热释光探测器及应用.ppt
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1、热释光探测器及应用热释光探测器及应用热释光探测器及发展动态热释光探测器及发展动态 防化研究院热释光探测器研究简介防化研究院热释光探测器研究简介GR-100和和GR-200性能性能GR-100和和GR-200规格规格防化研究院有关探测器的最新研究进展防化研究院有关探测器的最新研究进展热释光探测器选择热释光探测器选择热释光剂量测量技术热释光剂量测量技术几个关注的问题几个关注的问题防化研究院防化研究院热释光探测器研究简介热释光探测器研究简介1968年防化研究院在北京玻璃研究所、北京地质仪器厂、清华大学和原子能研究院等单位的协同下,开展了LiF热释光材料制备工艺和剂量学特性的研究,并研制出我国第一代我
2、国第一代用用Mg和和Eu掺杂的经过敏化的掺杂的经过敏化的LiF热释光材料热释光材料。该材料满足了当时的需要。但在后来的使用中发现由于Eu的掺入,使得这种材料在混合场中增加了对中子的俘获截面,产生了明显的感生放射性,给低剂量测量带来了困难。防化研究院防化研究院热释光探测器研究简介热释光探测器研究简介19721972年防化研究院又开始了年防化研究院又开始了第二代热释光剂量测量第二代热释光剂量测量第二代热释光剂量测量第二代热释光剂量测量系统系统系统系统的研究,至的研究,至19751975年研制成功了年研制成功了LiF(Mg,Ti)LiF(Mg,Ti)系列系列元件即元件即:GR-l00GR-l00、G
3、R-600GR-600、GR-700GR-700,其主要性能同,其主要性能同美国的美国的TLD-100TLD-100。19801980年研制成功并商品化的年研制成功并商品化的LiF(Mg,Ti)-MLiF(Mg,Ti)-M,即敏化的,即敏化的LiF(Mg,Ti)LiF(Mg,Ti)热释光元件,开热释光元件,开始了批量生产,始了批量生产,19851985年进行了鉴定,认为这种热释年进行了鉴定,认为这种热释光元件达到了国内外的先进水平。光元件达到了国内外的先进水平。敏化的敏化的敏化的敏化的LiF(Mg,Ti)LiF(Mg,Ti)(GR-100MGR-100M)热释光元件是对热释光元件是对LiF(M
4、g,Ti)LiF(Mg,Ti)预先照射某种大剂量,再进行紫外退火。预先照射某种大剂量,再进行紫外退火。其灵敏度提高其灵敏度提高33.533.5倍,线性范围扩大到倍,线性范围扩大到500Gy,500Gy,能能量响应明显改善。量响应明显改善。防化研究院防化研究院热释光探测器研究简介热释光探测器研究简介LiF(Mg,Cu,P)LiF(Mg,Cu,P)粉末状热释光材料是粉末状热释光材料是19781978年由日本科学年由日本科学家发明的。家发明的。19791979年防化研究院的固体剂量探测器和方年防化研究院的固体剂量探测器和方法实验室开始了对法实验室开始了对LiF(MgLiF(Mg,CuCu,P)P)热
5、释光材料的研热释光材料的研究工作究工作,很快研制出了与国外产品相当的很快研制出了与国外产品相当的LiF(Mg,Cu,P)LiF(Mg,Cu,P)粉末状热释光材料。但鉴于粉末材料操作麻烦,本底粉末状热释光材料。但鉴于粉末材料操作麻烦,本底高,重复使用性能差,在大量应用中使用不便而受到高,重复使用性能差,在大量应用中使用不便而受到限制。对限制。对LiF(Mg,Cu,P)LiF(Mg,Cu,P)材料烧制工艺的各个参数,材料烧制工艺的各个参数,MgMg、CuCu、P P三种杂质浓度对材料的剂量特性和发光曲线结三种杂质浓度对材料的剂量特性和发光曲线结构的影响进行了深入系统的研究之后,于构的影响进行了深入
6、系统的研究之后,于19821982年年研研制制年年研研制制出出了了首首批批出出了了首首批批LiF(Mg,Cu.P)LiF(Mg,Cu.P)热热择择光光片片热热择择光光片片,并于,并于1986年年系系统统的的报报道道了了在在国国际际上上首首创创的的LiF(Mg,Cu,P)GR-2 0 0)固 体 热 释 光 片 的 全 部 剂 量 学 特 性。固 体 热 释 光 片 的 全 部 剂 量 学 特 性。防化研究院防化研究院热释光探测器研究简介热释光探测器研究简介近几年有关热释光研究:l改善GR-200A性能的工艺和配方研究,提高稳定性研究,研制多种新规格的探测器。l新材料LiF:Mg,Cu,Na,S
