способы измерения дозы ионизирующей радиации, которой был подвергнут термолюминесцентный материал, способы восстановления термолюминесцентного материала, устройство для считывания дозы радиации и дозиметр для регистрации радиации

Формула изобретения

1. Способ измерения дозы ионизирующей радиации, при котором сначала подвергают термолюминесцентный материал воздействию указанной ионизирующей радиации, а затем охлаждают этот термолюминесцентный материал до температуры ниже 200K с последующей регистрацией света, высвобожденного этим термолюминесцентным материалом при нагревании последнего, при этом дозу радиации, воздействию которой подвергают термолюминесцентный материал, определяют общим количеством света, высвобожденного этим материалом, отличающийся тем, что после охлаждения термолюминесцентный материал подвергают воздействию света, а нагрев осуществляют до комнатной температуры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термолюминесцентный материал подвергают воздействию ультрафиолетового света.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что ультрафиолетовый свет имеет уровень мощности ниже 0,033 мВт/мг термолюминесцентного материала.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что уровень мощности составляет 0,01 мВт/мг термолюминесцентного материала.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что количество энергии ультрафиолетового света составляет по крайней мере 0,33 мДж энергии ультрафиолетового света на 1 мг термолюминесцентного материала.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что энергия равна 0,5 мДж энергии ультрафиолетового света на 1 мг термолюминесцентного материала.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что ультрафиолетовый свет находится в диапазоне длин волн 290 - 340 нм.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что ультрафиолетовый свет имеет длину волны 315 нм.

9. Способ измерения дозы ионизирующей радиации, при котором сначала подвергают термолюминесцентный материал воздействию указанной ионизирующей радиации, а затем охлаждают этот термолюминесцентный материал до температуры ниже 200K с последующей регистрацией света, высвобожденного этим термолюминесцентным материалом при нагревании последнего, при этом дозу радиации, воздействию которой подвергают термолюминесцентный материал, определяют общим количеством света, высвобожденного этим материалом, отличающийся тем, что после охлаждения термолюминесцентный материал подвергают воздействию светового облучения, а нагрев осуществляют до комнатной температуры, повторно охлаждают указанный термолюминесцентный материал до температуры ниже 200K, повторно подвергают указанный термолюминесцентный материал воздействию светового облучения для фотопреобразования высокотемпературных ловушек в низкотемпературные ловушки и производят повторную регистрацию света, высвобождаемого этим термолюминесцентным материалом, при естественном нагревании последнего.

10. Способ измерения дозы ионизирующей радиации, при котором сначала подвергают термолюминесцентный материал, спектр оптического поглощения которого имеет пик в ультрафиолетовой области, воздействию указанной ионизирующей радиации, а затем охлаждают этот термолюминесцентный материал до температуры ниже 200K с последующей регистрацией света, высвобожденного этим термолюминесцентным материалом при нагревании последнего, при этом дозу радиации, воздействию которой подвергают данный термолюминесцентный материал, определяют общим количеством света, высвобожденного этим материалом, отличающийся тем, что после охлаждения термолюминесцентный материал подвергают воздействию светового облучения, а нагрев осуществляют до комнатной температуры, после регистрации света указанный термолюминесцентный материал подвергают воздействию ультрафиолетового света.

11. Способ измерения дозы ионизирующей радиации, при котором сначала подвергают термолюминесцентный материал воздействию указанной ионизирующей радиации, а затем охлаждают этот термолюминесцентный материал до температуры ниже 200K с последующей регистрацией света, высвобожденного этим термолюминесцентным материалом при нагревании последнего, при этом дозу радиации, воздействию которой подвергают данный термолюминесцентный материал, определяют общим количеством света, высвобожденного этим материалом, отличающийся тем, что термолюминесцентный материал подвергают воздействию света после его охлаждения и нагреванию до комнатной температуры и после регистрации света далее термолюминесцентный материал подвергают воздействию светового облучения для восстановления этого материала.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что далее подвергают термолюминесцентный материал ионизирующей радиации, охлаждают термолюминесцентный материал до температуры ниже 200K, подвергают термолюминесцентный материал воздействию света для фотопреобразования высокотемпературных ловушек в низкотемпературные, регистрируют свет, высвобожденный термолюминесцентным материалом при нагревании последнего до температуры выше 200K.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что световое облучение представляет собой ультрафиолетовый свет, имеющий энергию по крайней мере 25 мДж/мг термолюминесцентного материала.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что энергия равна 50 мДж энергии ультрафиолетового света на 1 мг термолюминесцентного материала.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что энергия света имеет уровень мощности выше 0,033 мВт/мг термолюминесцентного материала.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что уровень мощности составляет 1 мВт/мг термолюминесцентного материала.

