CTLD-350型熱釋光劑量儀測量的質(zhì)量控制

時間：2019-04-04作者：北京旭輝騰業(yè)科技有限公司瀏覽：102

CTLD-350型熱釋光劑量儀測量的質(zhì)量控制
[摘要]  討論了CTLD-350熱釋光劑量讀出器測量的質(zhì)量控制問題。CTLD-350熱釋光劑量儀中參考光源的光譜應(yīng)與光電倍增管道匹配，光學系統(tǒng)透射系數(shù)要高而穩(wěn)定，高壓須穩(wěn)定性高，加熱器與探測器要保持良好的熱接觸；探測器應(yīng)經(jīng)過篩選，嚴格控制退火條件，測量參數(shù)要優(yōu)化確定；劑量刻度源的輻射種類和能譜應(yīng)與所測量的盡量一致，并須按照國家標準規(guī)定的要求刻度，文中介紹了幾種劑量刻度方法。為達到上述質(zhì)量要求，提出了應(yīng)采取的方法和措施。
關(guān)鍵詞  質(zhì)量控制；參考光源；劑量刻度；輻射劑量；參數(shù)優(yōu)化
１、CTLD-350熱釋光劑量讀出器控制
熱釋光劑量測量的精度與讀出器的性能有著密切的關(guān)系。而讀出器的性能和參考光源、高壓穩(wěn)定度，光學系統(tǒng)、加熱盤的性能和測量氣氛等因素有關(guān)。
1.1 參考光源
參考光源用于校正讀出器的靈敏度，需要用一個恒定的參考光源置于測量時探測器所處位置，對讀出器的靈敏度進行控制。在每次讀數(shù)以前或間隔一定時間由操作人員完成，或由控制系統(tǒng)自動完成。
　　CTLD-350型熱釋光劑量讀出儀采用英國進口光源，參考光源該光源具有發(fā)光均勻、性能穩(wěn)定等特點。
　　不同探測器的**光譜是不同的，測量時應(yīng)注意探測器**光譜與所用讀出器的光電倍增管吸收光譜匹配的問題。參考光源的**光譜較好與所使用探測器的**光譜相近似，但這對一些采用多種熱釋光探測器的用戶來講是很難做到的。這也是造成文獻報道探測器劑量特性差別的一個主要原因之一。
1.2 光學系統(tǒng)
參考光源具有確定的**光譜，當參考光源的光在到達光電倍增管之前，要通過濾光片和透鏡組成的光路，這個光路對不同波長的光有不同的透射系數(shù)。光譜透射系數(shù)的不穩(wěn)定性，以及在使用過程中由灰塵和**氧化物引起的表面污染導(dǎo)致透射系數(shù)的變化，使得參考光源的讀數(shù)要減小。為了補償參考光源讀數(shù)的減小，通常采用增加光電倍增管高壓的辦法。這樣做對那些熱釋光**光譜與參考光源光譜相一致的探測器可認為是適當?shù)?，而對那?*光譜與參考光源光譜差別較大的探測器則將導(dǎo)致較大的誤差。其原因是透射系數(shù)的選擇性，即它在整個譜域中的非線性變化。因此應(yīng)保持光路的清潔，在光路和探測器之中加隔熱玻璃和通惰性氣體是較有效的措施。
1.3 高壓
多數(shù)光電倍增管的光譜響應(yīng)將隨著高壓的變化而漂移，并且探測器的靈敏度顯著依賴于光電倍增管的高壓。因此需要在調(diào)整高壓以后進行重復(fù)校準，以確保讀出器的高壓具有較高的穩(wěn)定度(0.05%)。
1.4 加熱盤
加熱盤表面的光學性質(zhì)對熱釋光信號的測量有一定的影響。這是由于到達光電倍增管的熱釋光的一部分來自加熱盤表面的反射光的緣故。這種反射光成分會隨著加熱盤表面反射性能的變化而變化。使用*性的加熱盤，例如由貴重的鉑做成的加熱盤，可以減小誤差。為了避免這種誤差，可采用熱氣(空氣、氮氣)、激光加熱等技術(shù)。采用這些加熱技術(shù)可使熱釋光探測器加熱盤上位置的不一致引起的誤差(可達10%以上)變小。
1.5 氣氛
對熱光探測器低輻射水平的測量，可在惰性氣體(氮氣、氬氣)的氣氛中測量，采取這種措施可以減小或消除加熱盤表面熱致化學發(fā)光。人們發(fā)現(xiàn)在溫度坐標軸上，發(fā)光曲線的位置以及探測器多次使用中的精度都依賴于讀出氣氛的選擇。例如，在干燥氬氣中讀出與在干燥氮氣中讀出相比，其測量溫度應(yīng)尚高一些。
２、CTLD-1000型熱釋光探測器測量
2.1 測讀參數(shù)
熱釋光劑量測定值(NTL)受測量條件諸多因素的影響，因此優(yōu)化測讀參數(shù)是至關(guān)重要的。測量參數(shù)和探測器的類型、規(guī)格等因素有關(guān)，通常有廠家提供?？紤]到所用讀出器的差別，用戶可參照廠家提供的測量參數(shù)適當進行調(diào)整，以保證探測器工作在較佳測量條件。其方法如下：
    在某一加熱速率下測量讀出器的加熱曲線(圖1 曲線A)，在同一條件下測量探測器的熱釋發(fā)光曲線(圖1 曲線B)。


