Аннотация

Внимание!

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Ключевые слова: доза, дозиметрия, термолюминесценция, фосфор, рентгеновское излучение, поле, материал, объект, кривая термовысвечивания, интенсивность, фотон.

В данном реферате дано понятие дозы поглощенной объектом. Рассмотрены виды дозиметрии, а так же физико-химические процессы используемые дозиметрии. Более подробно рассмотрена термолюминесцентная дозиметрия (ТЛД). Дано определение термолюминесценции и фосфора. Даны критерии по выбору фосфора и показаны фосфоры, которые использую в ТЛД. Показана постановка эксперимента для измерения полей рентгеновского излучения, а так же на конкретном примере, какую задачу можно решить.

Введение

Одной из немало важных характеристик рентгеновского излучения являются физические величины, характеризующие воздействие рентгеновского излучения на среду или объект. Раздел прикладной ядерной физики нарпавленный на изучение и определение этих физических величин, а также разроботку методов по их определению называется дозиметрия. На рисунке 1 представлены виды дозиметрии, область применения и диапазоны измерений.

Одной из физических величин, характеризующее воздействие, ионизирующего излучения, является доза. Дозой принято считать поглощенную энергию ионизирующего излучения на единицу массы объекта.

D = (1)

Потребность в точно определенных и поддающихся экспериментальному измерению дозы, ионизирующего излучения, появилась уже на первых этапах их использования в терапевтической практике. Приборы, которые позволяют нам определить дозу, характеризующие воздействия рентгеновского излучения на среду или объект, называются дозиметрами.

Рисунок 1 — Виды дозиметрии, соотвествующие области применения и диапозоны измерений.

В дозиметрах используют вещества, которые изменяют в доступной для измерения степени свои физические или химические параметры под воздействием ионизируещего излучения. Таким образом, для тех или иных целей используют разные вещества в разных агрегатных состояниях. На рисунке 2 приведены физико-химические эффекты, используемые в дозиметрии.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Рисунок 2 — Методы используемые в дозиметрии.

Предметом настоящего реферата является один из методов твердотельной дозиметрии, а именно термолюминесцентная дозиметрия.

Термолюминесцентная дозиметрия

дозиметрия фосфор рентгеновский излучение

Термолюминесценцией называют процесс испускания света твердым телом при нагревании, предварительно воздействовав на него ионизирующим излучением. Твердые тела, которые носят такие свойства, называются термолюминофорами (фосфорами).

Метод термолюминесцентной дозиметрии основан на том, что некоторые неорганические вещества с определённым сочетанием дефектов кристаллической решетки примесного и собственного происхождения, после возбуждения ионизирующим излучением, при нагревании испускают свет. Количество испущенных при этом оптических квантов (фотонов) оказывается пропорциональным поглощенной дозе ионизирующего излучения. Физический процесс термолюминесценции и его основные закономерности могут быть объяснены с помощью зонной теории твердого тела в рамках кинетических представлений.

Источником дозиметрической информации является зависимость интенсивности термолюминесценции от температуры, которая называется кривой термовысвечивания (КТВ). КТВ аналитически описывается функцией интенсивности излучения в зависимости от времени нагрева I(t) или же от температуры фосфора I(T). Обе функции являются эквивалентными, так как температура нагрева фосфора задается функцией зависящей от времени нагрева (2). Обычно условия эксперимента выбирают таким способом, чтобы температура нагрева описывалась прямой (3).

T = f(t)(2)

T=T0+qt(3)

где T0 — начальная температура, q — константа скорости нагрева, t — время нагрева

Характерной чертой КТВ является наличие пиков при определенных температурах Tmi. Типичный вид такой кривой представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 — Кривая термовысвечевания фосфора

При обычных измерениях дозы облучения, в качестве характеризующей величины принято брать либо максимальное значение интенсивности света термолюминесценции I(Tmi), либо интегральную по времени светосумму по всей кривой (4).

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

(4)

где t1 и t2 — соответственно время начала и конца нагрева

В зависимости от способа, который был выбран в качестве измерения доза, их разделяют на два вида: пиковый и интегральный метод. Интегральный метод, т.е. измерение площади под КТВ, наиболее точный и характеризуется меньшей зависимостью результатов от технических параметров измерительной амплитуды, т.е. менее чувствителен к режиму нагрева. Пиковый метод более чувствителен к режиму нагрева, однако, он более эффективен при измерении малых доз. Таким образом, для тех или иных целей используют разный метод измерения, так же используют разные фосфоры.
Критерии выбора материала фосфора

Например, в интегрирующем дозиметре для индивидуального контроля фосфор выбирают такой, чтобы в нем отсутствовал спад показаний во времени.

Как показывает практика, только фосфоры, которые имеют пики на кривой при температуре более 200 оС, удовлетворяют этому требованию. По этой причине стремятся применять фосфоры, которые, при температуре менее 200 оС, вообще не имеют пиков.

Под дозовой характеристикой фосфора принято считать зависимость измеряемого параметра Q или I от дозы. Вид такой зависимости определяется энергетическим выходом:

где E — высвечиваемая энергия, m — масса фосфора, D — поглощенная доза

В пределах доз, для которых η остается постоянной можно записать зависимости (6) и (7).

