实验剂量与石英110℃热释光灵敏度的关系研究
作者：王晓聆 程传福 贾象珂
单位：王晓聆 贾象珂(山东医科大学 物理教研室)；程传福(山东师范大学 物理系,山东济南 250012)
关键词：实验剂量；石英粉末；前剂量；热释光；测量
中国医学物理学杂志990302 摘要： 目的：研究照射实验剂量与石英110℃热释光灵敏度的关系。 方法： 用三种不同的实验剂量照射具有前剂量效应的石英粉末，并测其110℃热释光峰的灵敏度。结果：不同实验剂量不仅能诱导出石英前剂量110℃热释光响应值，而且也不破坏石英110℃热释光灵敏度与前剂量的正比例关系。结论：实验剂量不影响石英前剂量热释光灵敏度的测量。
中图分类号：R144 文献标识码：A 文章编号：1005-202X(1999)03-0132-02
A study of relationship between the test dose and the
, http://www.100md.com
thermoluminescence dating of fine-grain quartz at 110℃
WANG Xiao-ling, Jia Xiang-ke
Department of Physics, Shandong Medical University;
CHENG Chuan-fu
Department of Physics, Shandong Normal University, 250014, Jinan, China
Abstract: Objective: To research the relationship between the test dose of radiation and the thermoluminences dating(TLD) of quartz at 110℃. Method: Using 3 different doses to illuminate the fine-grain quartz possessing some pre-doses, measure their TLD at 110℃. Results: The different test dose not only can bring out the TLD of Quartz possessing pre-doses at 110℃, but also do not destroy the linearity relationship of both TLD and pre-dose for quartz. Conclusion: The measurement of the TLD for quartz at 110℃ is not affected by the test dose of radiation.
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Key words: Test dose ; fine-grain quartz ; pre-dose ; thermoluminences dating；measurement
引言：当石英被核辐射照射后，能以某种形式记录下所被照射的剂量，采用适当的温度激活后，测量石英110℃峰热释光(TLD)的响应值，便可确定所受辐射剂量的大小，且该峰的响应值与先前受照射剂量的大小成正比，这种效应称为“前剂量效应”。
1 基本原理
热释光是由放射性辐射源照射某些矿物晶体而产生的一种次级效应，它是储能电子被加热后产生的一种光释放现象。其机理可以用固体能带理论来解释：样品中的矿物晶体受到放射性辐射时，在电离作用下产生储能电子与空穴。这种离子对的不断产生和储集，反映出样品对环境辐射场的连续记录和信号叠加的过程。当加热这些样品时，储能电子以发射光子的形式将能量释放，把这种光信号放大，再转变为电信号记录下来，就形成样品的热释光曲线。该曲线是加热温度的函数，其发光强度(即TLD灵敏度)与矿物晶体所接收的累积辐射剂量成正比。简言之，样品热释光灵敏度就是对环境辐射场的累加记录。
, http://www.100md.com
石英受到电离辐射后，可通过热激活测量其110℃热释光响应值，定出所受照射的前剂量的大小。石英110℃热释光(TLD)灵敏度有如下特点：(1)将石英在实验室中进行适当的热处理后，即使采用相同的试验剂量，它所产生的热释光也会因以前所受辐射剂量(古剂量)不同而异。(2)并非所有矿物晶体和TL都有前剂量效应，至今只发现石英110℃TL值具有明显的前剂量效应(见图1)。(3)该TL峰半衰期很短，在室温条件下只有1～2h，但其灵敏度很高，只用很小的试验剂量，即可“诱发出”精确的热释光。(4)石英材料在400℃左右时接受试验剂量，其热释光灵敏度的增加幅度很大，且增加量正比于样品热激活前所受的总剂量(古剂量)。本文就不同实验剂量与石英110℃热释光灵敏度的关系进行了研究。
图1 热释光曲线与温度的关系
2 材料与方法
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将化学纯石英砂碾碎过筛，筛选出粒度为150～260目的石英粉末，作为测试样品。先把石英样品放在电炉中加热至800℃处理90 min，以去除样品中原有的前剂量信息。待高温样品自然冷却至室温，用137Cs铯伽玛辐射源模拟不同的已知前剂量，54×10-4C/kg～0.5C/kg(古剂量)。再经350℃热激活处理45 min，然后以1.6×10-3C/kg的实验剂量照射，并立即用FJ-377热释光仪分别测量石英110℃ TLD响应。测试条件采用：测量温度140℃，测量时间为12s，升温速率为40℃/s。
