CTLD-250热释光剂量仪系统相对灵敏度的实验

（北京瑞辐特辐射测量仪器有限公司）

 

1、相对灵敏度  相对灵敏度是评价热释光剂量仪系统和热释光探测器的一个重要指标。在实际使用中，通常是在热释光读出器某一工作状态下对探测器进行测量，给出特定条件下的刻度系数表示其灵敏度。这里所说的相对灵敏度是相对TLD-100(LiF:Mg,Ti)探测器而言。

表1、2给出了几种热释光探测器单位面积、重量的相对灵敏度结果。

表1、探测器相对灵敏度实验结果(单位面积)

探测器	型 号	单位面积TL值	相对灵敏度
LiF:Mg,Ti	TLD-100	330	1.00
LiF:Mg,Ti	CTLD-100	408	1.24
LiF:Mg,Ti-M	CTLD-100M	1617	4.90
LiF:Mg,Cu,P	CTLD-1000	13403	40.70
CaSO4:Dy (Teflon)	CTLD-10T	1101	3.34

 

表2 探测器相对灵敏度实验结果(单位重量)

探测器	型  号	单位重量TL值	相对灵敏度
LiF:Mg,Ti	TLD-100	113	1.00
LiF:Mg,Ti	CTLD-100	172	1.52
LiF:Mg,Ti-M	CTLD-100M	635	5.62
LiF:Mg,Cu,P	CTLD-1000	6494	58.00
CaSO4:Dy(Teflon)	CTLD-10T	736	6.53

 

表中CTLD LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M、LiF:Mg,Cu,P和CaSO₄:Dy(Teflon)热释光探测器的单位面积的相对灵敏度分别是TLD-100(美国Harshaw化学公司LiF:Mg,Ti热释光探测器产品)的1.24、4.90、40.70和3.34倍。单位重量的相对灵敏度分别是TLD-100的1.52、5.62、58和6.53倍。单位面积和单位重量结果的差别是由于探测器透明度不同造成的，即热释光探测器的相对灵敏度除和探测器的类型、大小有关外，还和探测器的透明度等因素有关。除此之外，探测器的相对灵敏度还和读出器的光电倍增管、光学系统的光谱响应有关。采用不同光电倍增管和光学系统的读出器其测量结果有所不同，这一因素是造成探测器相对灵敏度差别的主要原因。一般说来，热释光探测器可测剂量下限取决于其灵敏度的高低。灵敏度高的热释光探测器，其可测剂量下限值就小。适当加大探测器(面积)可以提高探测器的相对灵敏度。

2、 探测阈  探测阈是热释光探测器剂量特性的一个重要指标，GB-10264根据系统种类规定了探测器的探测阈值。

实验方法是:取10个探测器，准备后立即读出，给出每个探测器的读出值(r_i)，并计算出平均读出值()及其标准偏差(S₀)的剂量评定值(S)。

采用下式计算:

t_n×S≤H

 

式中，tn: 具有 (n-1) 个自由度的学生分布因数(n为检验中使用的探测器数目)；H: 探测器大允许限(表8)；S: 准偏差的剂量评定值(μGy)。标准偏差的评定值由下式给出:

S ＝ Sx·Fe

式中，Sx 为标准偏差；Fe 为剂量评定因数，Fe＝C/(r_i －r₀)，C 为剂量评定片辐照的剂量约定真值，r_i为剂量评定片的平均读出值，r₀为剂量评定本底片的平均读出值。

表3 探测阈限值

系统种类	H 值
P(7mg.cm-2)	0.5mGy
P(1000mg.cm-2)	0.1mGy
E(ALL)(7d)	10μGy
E(ALL)(30d)	30μGy

 

表4给出了几种热释光探测器的探测阈结果。

表4 CTLD系列探测器探测阈结果

名  称	型  号	规格(mm)	探测阈(mGy)
LiF:Mg,Ti	CTLD-100	3.0×3.0×1.0	4.45×10-2
LiF:Mg,Ti-M	CTLD-100M	3.0×3.0×1.0	1.64×10-2
LiF:Mg,Cu,P	CTLD-1000	Φ4.5×0.8	3.64×10-5
CaSO4:Dy(Teflon)	CTLD-10F	Φ5.0×0.8	9.10×10-4