17. Способ восстановления термолюминесцентного материала, который был подвергнут ионизирующей радиации и из которого был высвобожден свет, соответствующий дозе радиации, отличающийся тем, что подвергают термолюминесцентный материал воздействию ультрафиолетового света при комнатной температуре.

18. Способ восстановления термолюминесцентного материала, который был подвергнут ионизирующей радиации и из которого был высвобожден свет, соответствующий дозе радиации, и спектр оптического поглощения которого имеет максимум в ультрафиолетовой области, отличающийся тем, что подвергают термолюминесцентный материал воздействию ультрафиолетового света с длиной волны, которая находится в окрестности шириной 10 нм длины волны максимума оптического поглощения, при этом воздействие ультрафиолетового света осуществляют при температуре выше 200K.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что подвергают термолюминесцентный материал воздействию ультрафиолетового света с энергией по крайней мере 25 мДж/мг термолюминесцентного материала.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что подвергают термолюминесцентный материал воздействию ультрафиолетового света с энергией 50 мДж/мг термолюминесцентного материала.

21. Способ по п.18, отличающийся тем, что подвергают термолюминесцентный материал воздействию ультрафиолетового света с уровнем мощности выше 0,033 мВт/мг термолюминесцентного материала.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что подвергают термолюминесцентный материал воздействию ультрафиолетового света с уровнем мощности 1 мВт/мг термолюминесцентного материала.

23. Устройство для считывания дозы радиации, которой был подвергнут кристаллический термолюминесцентный дозиметр, содержащее средство для охлаждения дозиметра до криогенной температуры и средство для обнаружения и подсчета света, испускаемого дозиметром при нагревании последнего, при этом дозу радиации, воздействию которой подвергают данный термолюминесцентный материал, определяют общим количеством света, высвобожденного этим материалом, отличающееся тем, что содержит средство для подвержения дозиметра воздействию светового облучения и средство для подвержения дозиметра воздействию ультрафиолетового облучения для восстановления термолюминесцентного материала для повторного использования дозиметра.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что приспособление для подвергания дозиметра ультрафиолетовому облучению включает в себя источник ультрафиолетового излучения с уровнем мощности по крайней мере 0,33 мВт/мг термолюминесцентного материала.

25. Дозиметр для регистрации радиации, включающий термолюминесцентный материал, содержащий в своем составе поликристаллическое соединение с присадкой металлического элемента, отличающийся тем, что концентрация указанного металлического элемента составляет 1 - 15 мас.% и указанный термолюминесцентный материал заключен в матрицу из пластмассы.

26. Дозиметр по п.25, отличающийся тем, что термолюминесцентный материал представлен в форме частиц, размер которых находится в диапазоне от 0,1 до 100 мкм.

27. Дозиметр по п. 25, отличающийся тем, что указанный поликристаллический материал содержит CaF₂ : Mn.

28. Дозиметр по п.25, отличающийся тем, что указанная пластмасса относится к типу легкоплавких.

29. Дозиметр по п.25, отличающийся тем, что поликристаллический состав содержит металлическую присадку в количестве по крайней мере 1 мол.%.

30. Дозиметр по п.29, отличающийся тем, что поликристаллический состав содержит металлическую присадку в количестве 3 мол.%.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области технологий обнаружения радиации и, в частности, касается дозиметров для измерения дозы радиации, в которых используются термолюминесцентные материалы.

Дозиметры, в которых используются термолюминесцентные материалы, широко применяются в течение многих лет. Термолюминесцентные материалы, используемые в этих устройствах, представляют собой кристаллические составы, содержащие примеси, структурные изъяны различного рода, такие, например, как отсутствующие атомы или ионы и районы неупорядоченности между плоскостями их кристаллических решеток. Некоторые из этих изъянов обладают способностью захватывать или поглощать электроны и/или дыры в возбужденных состояниях, которые генерируются при подвергании ионизирующему облучению типа гамма- и бета-излучения. Интенсивность связывания электронов и дыр такими ловушками зависит от природы ловушки и ее глубины.