7、i/LiF:Mg,Cu,Si的研究lLiF:Mg,Ti圆片的研制:在美国研制出LiF:Mg,Ti圆片的情况下,在国内首先研制成功并在国内发表。lLiF:Mg,Cu,P的发光机理研究lLiF:Mg,Cu,P的测量方法和应用研究防化研究院防化研究院热释光探测器研究简介热释光探测器研究简介研究成果:lGR-100和GR-200系列热释光探测器。特别是GR-200国际首创,并不断改进,一直保一直保持国内外领先持国内外领先。l获多项奖励,特别是1988年获军队科技进步一等奖,1992年获第十届国际固体剂量学学会最佳大字报论文奖。l在学术方面,不仅参加国内有关学术会议,而且多次参加了国际有关学术会议(国际
8、固体剂量学术会议)。在国内外发表近百篇学术论文,被SCI收录文章近收录文章近40篇篇。1992年获第十届国际固体剂量学学会年获第十届国际固体剂量学学会最佳大字报论文奖最佳大字报论文奖 GR-100和GR-200性能 GR-100LiF(Mg,Ti)GR-100LiF(Mg,Ti)热释光探测器已广泛用于个人及环境热释光探测器已广泛用于个人及环境热释光探测器已广泛用于个人及环境热释光探测器已广泛用于个人及环境剂量监测,经敏化的剂量监测,经敏化的剂量监测,经敏化的剂量监测,经敏化的GR-100MLiF(Mg,Ti)-MGR-100MLiF(Mg,Ti)-M具有线性响具有线性响具有线性响具有线性响应的
9、上限可达应的上限可达应的上限可达应的上限可达500Gy500Gy、较好的能量响应、简单的退火程序、较好的能量响应、简单的退火程序、较好的能量响应、简单的退火程序、较好的能量响应、简单的退火程序和相对较高的灵敏度。和相对较高的灵敏度。和相对较高的灵敏度。和相对较高的灵敏度。GR-200GR-200系列系列系列系列LiF(Mg,Cu,P)LiF(Mg,Cu,P)热择光探测器有极高的信噪比、热择光探测器有极高的信噪比、热择光探测器有极高的信噪比、热择光探测器有极高的信噪比、有极高的灵敏度、探测阈仅有极高的灵敏度、探测阈仅有极高的灵敏度、探测阈仅有极高的灵敏度、探测阈仅1010 radrad、线性范围
10、跨、线性范围跨、线性范围跨、线性范围跨8 8个数量个数量个数量个数量级、几乎平的能量级、几乎平的能量级、几乎平的能量级、几乎平的能量响应、好的组织等效性、好的环境稳定响应、好的组织等效性、好的环境稳定响应、好的组织等效性、好的环境稳定响应、好的组织等效性、好的环境稳定性、好的重复使用性以及简单的退火过程,是理想的环境性、好的重复使用性以及简单的退火过程,是理想的环境性、好的重复使用性以及简单的退火过程,是理想的环境性、好的重复使用性以及简单的退火过程,是理想的环境和个人辐射剂量探测器。在低本底辐射场下作剂量监测,和个人辐射剂量探测器。在低本底辐射场下作剂量监测,和个人辐射剂量探测器。在低本底辐
11、射场下作剂量监测,和个人辐射剂量探测器。在低本底辐射场下作剂量监测,明显优于其它探测器。明显优于其它探测器。明显优于其它探测器。明显优于其它探测器。近几年进一步优化配方和工艺,更加严格和科学的控制生近几年进一步优化配方和工艺,更加严格和科学的控制生近几年进一步优化配方和工艺,更加严格和科学的控制生近几年进一步优化配方和工艺,更加严格和科学的控制生产质量,产质量,产质量,产质量,GR-200GR-200系列系列系列系列LiFLiF(Mg,Cu,P)Mg,Cu,P)性能性能性能性能稳定可靠稳定可靠稳定可靠稳定可靠,继续保持继续保持继续保持继续保持国际领先国际领先国际领先国际领先。多年来产品主要外销
12、享誉欧美等。多年来产品主要外销享誉欧美等。多年来产品主要外销享誉欧美等。多年来产品主要外销享誉欧美等3030多多多多个国家和地区。个国家和地区。个国家和地区。个国家和地区。GR-100和GR-200探测器型型型型 号号号号型型型型 号号号号类类类类 型型型型用用用用 途途途途GR-200GR-200GR-200GR-200A A A ALiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P圆片圆片圆片圆片个人,环境个人,环境个人,环境个人,环境X,X,X,X,剂量测量剂量测量剂量测量剂量测量GR-200GR-200GR-200GR-200方片方片方片方片个人,
13、环境个人,环境个人,环境个人,环境X,X,X,X,剂量测量剂量测量剂量测量剂量测量GR-200PGR-200PGR-200PGR-200P 粉末粉末粉末粉末个人,环境个人,环境个人,环境个人,环境X,X,X,X,剂量测量剂量测量剂量测量剂量测量GR-200FGR-200FGR-200FGR-200F 薄膜薄膜薄膜薄膜剂量测量剂量测量剂量测量剂量测量GR-200RGR-200RGR-200RGR-200R 棒棒棒棒个人,环境个人,环境个人,环境个人,环境X,X,X,X,剂量测量剂量测量剂量测量剂量测量GR-206GR-206GR-206GR-2066 6 6 6LiF:Mg,Cu,PLiF:Mg
