דןזימטרית תרמולומנסציה

תמליל

1 ג. דוזמטרית תרמולומנסציה Thermoluminescence TLD תופעה שבה חומר מוקרן פולט אור לאחר חימום. קרינה מייננת גורמת לעירור אלקטרונים שנלכדים ברווח האנרגיה המכונה הפס אסור בשריג. חימום החומר מאפשר שחרור האלקטרונים שחוזרים לפס הערכיות, תוך פליטה של הפרש האנרגיה בין הרמות בצורה של אור. עצמת האור כתלות בטמפרטורה (עקומת זהירה) נמדדת באמצעות מכפילור (photomultiplier) עקומת זהירה אופיינית לארבעה TLD פוספוריים: CaSO : 4 Mn LiF( TLD 1) A B CaF 2 C CaF : 2 Mn D 1

2 TLD האלקטרון נשאר במלכודת עד שמשקיעים אנרגיה להוצאתו (חימום). הוצאת האלקטרון מהמלכודת מלווה בפליטת אור. הנוכחות של אטומים זרים גורמת למלכדות לאלקטרונים. פסי אנרגיה בחומר: פס הולכה חימום אלקטרון חור פס ערכיות קרינה פס אסור H אור נפלט L TL 1.קרינה מייננת נבלעת בחומר, ומשתחרר אלקטרון. 2. האלקטרון חופשי לנוע בפס ההולכה לאורך הגביש. 3. אם קיימת מלכודת, האלקטרון עשוי להילכד. 4. חור נודד אל הרמה H דרך פס הערכיות = פגם בגביש. 5. חורים הנמצאים ברמה H יכולים לדעוך בטמפרטורת חדר חזרה לפס הערכיות. 6. העלאת הטמפרטורה בגביש מאפשרת שחרור אלקטרונים. 7. אלקטרונים ששוחררו ממלכודת יבצעו רקומבינציה עם חור במרכז לומינסנציה שבגביש וישחררו אנרגיה בצורת אור נראה או אולטראסגול. 1 mm 5 mm כלומר TLD זה גביש קטן ויש גם אבקות 1 mm ניתן להכניס TLD לתוך גוף ולמדוד שם את הדוזה באופן אינטגרלי בזמן. 2

3 אופן הקריאה: שלב החימום המוקדם נועד להוציא את האלקטרונים מרמות נמוכות. שלב הקריאה עצמת אור גבוהה חימום נוסף לניקוי כל האלקטרונים שבמלכודת = ריפוי Anneal p KT = se הסתברות להוציא אלקטרון ממלכודת : S מקדם המתאים לכל רמה k קבוע בולצמן T טמפרטורה מוחלטת. TLD הוא הגביש השימושי ביותר ל LIF מערכת הקריאה : תא חושך PM מעבד אלקטרוניקה אור גביש גוף חימום 3

4 הדיוק הוא ± 5% לכל הפחות!! Q = Q () t dt D Q ה PM מגביר את הזרם של הקתודה. שיטה א קצב שחרור אלקטרונים = nse KT n מס' אלקטרונים במלכודת s קבוע הקשור לאנרגית הרמה אנרגית הרמה PMT זרם ב I = C = cnse KT C קבוע הקשור ליעילות הלומנסנציה. חימום: קצב החימום T R = הקשר בין קצב שחרור אלקטרונים לעליה בטמפרטורה: = T T = R T 4

5 אינטגרציה n 1 ln( ) se n = R T T KT dt מס' האלקטרונים הלכודים בזמן בטמפרטורה T t n נציב בזרם: T 1 s exp( / kt ) dt R kt t I ncse e = מאינטגרציה נקבל kt I =n se e stexp( / kt) I exp t = I ste + dt / kt או עבור התפלגות מלכודות אוניפורמית, אם N נמצא בין לבין / kt / kt I = N se exp[ ste ] d T I t nkt = t(1 e בזמן ארוך הזרם ירד כי האלקטרונים יוצאים: st ) 2 1 I = a + bt אם >> 1 st הזרם יורד עם הזמן. nkt I t = t שיטה שניה: דעיכת ה TL מ LIF ניתנת לתיאור כך : מניסויים ניתן לראות ששיטה א' מתאימה לתחום מסוים וקיים תחום אחר בו שיטה ב' תתאים. 5

6 מתאים לשיטה א' ההבדל בין שתי השיטות נובע מהנחה שונה של פילוג הרמות בפס האסור. הגביש מתנהג באופן שונה בכל תחום טמפרטורה. 6

7 Supralinearity על קוויות התגובה של TL לדוזה נבלעת היא כזאת: בערכים נמוכים של דוזה נבלעת, התגובה לינארית TL = ADose + B A פליטת TL ליח' דוזה TL רקע של סיגנל B מפוספור לא מוקרן. מדוזה מסוימת התגובה היא על ליניארית, מגיעה לרוויה בדוזה גבוהה ונופלת מהר: 7

8 תופעת העלקוויות בפוספור מעניינת, אבל לא נדרשת עליה ברגישות במקרה של עליה בדוזה. יש לכייל שוב במקרה של עבודה עם דוזה גבוהה. הסיבות לעללינאריות הן: מס' האלקטרונים שנלכדים במלכודת גדול יותר. 1. נוצרות נקודות לומינסציה נוספות. 2. שתי הסיבות 1 ו 2 יחד. 3. התלות באנרגיה חתך הפעולה מכיל מס' M L K ולכן התלות של תגובת LIF באנרגיה תהא: 8

9 אם מכיילים באמצעות ומקבלים לאנרגיה ( 1332kev )עצמת אור נפלטת שווה ל 1 6 Co ב 4 kev נקבל :1.4 9