Эти ловушки обычно характеризуют их термической энергией, т.е. температурой, до которой термолюминесцентный материал должен быть нагрет, чтобы обеспечить высвобождение зарядов, удерживаемых ловушкой. Обычно при высвобождении зарядов происходит люминесценция. Количество излучаемого света может быть фотометрически зарегистрировано и связано с радиацией, действию которой был подвергнут материал. Исходя из этого, дозиметры, содержащие термолюминесцентные материалы, обычно "считываются" при нагревании приблизительно до 533K, при этом интенсивность излучаемого материалом света записывается в виде "кривой свечения", диапазон значений которой зависит от количества ионизирующей радиации, поглощенной дозиметром.

Вышеописанная процедура (обычно называемая техникой ТЛ-диагностики) обладает рядом существенных недостатков. Могут быть считаны только ловушки со средней энергией от 470 до 570K, поскольку при температурах выше этого диапазона происходит потеря значительного количества термической энергии из-за нелюминесцентных переходов, в результате чего эффективность излучения сильно понижается. Следовательно, информация, представленная большим количеством ловушек с высокой энергией, полностью игнорируется. Излучение накала, производимое термолюминесцентным материалом, при температурах выше 570K, повышает уровень фонового шума, понижая таким образом качество сигнала. Кроме того, использование повышенных температур для процесса считывания ограничивает выбор материалов, которые могут быть использованы для производства дозиметров и препятствует использованию большинства полимерных материалов.

Было бы желательно делать дозиметры из полимеров с включением частиц люминесцентного материала как для бета-, так и для нейтронной дозиметрии. В случае бета- дозиметрии полимерный материал может быть выбран таким образом, чтобы достаточно тонкий его слой обеспечивал эквивалентный отклик. В нейтронном дозиметре водородсодержащий полимерный материал, например, полиэтилен, может служить источником водорода, позволяя осуществлять измерение количества быстрых нейтронов при эффектах отдачи протонов. Раньше, однако, это было неосуществимо, поскольку большая часть полимерных материалов плавится при температурах ниже тех, которые требуются для считывания.

Кроме способности воспринимать информацию о попадающем излучении таким образом, что она может быть впоследствии прочитана, для реализации практических дозиметров, основанных на применении термолюминесцентных материалов, важно, чтобы было возможно стереть или прокалить термолюминесцентный материал после прочтения для того, чтобы восстановить его начальное состояние и сделать возможным новое проведение дозиметрии.

Известно, сто CaF₂:Mn (общеупотребительный термолюминесцентный материал) восстанавливает свои термолюминесцентные свойства при выдерживании при температуре 673K в течение одного часа и при температуре 673K в течение двух часов. Восстановление этим способом не подходит для дозиметров, содержащих полимерный материал, поскольку последний не может выдержать таких тепловых режимов.

В соответствии с первой стороной изобретения, способ измерения дозы ионизирующей радиации, которой подвергся термолюминесцентный материал, включает в себя этапы охлаждения термолюминесцентного материала до температуры много ниже 200K, подвергания термолюминесцентного материала световому излучению для фотопреобразования высокотемпературных ловушек в низкотемпературные, и регистрации света, высвобождаемого термолюминесцентным материалом при естественном нагревании последнего.

В соответствии с второй стороной настоящего изобретения, способ восстановления термолюминесцентного материала, который был подвергнут ионизирующей радиации и из которого было извлечено световое излучение, соответствующее дозе радиации, содержит этап подвергания люминесцентного материала ультрафиолетовому излучению при температуре существенно ниже 200K.

В соответствии с третьей стороной настоящего изобретения, устройство для считывания дозы радиации, которой подвергся твердый термолюминесцентный дозиметр, содержит приспособление для охлаждения дозиметра до криогенной температуры, приспособление для подвергания дозиметра световому облучению с целью фотопреобразования высокотемпературных ловушек в низкотемпературные и приспособление для регистрации и количественной оценки света, излучаемого дозиметром при естественном нагревании последнего.

В соответствии с четвертой стороной изобретения, термолюминесцентный материал, предназначенный для использования в дозиметрах, считываемых при низких температурах после предварительного охлаждения и оптической стимуляции, включает в себя поликристаллический состав, который содержит металлические присадки в количестве приблизительно от 1 до 15 моль-%.

Раскрытие сущности и формулы изобретения расположены в заключительной части настоящей заявки. Однако организация и способ действия, а также преимущества и дальнейшие цели могут быть лучше поняты при обращении к прилагаемому описанию с соответствующими рисунками, в которых одинаковым сноскам описания соответствуют одинаковые элементы.