14、,Cu,PLiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P各种规格各种规格各种规格各种规格混合场中子测量混合场中子测量混合场中子测量混合场中子测量GR-207GR-207GR-207GR-2077 7 7 7LiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P各种规格各种规格各种规格各种规格混合场混合场混合场混合场剂量测量剂量测量剂量测量剂量测量GR-100GR-100GR-100GR-100LiF:Mg,TiLiF:Mg,TiLiF:Mg,TiLiF:Mg,Ti圆,方片,粉末圆,方片,粉末圆,方片,粉末圆,方片,粉末X,X,X,X,剂量测量剂量测量剂量测量剂量
15、测量GR-100MGR-100MGR-100MGR-100MLiF:Mg,Ti-MLiF:Mg,Ti-MLiF:Mg,Ti-MLiF:Mg,Ti-M圆,方片,粉末圆,方片,粉末圆,方片,粉末圆,方片,粉末X,X,X,X,剂量测量剂量测量剂量测量剂量测量能够提供一些新的规格的探测器和按照用户要求提供能够提供一些新的规格的探测器和按照用户要求提供防化研究院防化研究院热释光探测器的最新研究进展热释光探测器的最新研究进展l改善改善GR-200AGR-200A性能的工艺和配方研究,提高稳定性性能的工艺和配方研究,提高稳定性研究,研制多种新规格的探测器。研究,研制多种新规格的探测器。l新材料新材料LiF:
16、Mg,Cu,Na,Si/LiF:Mg,Cu,SiLiF:Mg,Cu,Na,Si/LiF:Mg,Cu,Si的研究的研究lLiF:Mg,TiLiF:Mg,Ti圆片的研制:在美国研制出圆片的研制:在美国研制出LiF:Mg,TiLiF:Mg,Ti圆片圆片的情况下,在国内首先研制成功并在国内发表。的情况下,在国内首先研制成功并在国内发表。lLiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P的测量方法和应用研究的测量方法和应用研究l退火温度突破退火温度突破240240o oC C的的LiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P的研究的研究的研究的研究lLiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P的发光机理研究的
17、发光机理研究防化研究院防化研究院热释光探测器的最新研究进展热释光探测器的最新研究进展GR-200AGR-200A改进:改进:灵敏度由以前灵敏度由以前TLD-100TLD-100的的4040倍提高到倍提高到6565倍。倍。总的残余信号由以前的总的残余信号由以前的7%7%下降到下降到1%1%左右。左右。抗潮湿性能得到明显改善。在高温高湿的环境中储存抗潮湿性能得到明显改善。在高温高湿的环境中储存和使用,颜色和灵敏度都未发生变化。和使用,颜色和灵敏度都未发生变化。对退火温度、读出温度及环境温度的稳定性得到明显对退火温度、读出温度及环境温度的稳定性得到明显改善。改善。研制多种新规格的探测器。研制多种新规
18、格的探测器。(能够提供新的规格的探测器和按照用户要求提供)能够提供新的规格的探测器和按照用户要求提供)能够提供新的规格的探测器和按照用户要求提供)能够提供新的规格的探测器和按照用户要求提供)防化研究院防化研究院热释光探测器的最新研究进展热释光探测器的最新研究进展新材料LiF:Mg,Cu,Na,Si/LiF:Mg,Cu,Si的研究:LiF:Mg,Cu,Si是组织等效的LiF热释光探测器的新的一族,具有好的热稳定性,较小的残余信号,Si代替P有较好的化学和环境稳定性化学和环境稳定性,该材料具有一定的研究价值。韩国在该探测器的研究走在了前面,但他们的材料的热稳定性较差。防化研究院防化研究院热释光探测
19、器的最新研究进展热释光探测器的最新研究进展LiF:Mg,Ti圆片的研究圆片的研究 1992年前该实验室进行过研究,但未成功。美国Harshaw公司于1999年报道已成功研制出LiF:Mg,Ti圆片。通过分析LiF:Mg,Ti和LiF:Mg,Cu,P方片的制备工艺的不同,总结1992年前研究LiF:Mg,Ti圆片的经验和教训,突破以前旧的思维方式,解决了关键技术,现已研制出性能良好的LiF:Mg,Ti圆片。在第11届全国核电子与核探测技术学术年会论文集发表。防化研究院防化研究院热释光探测器的最新研究进展热释光探测器的最新研究进展LiF:Mg,Cu,P的测量方法和应用研究的测量方法和应用研究在总的