圖1、探測器加熱及熱釋發(fā)光曲線
A:程序加熱曲線  B:熱釋發(fā)光曲線

圖中T1為預(yù)熱溫度；t1為預(yù)熱時間，該值應(yīng)選擇在低溫峰和劑量測定峰連接的較低處；T2為測量溫度；t2為測量時間，該值應(yīng)選擇在測定峰下降的較低處，并使測定峰呈對稱狀，t2 值不易太長。表1示給出了幾種探測器的測量參數(shù)。表中V為加熱速率。
表1  CTLD系列熱釋光探測器測量參數(shù)
名 稱	型 號	測    量    參     數(shù)
		T1(℃)	t1(s)	T2(℃)	t2(s)	V(C.s-1)
LiF:Mg,Ti	CTLD-100	140	20	240	20	20
LiF:Mg,Ti-M	CTLD-100M	140	20	240	20	20
LiF:Mg,Cu,P	CTLD-1000	140	20	240	25	20
CaSO4:Dy聚四氟乙烯	CTLD-10	150	25	300	35	20
    注:不同廠家推薦的測量參數(shù)有一定的差別。
2.2 退火
　　CTLD-1000型熱釋光探測器在使用前，要進行退火處理，熱釋光探測器的退火分為照前和照后退火。照前退火目的是：(1)消除探測器的本底劑量和殘余劑量(測后或放置一段時間后殘余和產(chǎn)生的劑量)；(2)恢復(fù)探測器的初始靈敏度，使深陷阱中的電子放出來，以消除輻照敏化引起的靈敏度增高的現(xiàn)象；(3)恢復(fù)探測器發(fā)光曲線的形狀。照后低溫退火的目的是：消除低溫峰，減小低溫峰對測定峰的影響。提高測量精度，縮短測量周期。照后退火多用于大批量探測器的測量中。
熱釋光材料的靈敏度和發(fā)光曲線的形狀與退火的條件有關(guān)。不同類型的熱釋光探測器由于其發(fā)光曲線的不同，其退火條件不同，即使是同一類探測器，由于制備工藝的不同，其退火條件也有差異。
2.2.1 退火參數(shù)  表2 給出了幾種熱釋光探測器的退火條件。
表2、幾種熱釋光探測器熱處理條件
探 測 器	退 火 爐	讀 出 器
	溫度(℃)	恒溫時間(min)	溫度(℃)	時間(s)
LiF:Mg,Ti
	400	60	400	30
	100	120		
LiF:Mg,Ti-M	290	30	290	30
LiF:Mg,Cu,P	240	30	240	30
CaSO4:Dy/Tm	380(400)	30(10)	400	30
CaF2	400	10	400	20
Mg2SiO4(Tb)	500	30		
LiF:Mg,Ti(聚四氟乙烯)	300	60	300	30
	100	120		
注:不同廠家推薦的退火參數(shù)有所不同。
探測器退火時，要嚴格控制退火溫度、恒溫時間、探測器的冷卻速率和退火溫度的均勻性。
在實際使用時，需使用**熱釋光探測器退火爐對探測器進行退火。其優(yōu)點是：能夠保證退火條件的均勻性和溫度的確性。使用烤箱退火時，要使探測器和溫度計保持同一水平位置，并應(yīng)對這一位置的溫度進行標定。對小劑量照射的探測器，在探測器較少的情況下，也可采用在測量的過程中進行退火。對退火溫度比較高的探測器不宜使用此方法。以免影響讀出器加熱系統(tǒng)的性能及使用壽命。采用讀出過程退火的效果比用**退火爐的效果要差一些。在探測器比較多的情況下，不宜采用這種方法。
2.2.2 冷卻速率的確定  探測器的退火冷卻速率對探測器的靈敏度、發(fā)光曲線的形狀和探測器的一致性等性能有影響。不同探測器受冷卻速率的影響程度有所不同。一般多使用速冷方式對探測器進行退火冷卻。