На фиг. 1 приведена схема, представляющая механические, электрические и оптические компоненты, используемые при практическом осуществлении настоящего изобретения;

На фиг. 2 изображена последовательность этапов процесса, составляющих способ настоящего изобретения;

На фиг. 3 приведены графики кривых низкотемпературного свечения, соответствующих действию увеличивающихся доз излучения и полученных при считывании образцов термолюминесцентного материала;

На фиг. 4 приведены графики кривых свечения, полученных после восстановления образцов при разных значениях энергии с помощью ультрафиолетового излучения гелий-кадмиевого лазера;

На фиг. 5 приведены графики кривых свечения, полученных после восстановления при разных значениях энергии с помощью ультрафиолетового излучения от дуговой лампы, и

На фиг. 6 представлен график кривой оптического поглощения для термолюминесцентного материала.

На фиг. 1 изображено оборудование, которое может быть использовано при измерении доз ионизирующей радиации, а на фиг. 2 проиллюстрированы этапы процесса, с помощью которого дозы могут быть измерены. Изображенный на фиг. 1 баллон 10 действует как источник жидкого азота (77K), который распределяется через вентиль 12 и выпускную трубку 14 таким образом, как это требуется для охлаждения до криогенных температур. Камера 20 для подвергания образца термолюминесцентного материала облучению и нагреванию имеет стенки из термоизоляционного материала, например вспененного полистирола, и снабжена резервуаром 22, содержащим образец термолюминесцентного материала, и источником 24 ультрафиолетового излучения 25, например, ртутной лампой низкого давления 26, и узкополосным фильтром 28, установленным для выделения ультрафиолетового излучения с длиной волны 254 нм. Камера 30 для считывания информации с образца термолюминесцентного материала включает в себя легкий прочный корпус 32, в котором находятся лоток 34, содержащий образец термолюминесцентного материала, фотоусиливающая трубка 36 и дверца 38, через которую лоток 34 может быть помещен в камеру.

В действии резервуар 22, содержащий образец, заполнен жидким азотом. Образец 40 термолюминесцентного материала, например, 30 мг CaF₂:Mn, содержащиеся в дозиметре, подвергают ионизирующей радиации (фиг. 2, этап 68) и затем помещают в жидкий азот 44, находящийся в резервуаре 22, и выдерживают его там до достижения криогенных температур (фиг. 2, этап 70). После этого образец 40 подвергают "оптической стимуляции" ультрафиолетовым облучением (254 нм) от источника излучения 24 (фиг. 2, этап 72). 30-миллиграммовый образец CaF₂:Mn желательно подвергнуть ультрафиолетовому облучению, эквивалентному количеству энергии порядка нескольких мДж.

Образец 40 затем вынимают из камеры для облучения и быстро перемещают в камеру 30 для считывания. Образец 40 располагают в центре лотка для содержания образца 34 и дают ему нагреться до температуры окружающей среды (т.е. до комнатной температуры приблизительно в 293K). Лоток для содержания образца специально изготовлен таким образом, чтобы иметь достаточную теплоемкость и хорошую теплопроводность для того, чтобы образец 40 нагревался до температуры порядка комнатной достаточно быстро, т.е. за 30-40 сек с момента помещения в камеру 30. По мере того как образец 40 нагревается до все большей температуры, в особенности, в момент, когда он проходит уровень температуры 200K, термолюминесцентный материал излучает видимый свет с длинами волн в диапазоне 49450 нм. Достаточное количество излученного света может быть зарегистрировано и усилено фотоусиливающей трубкой 36 (фиг. 2, этап 74). Фотоусиливающая трубка 36 электрически связана с записывающим устройством регистрации и демонстрации результатов, которое обсчитывает сигнальную информацию, поступающую по фотоусиливающей трубке 36, и на котором показывается полное количество света, высвобожденного образцом 40 (фиг. 2, также этап 74). Это суммарное значение связано с дозой радиации, которой был подвергнут термолюминесцентный материал.