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

I = aI ηD(6)= aQ ηD(7)

где aI и aQ — постоянные

Вид дозовой зависимости представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 — Вид дозовой зависимости

Из рисунка можно наблюдать, что вид зависимости имеет не совсем прямую, прямая ограничена дозами D1 и D2. При дозах меньших D1 мы видим параболически возрастающую кривую, их называют фоновой дозой. Фоновая доза объясняется воздействием других внешних факторов, помимо ионизирующего излучения, например: воздействие света, химические реакций и так далее. Участок 2 объясняется параметром насыщения фосфора. Для некоторых видов фосфоров, например: LiF, линейный участок заканчивается уже при 103 рад и, при повышении дозы, наблюдается зависимость более высокого порядка.

Выбор материалов, для термолюменсцентной дозиметрии, ограничивается рядом специфических характеристик: 1) высокая чувствительность для измерения малых доз радиации; 2) линейность дозовой характеристики, как можно в наиболее интервале доз; 3) малый спад показаний во времени; 4) отсутствие зависимости чувствительности от мощности дозы; 5) спектр люминесценции, согласованный со спектральной чувствительностью фотоприемника; 6) стабильность параметров при многократном использовании; 7) дешевизна и возможность массового производства. По этой причине, в первые годы развития термолюминесцентной дозиметрии, были предприняты поиски фосфоров среди соединений легких элементов. Одним из фосфоров, отвечающим всем критериям, является LiF. Виды фосфоров и их применение представлено на рисунке 7. На рисунке 5 и 6 представлены LiF-дозиметры и CaF2-дозиметры.

Рисунок 5 — LiF-дозиметр

Рисунок 7 — Виды фосфоров и их применение
Постановка эксперимента для определения показаний дозиметра

Для измерения показаний дозиметра, нужно его нагреть и снять показания высвеченной интенсивности света фосфором. Для нагревания дозиметра используют нагревательное устройство(печь), а для измерения используют фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Печь и ФЭУ находятся в светонепроницаемой камере, чтобы избежать попадания внешнего света. Чаще всего печь представляет собой платформу на которой размещают дозиметр, в результате нагревания платформы нагревается и дозиметр и начинает испускать фотоны. ФЭУ регистрирует эти фотоны и отправляет на осциллограф. Данные с осциллографа используют для дальнейших расчетов. Блок-схема установки представлена на рисунке 8. На рисунке 9 и 10 представлены ФЭУ и установка в сборе.

Рисунок 8 — Принципиальная блок-схема установки

Рисунок 9 — ФЭУ произведенные в СССР Рисунок 10 — ТЛД установка ДВГ-02Т   Измерение полей рентгеновского излучения

Для того, чтобы понять, как измеряют поля рентгеновского излучения, рассмотрим простейший пример рентгенографии. Допустим, у нас есть объект, внутренность которого нужно изучить. Этот объект имеет определенные размеры. Чтобы рассмотреть внутренности объекта полностью, нам нужно знать, как распределяется излучение нашим излучателем, допустим рентгеновской трубкой. Для этого можно использовать матрицу, в ячейках которой, расположены наши дозиметры. Размер матрицы должен быть соизмерим с размерами объекта, чтобы измерить поле нашего излучателя именно на объекте. Расположив матрицу на том месте, где у нас будет расположен исследуемый объект, будем воздействовать на нее рентгеновским излучением. Затем, возьмем нашу матрицу и для каждого объекта матрицы измерим полученную дозу. В результате таких действий, мы измеряем дозу в каждой точке в рамках объекта. По полученным данным, можно рассчитать поле рентгеновского излучения. Как следствие, мы можем настроить наш излучатель или расположить объект исследования так, чтобы в каждой точке рентгеновское излучение действовало одинаково, и мы получили четкое и равномерное изображение внутренностей нашего объекта. Таким образом, мы можем предварительно настроить наш излучатель или выбрать место, где будет расположен объект, без предварительного воздействия на исследуемый объект. На рисунке 11 представлена схема эксперимента.

Рисунок 11 — Схема эксперимента для измерения полей РИ. 1 — источник рентгеновского излучения; 2 — поток рентгеновского излучения; 3 — матрица с дозиметрами.

Для таких измерений удобно использовать LiF-дозиметры. Так как они твердотельные, их очень удобно располагать в ячейках матрицы и так же извлекать.

Расчет полей по заданным параметрам можно делать в пакете MathCad. Пример расчета рентгеновского излучения представлены на рисунке 12.

Вывод

В данном реферате мы дали понятие дозы поглощенной объектом. Рассмотрели виды дозиметрии, а так же физико-химические процессы используемые дозиметрией. Подробно рассмотрели термолюминесцентную дозиметрию. Дали определение термолюминесценции и фосфора. Показали критерии по выбору фосфора и показали фосфоры, которые использую в ТЛД. Показали постановку эксперимента для измерения полей рентгеновского излучения, а так же на конкретном примере, какую задачу можно решить. Очевидно, данный метод можно применять и для других задач. Можно подвести итог общими словами, термолюминесцентная дозиметрия является мощным инструментом для определения дозы рентгеновского излучения.

Список литературы

1.       Франк М., Штольц В. Твердотельная дозиметрия ионизирующего излучения. Москва: Атомиздат, 1973.

Скидка 100 рублей на первый заказ!

Акция для новых клиентов! Разместите заказ или сделайте расчет стоимости и получите 100 рублей. Деньги будут зачислены на счет в личном кабинете.

Подробнее Гарантии Отзывы

.        Шварц К.К., Грант З.А., Меже Т.К., Грубе М.М. Твердотельная дозиметрия. Рига: Зинатне, 1967.

.        Саундерс Д., Даниельс Ф., Бойд Ч. Термолюминесценция, как средство научного исследования УФН 51 (10) (1953).

Автор: Тагир