再分别以实验剂量2.7×10-3C/kg和27×10-3C/kg照射样品，重复上述过程。
3 结果与讨论
3.1 数据结果
, 百拇医药
不同的实验剂量对不同的前剂量样品的110℃热释光相对灵敏度的响应情况见表1。
表1 实验剂量对石英110℃ TLD相对灵敏度的响应 已知前剂量
(×10-4C/kg)
不同实验剂量(×10-3C/kg)
1.6
2.7
27
54
0.92
0.86
1.08
, 百拇医药
108
0.95
0.87
1.05
163
0.91
0.88
0.97
217
0.94
1.01
0.86
325
, 百拇医药
1.00
1.00
1.00
l645
0.78
0.80
0.82
1290
0.55
0.63
0.51
2580
0.30
, http://www.100md.com
0.32
0.33
3870
0.19
0.18
0.20
5418
0.16
0.17
0.16
3.2 讨论
由表1可知，不同的实验剂量不仅能诱导出石英前剂量的110℃ TLD响应值，而且也不影响石英样品TLD灵敏度与前剂量的正比例关系，在前剂量已知区段(54×10-4C/kg～350×10-4C/kg)内的前剂量效应，仍具有较好的线性特征。而实验剂量1.6×10-3C/kg变到27×10-3C/kg时，前剂量效应的线性与饱和趋势没有变化。
, 百拇医药
总之，石英的110℃热释光效应在常温条件下几个小时很快被衰减，为了使照射石英的110℃ TLD响应再现，可通过热激活处理，再照射一合适的实验剂量，可使衰退的110℃TLD响应再现出来，且正比于前剂量的大小，所以，前剂量技术在回顾剂量学中是一种非常有效的方法，同时它又具有就地取材、方法简单快捷、灵敏度高等优点，在进行核事故剂量或辐射流行病学研究的剂量重建过程中起着非常重要的作用。
参考文献：
[1] 王晓聆.石英粉末前剂量热释光效应特性的研究[J].山东生物医学工程,1997,16(3)：34.
[2] Karousakis P. Estimating the risks from occupational exposures. Nucl Eng Int, 1983,28(337):27-29.
[3] Aitken M J. The effects on populations of exposure to low levels of ionizing radiation, 1980(BEIR-III report),Washington DC: US Nuclear Academy Press, 1980.66.
收稿日期：1998-11-17, http://www.100md.com
单位：王晓聆 贾象珂(山东医科大学 物理教研室)；程传福(山东师范大学 物理系,山东济南 250012)
关键词：实验剂量；石英粉末；前剂量；热释光；测量
中国医学物理学杂志990302 摘要： 目的：研究照射实验剂量与石英110℃热释光灵敏度的关系。 方法： 用三种不同的实验剂量照射具有前剂量效应的石英粉末，并测其110℃热释光峰的灵敏度。结果：不同实验剂量不仅能诱导出石英前剂量110℃热释光响应值，而且也不破坏石英110℃热释光灵敏度与前剂量的正比例关系。结论：实验剂量不影响石英前剂量热释光灵敏度的测量。
中图分类号：R144 文献标识码：A 文章编号：1005-202X(1999)03-0132-02
A study of relationship between the test dose and the
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thermoluminescence dating of fine-grain quartz at 110℃
WANG Xiao-ling, Jia Xiang-ke
Department of Physics, Shandong Medical University;
CHENG Chuan-fu
Department of Physics, Shandong Normal University, 250014, Jinan, China
Abstract: Objective: To research the relationship between the test dose of radiation and the thermoluminences dating(TLD) of quartz at 110℃. Method: Using 3 different doses to illuminate the fine-grain quartz possessing some pre-doses, measure their TLD at 110℃. Results: The different test dose not only can bring out the TLD of Quartz possessing pre-doses at 110℃, but also do not destroy the linearity relationship of both TLD and pre-dose for quartz. Conclusion: The measurement of the TLD for quartz at 110℃ is not affected by the test dose of radiation.