表中结果表明：CTLD  LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M、LiF:Mg,Cu,P 和 CaSO₄:Dy(Teflon)热释光探测器的探测阈性能满足GB10264的要求。

LiF:Mg,Ti探测器经剂量敏化紫外退火后，其探测阈值约降低1/3。

热释光探测器的探测阈值和探测器的灵敏度有关。提高探测器的灵敏度，可降低探测器的探测阈值。适当加大探测器的厚度和面积，可以提高探测器的灵敏度，从而降低探测器的探测阈值。

3、 剂量响应  剂量响应是热释光探测器的一个重要参数，GB-10264要求作为必要参数给出，并根据系统的种类规定了探测器的辐照剂量约定真值。对个人剂量计P(ALL)辐照的剂量约定真值为10^-4、10^-3、10^-2、10^-1、1Gy；对环境剂量计E(ALL)辐照的剂量约定真值为3×10^-2、10^-1、1、10、10²mGy。在满足标准要求探测器辐照的剂量约定真值的条件下，本实验将探测器辐照的剂量约定真值的崐上限增加到10Gy，其辐照的剂量约定真值为：10^-5、10^-4、10^-3、5×10^-3、10^-2、5×10^-2、10^-1、1、5、10Gy。

采用一种活度的放射源辐照尚不能满足本实验所要求辐照的剂量约定真值，故崐采用不同活度的⁶⁰Co辐照装置照射。为了保证剂量的准确性，本实验采用NPL-2560次级标准剂量仪测量辐照装置照射位置处的照射量率。

 图7给出了LiF:Mg,Cu,P探测器平均读出值(ri)与辐照剂量约定真值(Ci)的关系曲线。

 

     CTLD-1000 LiF:Mg,Cu,P热释光探测器剂量响应关系曲线

 

表5给出了几种CTLD系列热释光探测器线性度的实验结果。

表5  探测器线性度实验结果

名 称	型 号	规 格	相关系数
LiF:Mg,Ti	CTLD-100	4×4×0.8	0.999
	CTLD-100	Φ4.5×0.8	0.985
LiF:Mg,Ti-M	CTLD-100M	4×4×0.8	0.999
	CTLD-100M	Φ4.5×0.8	0.999
6LiF:Mg,Ti	CTLD-600	3×3×0.8	0.999
7LiF:Mg,Ti	CTLD-700	5×5×0.8	0.999
CaSO4:Dy(Teflon)	CTLD-10T	Φ5×0.7	0.996
LiF:Mg,Cu,P(AR)	CTLD-1000	4×4×0.8	0.999
LiF:Mg,Cu,P(GR)	CTLD-1000	Φ4.5×0.8	0.999
6LiF:Mg,Cu,P	CTLD-6000	Φ4.5×0.8	0.999
7LiF:Mg,Cu,p	CTLD-7000	Φ4.5×0.8	0.999

以上结果表明，CTLD LiF:Mg,Ti、LiF:Mg,Ti-M、LiF:Mg,Cu,P、CaSO4:Dy聚四氟乙烯热释光探测器在10^-5～10^-1Gy剂量约定真值范围内呈线性关系。

　一般来讲，探测器在一定的范围内呈线性关系，在高于一定剂量时，探测器会崐出现非线性关系。LiF:Mg,Ti 热释光探测器的线性剂量范围为 5×10^-5～8Gy；LiF:Mg,Ti-M探测器的线性剂量范围为2×10^-5～5×10²Gy；LiF:Mg,Cu,P的线性剂量范围为1×10^-7～12Gy；CaSO₄:Dy聚四氟乙烯线性剂量范围为10^-5～30Gy。

　　人们对剂量超线性这一现象进行了许多研究，探讨了有关机理，采取一些办法来改善探测器的线性剂量范围，如对LiF:Mg,Ti采用剂量敏化和紫外退火工艺处理，探测器的剂量响应范围从10^-5～8Gy增加到2×10^-5～5×10²Gy，同时改善了探测器的能量响应，降低了本底值，提高了灵敏度。