20、测量时间一定的条件下,采用尽可能高的升温速率,从而增加恒温时间,读出最高温度不必超过240oC,就能将残余信号降下来,并且重复使用性能很好。利用计算机将真实剂量信号与残余信号相分离,有利于不退火重复使用。首次提出残余信号的非线性模型,扩大了不退火重复使用的剂量范围。防化研究院防化研究院热释光探测器的最新研究进展热释光探测器的最新研究进展退火温度突破240oC的LiF:Mg,Cu,P的研究的研究 退火温度260oC,重复使用稳定,残余信号比GR-200A型低45倍的样品。现正在进行系统实验,有望在LiF:Mg,Cu,P材料研究中有突破性的进展,产生新的一种型号的LiF:Mg,Cu,P。并且在研究
21、杂质对发光机理的影响有重要的研究价值。防化研究院防化研究院热释光探测器的最新研究进展热释光探测器的最新研究进展LiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P的发光机理研究的发光机理研究的发光机理研究的发光机理研究LiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P热释光探测器损失的灵敏度的恢复研究热释光探测器损失的灵敏度的恢复研究热释光探测器损失的灵敏度的恢复研究热释光探测器损失的灵敏度的恢复研究。高。高于于240240的退火、读出使的退火、读出使LiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P的灵敏度快速下降,的灵敏度快速下降,通常的方法无法使其灵敏度完全恢复,国外普遍认为只能通常的方法无法使其灵敏度完全
22、恢复,国外普遍认为只能部分恢复,已研究出一种方法使其灵敏度完全恢复。具有部分恢复,已研究出一种方法使其灵敏度完全恢复。具有重要的理论价值。被国际著名专家重要的理论价值。被国际著名专家BosBos在发表热释光研究在发表热释光研究进展中被引用。进展中被引用。240240至至至至700700退火温度对退火温度对退火温度对退火温度对LiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P热释光发射谱的影响热释光发射谱的影响热释光发射谱的影响热释光发射谱的影响研究研究研究研究:主要研究热处理如何影响陷阱中心和发光中心。首:主要研究热处理如何影响陷阱中心和发光中心。首次提出了退火温度低于次提出了退火温度低于30030
23、0时,热释光灵敏度随退火温时,热释光灵敏度随退火温度增加而降低是由于热辐射对载流子陷阱破坏作用;退火度增加而降低是由于热辐射对载流子陷阱破坏作用;退火温度超过温度超过300300时,发射光谱向短波方向移动,发光中心时,发射光谱向短波方向移动,发光中心受到破坏。从而解释了受到破坏。从而解释了LiF:Mg,Cu,PLiF:Mg,Cu,P的发光机理,的发光机理,CuCu的作的作用以及灵敏度的热损失和恢复机理。用以及灵敏度的热损失和恢复机理。热释光探测器的选择热释光探测器的选择 所要监测的辐射场的类型。如是单一辐射场所要监测的辐射场的类型。如是单一辐射场、X X、或是或是混合辐射场混合辐射场n-n-;
24、-。天然。天然LiFLiF探测器探测器GR-200AGR-200A、GR-200GR-200、GR-200PGR-200P、GR-100GR-100、GR-100MGR-100M等可以用于等可以用于、X X场的剂量监场的剂量监测,测,7 7LiFLiF和和6 6LiFLiF配配(GR-206A(GR-206A和和GR-207A,GR-206GR-207A,GR-206和和GR-207,GR-207,GR-206FGR-206F和和GR-207F)GR-207F)对可用于对可用于n-n-混合场的混合场的n n剂量监测。剂量监测。GR-GR-200F200F可用于测可用于测。要预估辐射场内所测剂量
25、强弱:在强辐射场中,探测器在短要预估辐射场内所测剂量强弱:在强辐射场中,探测器在短时间内就会有较强的响应;而在较弱的辐射场中探测器需要放时间内就会有较强的响应;而在较弱的辐射场中探测器需要放置较长时间才能具有一定的响应,这是选择探测器灵敏度及其置较长时间才能具有一定的响应,这是选择探测器灵敏度及其测量线性范围的依据。测量线性范围的依据。选择正规、权威和有研究实力和技术保障的单位的探测器。选择正规、权威和有研究实力和技术保障的单位的探测器。选择正规、权威和有研究实力和技术保障的单位的探测器。选择正规、权威和有研究实力和技术保障的单位的探测器。建议选用片装探测器,不要再用粉末及玻璃管了。主要原因建
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