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Key words: Test dose ; fine-grain quartz ; pre-dose ; thermoluminences dating；measurement
引言：当石英被核辐射照射后，能以某种形式记录下所被照射的剂量，采用适当的温度激活后，测量石英110℃峰热释光(TLD)的响应值，便可确定所受辐射剂量的大小，且该峰的响应值与先前受照射剂量的大小成正比，这种效应称为“前剂量效应”。
1 基本原理
热释光是由放射性辐射源照射某些矿物晶体而产生的一种次级效应，它是储能电子被加热后产生的一种光释放现象。其机理可以用固体能带理论来解释：样品中的矿物晶体受到放射性辐射时，在电离作用下产生储能电子与空穴。这种离子对的不断产生和储集，反映出样品对环境辐射场的连续记录和信号叠加的过程。当加热这些样品时，储能电子以发射光子的形式将能量释放，把这种光信号放大，再转变为电信号记录下来，就形成样品的热释光曲线。该曲线是加热温度的函数，其发光强度(即TLD灵敏度)与矿物晶体所接收的累积辐射剂量成正比。简言之，样品热释光灵敏度就是对环境辐射场的累加记录。
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石英受到电离辐射后，可通过热激活测量其110℃热释光响应值，定出所受照射的前剂量的大小。石英110℃热释光(TLD)灵敏度有如下特点：(1)将石英在实验室中进行适当的热处理后，即使采用相同的试验剂量，它所产生的热释光也会因以前所受辐射剂量(古剂量)不同而异。(2)并非所有矿物晶体和TL都有前剂量效应，至今只发现石英110℃TL值具有明显的前剂量效应(见图1)。(3)该TL峰半衰期很短，在室温条件下只有1～2h，但其灵敏度很高，只用很小的试验剂量，即可“诱发出”精确的热释光。(4)石英材料在400℃左右时接受试验剂量，其热释光灵敏度的增加幅度很大，且增加量正比于样品热激活前所受的总剂量(古剂量)。本文就不同实验剂量与石英110℃热释光灵敏度的关系进行了研究。
图1 热释光曲线与温度的关系
2 材料与方法
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将化学纯石英砂碾碎过筛，筛选出粒度为150～260目的石英粉末，作为测试样品。先把石英样品放在电炉中加热至800℃处理90 min，以去除样品中原有的前剂量信息。待高温样品自然冷却至室温，用137Cs铯伽玛辐射源模拟不同的已知前剂量，54×10-4C/kg～0.5C/kg(古剂量)。再经350℃热激活处理45 min，然后以1.6×10-3C/kg的实验剂量照射，并立即用FJ-377热释光仪分别测量石英110℃ TLD响应。测试条件采用：测量温度140℃，测量时间为12s，升温速率为40℃/s。
再分别以实验剂量2.7×10-3C/kg和27×10-3C/kg照射样品，重复上述过程。
3 结果与讨论
3.1 数据结果
, 百拇医药
不同的实验剂量对不同的前剂量样品的110℃热释光相对灵敏度的响应情况见表1。
表1 实验剂量对石英110℃ TLD相对灵敏度的响应 已知前剂量
(×10-4C/kg)
不同实验剂量(×10-3C/kg)
1.6
2.7
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l645
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0.80
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0.63
0.51
2580
0.30
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0.32
0.33
3870
0.19
0.18
0.20
5418
0.16
0.17
0.16
3.2 讨论
由表1可知，不同的实验剂量不仅能诱导出石英前剂量的110℃ TLD响应值，而且也不影响石英样品TLD灵敏度与前剂量的正比例关系，在前剂量已知区段(54×10-4C/kg～350×10-4C/kg)内的前剂量效应，仍具有较好的线性特征。而实验剂量1.6×10-3C/kg变到27×10-3C/kg时，前剂量效应的线性与饱和趋势没有变化。
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总之，石英的110℃热释光效应在常温条件下几个小时很快被衰减，为了使照射石英的110℃ TLD响应再现，可通过热激活处理，再照射一合适的实验剂量，可使衰退的110℃TLD响应再现出来，且正比于前剂量的大小，所以，前剂量技术在回顾剂量学中是一种非常有效的方法，同时它又具有就地取材、方法简单快捷、灵敏度高等优点，在进行核事故剂量或辐射流行病学研究的剂量重建过程中起着非常重要的作用。
参考文献：
[1] 王晓聆.石英粉末前剂量热释光效应特性的研究[J].山东生物医学工程,1997,16(3)：34.
[2] Karousakis P. Estimating the risks from occupational exposures. Nucl Eng Int, 1983,28(337):27-29.
[3] Aitken M J. The effects on populations of exposure to low levels of ionizing radiation, 1980(BEIR-III report),Washington DC: US Nuclear Academy Press, 1980.66.
收稿日期：1998-11-17, http://www.100md.com