2.2.3 退火托盤的選擇  用于放置探測器的托盤的材料對探測器的靈敏度有一定的影響，采用鋁和不銹鋼托盤的退火，效果是基本一致的。采用不銹鋼托盤退火，易使探測器變黃，其影響程度和退火溫度有密切關(guān)系；采用紫銅和陶瓷托盤退火，探測器的靈敏度比用鋁和不銹鋼托盤的靈敏度要低一些，紫銅托盤在高溫(400℃)下其表面易發(fā)生氧化。因此，紫銅托盤不能直接用于探測器的退火。以上結(jié)果表明，探測器退火托盤采用鋁合金材料較為合適。
2.3 探測器的篩選
同一批探測器在相同的退火、照射、測量條件下給出的一致性(均勻性)結(jié)果有一定程度的差別。衡量這一差別的指標是探測器“分散性”，實際上是探測器的制作工藝、退火條件、照射、使用條件和測量儀器等因素的誤差的綜合反映。
探測器的分散性和輻射劑量有一定的關(guān)系。篩選探測器時，首先要確定輻射劑量。在輻射劑量小于10-3Gy時，探測器分散性隨著劑量的減小而*增大；在輻射劑量為10-3Gy-1Gy劑量下，分散性和劑量基本無關(guān)。一般而言，輻射劑量的選擇要考慮到讀出器的靈敏度和探測器的靈敏度，使其在讀出器上的計數(shù)不要太小，一般在二三百個計數(shù)較為合適。在這一原則下，探測器的輻射劑量要盡可能的小一些。
探測器的分散性可根據(jù)不同測量要求確定。一般來講，對個人劑量監(jiān)測用的探測器，分散性按5-10%篩選是合理的。對一些特殊要求，如體內(nèi)劑量分布測量則要求探測器的分散性小于±2%。在實際測量時，應(yīng)根據(jù)實驗所要求的測量精度確定探測器分散性。探測器分散性通常用算術(shù)平均誤差或標準誤差的方法來表示。下面介紹一種用標準誤差篩選探測器的方法。
　　根據(jù)統(tǒng)計學原理，標準誤差σ與算術(shù)平均偏差δ的關(guān)系如下:
σ＝0.8δ             (1)
根據(jù)式(1)確定探測器的篩選區(qū)間。其方法為從待選的探測器隨機抽取數(shù)個，用這些探測器的平均讀數(shù)值(攽X敀)作為所有待測探測器的平均值,將讀出值在〔 (1-δ), (1+δ)〕區(qū)間內(nèi)的探測器錄用。當δ值要求很小時，錄用的數(shù)目占總數(shù)的比例也很小，這時可再按〔 (1+δ)， (1+2δ)〕和〔 (1-2δ)，  (1-δ)〕，分2組錄用。下面舉一實例說明：
將一批500個LiF:Mg,Ti-M探測器(CTLD-100M)按σ≤±5%分散性篩選。首先將探測器退火，在60Co源上照射一劑量，讀出后隨機抽取50個探測器的讀出值，求出平均值 ＝5943.9，按式(1)計算。當σ≤±5% 時，δ≤±6.3 則選片區(qū)間為〔5943.9(1-0.063)，5943.9(1+0.063)〕,即 5592.4-6306.4，落在此區(qū)間的占96.4%，為了充分地利用探測器，可再定出5235.5－5592.4和6306.4－6663.3兩個區(qū)間，落在這兩個區(qū)間的分別占1.8% 和0.2%，余下的1.6% 因響應(yīng)過高或過低不予采用。
在CTLD-350型熱釋光劑量讀出器較穩(wěn)定時，篩選探測器時也可采用隨機抽取幾個探測器測量，求出一平均值，計算出各篩選區(qū)間，對其進行分組。
在探測器的性能實驗中觀察到,探測器篩選分組后，再次測量時有的分散性**出原指標。這種分散性的變化和探測器的劑量特性(靈敏度變化的一致性等)、讀出器的穩(wěn)定性、輻射場的劑量均勻性、探測器放置在加熱盤上的位置(采用電加熱方式測量的讀出器)及測量和退火條件等因素有關(guān)，為了確保測量結(jié)果的可靠性要嚴格控制以上各個環(huán)節(jié)。


北京旭輝騰業(yè)科技有限公司專注于熱釋光劑量讀出器,熱釋光個人劑量計,熱釋光劑量片,熱釋光探測器退火爐,熱釋光冷卻爐等

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