На приведенном на фиг. 3 графике 52 изображены кривые свечения 60, 61, 62 и 63 для четырех различных стандартных (0,318 см x 0,318 см x 0,089 см) образцов CaF₂:Mn с присадкой Mn в количестве приблизительно 3 моль - %. Четыре образца, которым соответствуют кривые свечения 60, 61, 62, 63 были подвергнуты гамма-излучениям различной интенсивности от источника цезий-137, а именно 2,6; 20,0; 260,7; 0,0 мкКл/кг соответственно. Образцы были охлаждены жидким азотом и оптически стимулированы в соответствии с ранее описанными процедурами со ссылкой на фиг. 2, хотя в этом случае для оптической стимуляции образцов были использованы 50 порций света от лазера по 60 мДж/см² каждая. Кривые свечения 60, 61, 62, 63 представляют собой логарифмы количества фотонов видимого света, излучаемого при люминесценции из образца, как функции времени при нагревании образцов до температуры окружающей среды. Максимумы в крайней левой части кривых отвечают шумам и ими в данном случае следует пренебречь. График 52 показывает, что как расход частиц, так и общее количество излученных частиц пропорционально дозе радиации, поглощенной образцом.

Принципы, лежащие в основе люминесценции при нагревании до температуры окружающей среды после стимуляции ультрафиолетовым излучением, подразумевают физику твердого состояния "захватывающих" центров или участков, которые существуют в термолюминесцентном материале. Как указывалось выше в параграфе о предшествующем уровне техники, полагают, что подвергание термолюминесцентного материала ионизирующей радиации приводит к генерации возбужденного состояния электронов и дыр, и эти электроны и дыры в возбужденном состоянии могут быть захвачены вышеупомянутыми захватывающими участками на длительное время. Захват электронов может осуществляться на различных энергетических уровнях, что характеризуется температурой, при которой ловушки отпускают электроны. Необходимо заметить, что захватывающие участки часто называют просто ловушками, и что этот термин также используется в применении к захватывающим участкам, когда они уже связали электроны или дыры в возбужденном состоянии. Ловушки могут быть также перераспределены или "фотопреобразованы" с высокого до более низкого уровня энергии при их облучении светом с подходящими длинами волн, в то время как ловушки с более низкой энергией устойчивы, что определяется температурой термолюминесцентного материала. Полагают, что суть процесса фотопреобразования состоит в поглощении электронами и дырами квантов света в ловушках с высокой энергией посредством переходов электрических диполей. Вследствие этого, электронные дыры переходят в возбужденное состояние с энергией, достаточной для того, чтобы оказаться внутри области проводимости для термолюминесцентного материала, и это позволяет им стать подвижными и уйти с их первоначального участка ловушки высокой энергии. Однако большое количество электронов и дыр впоследствии вновь захватываются ловушками с низкими энергиями при достаточно низкой температуре материала.

При охлаждении термолюминесцентного материала до криогенных температур обеспечивается устойчивость ловушек с более низкой энергией и, в особенности, ловушек, характеризуемых температурой приблизительно 200K. Последующее облучение достаточным количеством ультрафиолетового света в диапазоне 200 - 400 нм может фотопреобразовать большое количество высокоэнергетических ловушек в ловушки с более низкой энергией, которые обычно неустойчивы, поскольку они соответствуют температурам ниже окружающей среды. Эти низкоэнергетические ловушки могут затем быть опустошены при последующем нагревании термолюминесцентного материала, что вызывает световое излучение, которое может быть зарегистрировано и подсчитано.

Этот метод действия является предпочтительным, поскольку он позволяет использовать для считывания дозы энергии большое количество ловушек, включая ловушки с более высокой энергией, такие как известные 658K-температурные ловушки из CaF₂:Mn, которые нельзя было использовать в предшествующей технике ТЛ-диагностики. Более того, этот метод позволяет сильно улучшить количественную эффективность, поскольку при считывании при низких температурах существенно снижены температурное подавление и шумы излучения накала. Кроме того, поскольку фотопреобразование обычно происходит поэтапно, то при однократном подвергании облучению может быть произведено несколько считываний с одного дозиметра. Это позволяет осуществлять контроль дозиметрических считываний способами, которые раньше не могли быть осуществлены.

Вышеописанный метод особенно эффективен в случае, когда термолюминесцентный материл содержит присадку металла. Точное количество присадки варьируется в зависимости от типа используемого термолюминесцентного материала и от природы присадки. Однако мы полагаем, что приблизительно 3 моль-% присадки также должно обеспечивать удовлетворительную чувствительность к дозе облучения. Такое количество присадок велико по сравнению с концентрацией присадок в термолюминесцентных материалах, используемых в традиционной дозиметрии, в которой концентрация присадок обычно составляет несколько десятых процента по весу. Концентрацию присадок в прошлом ограничивали, чтобы избежать "подавления концентрации" и соответствующей потери чувствительности при использовании традиционной техники ТЛ-диагностики.

