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CTLD-1000热释光探测器长期稳定性实验浅析

2019年04月08日 10:09北京瑞辐特辐射测量仪器有限公司点击量:468

                 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

 

 

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。

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