定性
本实验对LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M和LiF:Mg,Cu,P热释光探测器进行了长期稳定性实验。
实验将探测器分为若干组,每组10个探测器,辐照后在不同时间测量,测量间隔时间为30天,辐照的剂量约定真值为10mGy。
表17给出了几种探测器的长期稳定性实验结果
表17、热释光探测器长期稳定性实验结果
名 称 | 型 号 | 相 对 值 | ||
30d | 60d | 90d | ||
LiF:Mg,Cu,P | CTLD-1000 | 1.021 | 0.951 | 0.939 |
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | 0.924 |
|
|
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 0.939 |
|
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辐照后TL信号衰减(衰退)是热释光探测器固有的现象。一般来讲,TL信号衰退的快慢(速率)和发光峰温度有关。温度低的发光峰(低温峰)其TL信号就衰退的快一些;温度较高的发光峰,由于其电子陷阱较深,TL信号衰退的慢一些。由于不同热崐释光探测器的陷阱结构的差别,其衰退速率有所不同。除和以上因素有关外,热释光探测器的衰退速率还和其制备工艺、环境温度,光照、测量参数等因素有关。对于长期使用的热释光探测器,应考虑低温峰衰退的影响,本实验室正在开展这方面的研究。初步研究结果表明:LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M和LiF:Mg,Cu,P的衰退现象和低温峰有关。
2.一批的均匀性 一批的均匀性是检验探测器的质量的一个重要指标。
标准要求将一批(50个)中的全部探测器准备以相同的剂量辐照并读出,辐照的剂量约定真值(C)为一恰当探测阈限值的 10 倍。该探测阈限值的取值见表18。
表18、探测阈限值
H 值 | 系统种类 |
0.05 mGy | P(7mg.cm-2) |
0.1 mGy | P(1000mg.cm-2) |
10 μGy | E(ALL)(7d) |
30 μGy | E(ALL)(30d) |
求出每一种探测器评定值(Ei),并取出其中的大值(Emax)和小值(Emin),本实验采用探测器读出值(ri)进行数据处理。应有:
表19给出了几种热释光探测器一批均匀性的实验结果。
表19、热释光探测器一批均匀性实验结果
名 称 | 型 号 | 大值 (rmax) | 小值 (rmin) | |
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | 2226 | 2005 | 11.0 |
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 7684 | 7283 | 5.5 |
LiF:Mg,Cu,P | CTLD-1000 | 20337 | 18126 | 12.2 |
表中CTLD LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M和LiF:Mg,Cu,P热释光探测器一批的均匀性结果分别为11.0、5.5和12.2,满足标准的要求。
图14、15、16给出了CTLDLiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M和LiF:Mg,Cu,P 热释光探测崐器读出值单变量直方图。
图14、LiF:Mg,Ti热释光探测器读出值单变量直方图
图15、LiF:Mg,Ti-M热释光探测器读出值单变量直方图
图16、LiF:Mg,Cu,P热释光探测器读出值单变量直方图憖
图中横座标为探测器读出值,纵座标为频度值。从图中可以看出一组探测器读数值的分布情况。探测器一批的均匀性结果反映出探测器读数值的一致性,其性能的好坏对测量精度有直接影响。在实际使用时,可通过筛选来控制探测器一批的均匀性能。
2.2.10 无向性 GB-10264未给出对探测器的无向性性能检测规则,本实验参照对剂量计的无向性(对光子)检测规则进行实验。
取4组探测器,在自由空气中辐照。射线能量为60±5keV;辐照的剂量约定真值(C)为10mGy。4组探测器的辐射入射方向为:第1组正常方向入射;第2、3、4组分别偏离正常方向20°、40°和60°入射。在每个入射方位上,辐照的剂量为剂量约定真值的1/4。每一入射角的四个入射方位使射线以规定角度分别从探测器的上、下方(此二方位同在一个平面上)和左、右方(此二方位同在一个平面上,该平面垂直于上、下方为平面)入射。
为了改变入射角,实验将探测器放置在角度旋转器上进行辐照,探测器的中心崐垂直于角度旋转器水平面中心。
标准要求给出每个探测器的剂量评定值(E ij)和每组探测器的平均剂量评定值(Ei)。
本实验给出每个探测器的读出值(r ij),计算每组探测器的平均读出值(ri)及其置信区间
(I i)。根据标准要求个人剂量计的无向性应满足:
式中,I 为 计算值的置信区间。该计算值为一合成量,其置信区间为:
I=
式中,Ii为每组探测器平均值的置信区间。n=10时,
表20给出了CTLD系列热释光探测器无向性的实验结果。
表20 CTLD热释光探测器无向性实验结果
名称 | 型号 | 规格 (mm) |
|
|
LiF:Mg,Ti | CTLD-100 | Φ4.5×0.8 | 1.00 | 1.02 |
LiF:Mg,Ti-M | CTLD-100M | 4×4×0.8 | 1.00 | 1.04 |
| CTLD-100M | Φ4.5×0.8 | 0.97 | 1.03 |
LiF:Mg,Cu,P | CTLD-1000 | Φ4.5×0.8 | 0.99 | 1.02 |
CaSO4:Dy(Teflon) | CTLD-10T | Φ5×0.7 | 1.01 | 1.07 |
表中结果表明,CTLD LiF:Mg,Ti、 LiF:Mg,Ti-M、 LiF:Mg,Cu,P和CaSO4:Dy(Teflon)热释光探测器的无向性性能满足标准的要求。