Вышеописанный метод позволяет использовать в производстве дозиметров различные пластмассы с полезными свойствами, которые расплавились бы на этапе нагревания при прежней технологии ТЛ-диагностики. Такие пластмассы могли бы служить подходящими носителями для термолюминесцентных материалов. В частности, для целей бета-дозиметрии желательно обеспечить очень тонкие слои термолюминесцентного материала, а пластмассы представляют собой прекрасное средство для образования тонких слоев термолюминесцентного материала. Кроме того, такие пластмассы как полиэтилен, могут быть использованы для производства высоководородсодержащих матриц, в которых в целях быстрой нейтронной дозиметрии могут быть заключены частицы размером 0,1 - 100 микрон термолюминесцентных кристаллов (типа CaF₂:Mn) с широкой запрещенной зоной. Водород, содержащийся в пластмассе, позволяет обнаруживать нейтроны с помощью эффектов отдачи протонов, при этом может быть осуществлено различение гамма- и бета-радиации при использовании маленького размера зерна.

Способ также может быть использован в некоторых областях, в которых раньше использование технологии ТЛ-диагностики было ограничено, таких как нейтронная радиография и построение образов, дистанционной дозиметрический контроль, военная дозиметрия в полевых условиях и экологическая дозиметрия. В частности, метод является высокоэффективным в дозиметрии в полевых условиях по причине своей точности и скорости, а в экологической дозиметрии - по причине точности и высокой чувствительности.

Желательно уметь восстанавливать дозиметр таким способом, чтобы он мог быть возвращен к своему предыдущему (до облучения) состоянию, и мог бы быть вновь использован. В настоящее время стандартная технология восстановления детектора из флюорида кальция с присадкой Mn состоит в выдерживании детектора при 673K в течение одного часа и затем при 373K в течение двух часов. Ясно, что такая процедура восстановления не может быть использована для восстановления дозиметра, в котором термолюминесцентный материал заключен в матрицу из полиэтилена, поскольку полиэтилен расплавляется при температуре много ниже 673K.

На фиг. 2 изображена альтернативная процедура восстановления. Согласно этапу 76, изображенному на фиг. 72, после считывания термолюминесцентный материал подвергается ультрафиолетовому облучению при комнатной температуре. Это может быть осуществлено с помощью оборудования, показанного на фиг. 1. Лоток 34 для содержания образца с помещенным в него образцом термолюминесцентного материала вынимают из камеры 30 для считывания образца и затем помещают в камеру 20 для подвергания облучению и нагреванию. Образец, помещенный в камеру 20, подвергают ультрафиолетовому облучению от источника 24 при комнатной температуре. После выполнения восстановления образец может быть снова подвергнут ионизирующей радиации.

Образцы из флюорида кальция стандартного размера (0,318 см x 0,318 см x 0,089 см) и массой 30 мг с присадкой из Mn с концентрацией 3 моль-% были подвергнуты тепловой обработке при 673K в течение одного часа и при 373K в течение двух часов. Образцы, экранированные от светового излучения, были подвергнуты воздействию естественной фоновой радиации, эквивалентной 2,6 мкКл/кг гамма-излучения цезия-137.

Облучаемые образцы были разделены на две группы. Образцы из первой группы подвергли облучению в ультрафиолетовом диапазоне от гелий-кадмиевого лазера ультрафиолетового излучения, который излучает 30 мВт мощности при длине волны 326 нм. Образцы другой группы были подвергнуты облучению от ксеноновой дуговой лампы мощностью 1 аВт в Schoeffel 151 N/2. Для спектрального разложения выходного сигнала дуговой лампы был использован двойной монохроматор Jobin Yvon DH-10 с выходными волнами в окрестности шириной 12 нм длины волны 325 нм. Для фокусировки на образце выходного сигнала монохроматора была применена система линз, оптическую мощность падающего на образец пучка измеряли с помощью радиометра Laser Precision Rs-5900, и она оказалась равной приблизительно 0,3 мВт.

Время облучения гелий-кадмиевым лазером контролировалось затвором Uniblitz и таймером. Время облучения системой с дуговой лампой было значительно больше, чем время облучения лазером по причине более низкой оптической мощности дуговой лампы, поэтому такое точное определение времени не было необходимым в последнем случае. Время облучения измеряли с помощью цифрового хронографа, при этом использовали ручной затвор. Во время облучения образцы были покрыты черной тканью таким образом, что на них мог попасть только ультрафиолетовый свет.

Образцы в каждой группе были разделены на три подгруппы. Одна из подгрупп в каждой группе не подвергалась ультрафиолетовому облучению. Образцы из других подгрупп в каждой группе были подвергнуты облучению в 50, 125, 250, 375, 750 и 1500 мДж соответственно. Затем с обеих групп образцов было произведено считывание с использованием описанных этапов 70, 72, 74 фиг. 2. На этапе 72 для оптической стимуляции обеих групп использовали гелий-кадмиевый лазер, а также нейтральный фильтр плотности с одним процентом передачи для сведения номинальной мощности пучка к 0,3 мВт. Для каждого образца время облучения составило 50 сек, что дало 15 мДж ультрафиолетового света.

На фиг. 4 и 5 представлены результаты считывания для восстановления лазером и дуговой лампой соответственно. Форма кривых свечения одинакова для обоих источников ультрафиолетового света. Максимумы кривых для образцов, которые не были подвергнуты ультрафиолетовому облучению, имеют различные значения, потому что считывающее устройство не было перекалибровано между считываниями, соответствующими фиг. 4 и 5. Восстановление считается удовлетворительным, если интенсивность считывания нигде не превышает начальной интенсивности, и по этому критерию кривые свечения, соответствующие 1500 мДж ультрафиолетовой энергии, показывают, что удовлетворительное восстановление может быть осуществлено обоими световыми источниками. Однако лазерный источник излучения имеет то преимущество, что восстановление 1500 мДж потребовало лишь 50 сек, в то время как восстановление дуговой лампой составило 2 часа.

Для исследования механизма оптического восстановления была построена кривая оптического поглощения для образца CaF₂:Mn, которой был подвергнут излучению в 26,0 мкКл/кг от изотопа кобальт-60. Такое большое излучение потребовалось для того, чтобы получить измеримый спектр оптического поглощения. Кривая оптического поглощения показана на фиг. 6, где хорошо видны три четких максимума в окрестности 320 нм, 400 нм и 570 нм. Мы полагаем, что диапазоны длин волн, выбранные для оптического восстановления, были оптимальны, поскольку они отвечают главному максимуму на кривой оптического поглощения. Два остальных крупных максимума также были исследованы в целях восстановления, но ни один из них не оказался настолько эффективным, как ультрафиолетовый свет при 1500 мДж. Луч с длиной волны 413 нм от криптон-ионного лазера позволил осуществить 50%-ное восстановление при 1500 мДж, в то время как 569-нанометровый луч не произвел восстановления при 1500 мДж.

Вышеописанные эксперименты показывают, что полный цикл стимуляции (этап 72), считывания (этап 74) и восстановления (этап 76) может быть произведен почти за две минуты с использованием 30-милливаттного гелий-кадмиевого лазера. Поскольку не требуется нагревать термолюминесцентный материал выше комнатной температуры, дозиметр, содержащий частицы термолюминесцентного материала, помещенные в матрицу из синтетического термополимерного материала, может быть восстановлен и вновь использован.

Было бы полезно, если бы изобретение не было ограничено тем частным способом его осуществления, который был описан, и эти варианты осуществления могут быть выполнены не выходя за рамки, определенные в прилагающейся формуле изобретения. Например, хотя изобретение было описано со ссылкой на CaF₂: Mn, мы считаем возможным использовать любой из традиционных поликристаллических термолюминесцентных материалов в настоящем изобретении, таких как CаF₂, LiF, NaCl и CaSO₄, которые достаточным образом снабжены металлическими присадками. Могут быть употреблены любые из традиционных присадок, такие как Mn, Mg, Ti, Ag, Cs, Pb и Dy. Однако, как было указано, ранее, концентрация присадки должна быть достаточно высока в сравнении с концентрациями присадок в термолюминесцентных материалах, используемых в традиционной дозиметрии. Уровень, до которого термолюминесцентный материал должен быть восстановлен для повторного использования, зависит от дозы, которую надо измерить. Для измерения малых доз термолюминесцентный материал должен быть восстановлен до такой степени, чтобы опустошить практически все ловушки, но если нет необходимости измерять малые дозы радиации, то и материал не надо восстанавливать так тщательно.