DE1260036B - Verfahren und Geraet zum Messen der von einem Thermolumineszenz-Stoff aufgenommenen Dosis ionisierender Strahlung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIt

Deutsche KL: 21g -18/02

Nummer: 1260 036

Aktenzeichen: U12580 VIII c/21 g

Anmeldetag: 2. April 1966

Auslegetag: !.Februar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der voa einem Thermolumineszenz-Stoff: aufgenommenen Dosis ionisierender Strahlung, bei dem der Stoff bis über seine Ausleuchttemperatur.-erhitzt und seine Temperatur fortlaufend gemessen wird, und bei dem die Intensität des emittierten Lichtes mit einem photoelektrischen Wandler, erfaßt und dessen Ausgangsstrom integriert wird, sowie auf ein Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens. . .

Wie bekannt, sind aktivierte Stoffe, wie beispielsweise Lithiumfluorid oder Calciumfluorid,. in der Lage, eine ihnen während einer Bestrahlungszeitdauer zugeführte Energie zu absorbieren, diese Energie so lange zu speichern, bis sie auf eine. Temperatur von wenigen hundert Grad Celsius (d. h. auf »Ausleuchttemperatur«) erhitzt wird, und dabei eine Lichtmenge zu emittieren, die ein Maß für die von dem Stoff aufgenommene Dosis ionisierender Strahlen ist. So ist es bei Verwendung dieser Stoffe für die Messung der Strahlungsdosis bisher allgemein üblich gewesen, die bestrahlte Probe bis auf ihre Ausleuchttemperatur zu erhitzen, während das emittierte Licht durch den photoelektrischen Wandler gemessen wird, in welchem der Strom, der als Folge des auf ein lichtempfindliches Element auftreffenden Lichtes empfangen wird, während der Aufheizung integriert wird und der integrierte Gesamtstrom als ein Maß für die aufgenommene Strahlungsdosis erfaßt wird. Eine graphische Darstellung der Lichtintensität über dem Zeit- bzw. Temperaturwert wird als »Ausleuchtkurve« bezeichnet, wobei die Fläche unterhalb derselben integriert wird, um auf diese Weise ein Maß für die Dosis zu erhalten.

Der Nachteil dieses Systems wird ersichtlich, wenn man sich vorstellt, daß ein Teil der gespeicherten Energie, die aus dem Stoff bei Aufheizung als Licht emittiert wird, in Wirklichkeit nicht die Emission von gespeicherter Bestrahlungsenergie darstellt, sondern auf andere ungewollte Wirkungen bzw. Störeffekte zurückzuführen ist, die nichts mit der vom Stoff aufgenommenen Strahlungsdosis zu tun haben.

Eine weitere Teilmenge des bei der Aufheizung schon bei niedrigeren Temperaturen emittierten Lichtes ist — wenn sie auch in gewisser Hinsicht eine Funktion der aufgenommenen Dosis ist — nicht zeitlich konstant, und zwar insofern, als sie zwischen der Bestrahlung des Stoffes und der Ablesung verschwinden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, in erster Linie ein verbessertes Verfahren zum Messen der von einem Thermolumineszenz-Stoff aufgenommenen Dosis ionisierender Strahlung zu schaffen. Diese Aufgabe wird

Verfahren und Gerät zum Messen

der von einem Thermolumineszenz-Stoff

aufgenommenen Dosis ionisierender Strahlung

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

DipL-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

5900 Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Kenneth Edward Gordon Perry, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 5. April 1965 (14 451)

bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß nur der dem innerhalb vorgegebener Temperaturgrenzen vom Thermolumineszenz-Stoff während des Aufheizvorganges emittierten Licht entsprechende Strom integriert wird, wobei diese Tem-

- peraturgrenzen so gewählt werden, daß sie denjenigen Temperaturbereich begrenzen, in welchem ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Menge des emittierten Lichtes und der vom Thermolumineszenz-Stoff aufgenommenen Strahlungsdosis besteht.

Beim Aufheizen einer Probe des Thermolumineszenz-Stoffes, welcher eine Dosis von ionisierender Strahlung aufgenommen hat, zeigt sich, daß die bedeutendste Lichtemission, die sich aus der Energie ergibt, welche von der aufgenommenen Strahlung abgeleitet wird, innerhalb eines ziemlich engen Temperaturbereiches erscheint und daß die Lichtemission, die oberhalb dieses Bereiches erscheint, in der Hauptsache auf ungewollte Wirkungen (Störeffekte) zurückzuführen ist, während die unterhalb dieses Temperaturbereiches erscheinende Lichtemission nicht unmittelbar mit der aufgenommenen Dosis in Beziehung gebracht werden kann.

Ein Gerät zur Durchführung dieses erfindungsgemäß verbesserten Meßverfahrens weist wie bekannte Geräte eine Einrichtung zum Erhitzen einer Thermolumineszenzstoff-Probe, eine Vorrichtung zum elektrischen Abfühlen der Probentemperatur, einen photoelektrischen Wandler zum Erfassen und Um-

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Claims (2)

1. 3 4

   wandern des emittierten Lichtes in einen elektrischen bzw. oberen Pegel des Ausgangsgleichstromes an und Strom, eine Einrichtung zum Umformen des Wandler- betätigen dann die Relais RLA bzw. RLB einer Ausgangsstromes in eine Impulsfolge, deren Folge- Steuereinrichtung. Der Diskriminator 12 für den frequenz dem Wandlerstrom proportional ist, und niedrigen Gleichstrompegel ist so eingestellt, daß er einen dem Strom-Impulsumwandler nachgeschalteten 5 auf einen Niederstrompegel anspricht, der einem Impulszähler zum Integrieren der der emittierten niedrigeren Temperaturwert entspricht, und dann das Lichtmenge proportionalen Impulszahl auf und ist da- Relais RLA erregt. Das Relais RLA nimmt durch durch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß der Tem- Schließen der Relaiskontakte RLAIl und Anlegen peraturabfühlvorrichtung eine elektronische Grenz- einer Steuerspannung — V ein Sperrsignal vom Imwerteinheit nachgeschaltet ist, die so ausgebildet und io pülszähler7 weg. Der Diskriminator 13 für den hohen mit einer Steuereinrichtung für den Impulszähler Gleichstrompegel wird in entsprechender Weise so derart verbunden ist, daß der Impulszähler beim Er- eingestellt, daß er das Relais RLB bei einem oberen reichen eines vorgegebenen niedrigeren Temperatur- Strompegel erregt, der einem höheren Temperaturwertes bei der Aufheizung der Probe eingeschaltet wert entspricht, wobei die Kontakte RLBIl geöffnet und beim Erreichen eines vorgegebenen höheren 15 werden, um auf diese Weise die Betätigung des Im-Temperaturwertes wieder abgeschaltet wird. pulszählers 7 wieder zu sperren. Auf diese Weise Die Erfindung wird nunmehr an Hand des in der arbeitet der Impulszähler nur zwischen den durch die Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher Diskriminatoren eingestellten Temperaturwerten,
   erläutert, und zwar zeigt Bei einer charakteristischen Ausleuchtkurve für F i g. 1 eine schematische Darstellung der Haupt- 20 bestrahltes Lithiumfluoridpulver, wie sie in F i g. 2 einzelteile, die eine Ablesevorrichtung für Thermo- . dargestellt ist, ist die Lichtintensität als Ordinate lumineszenz-Dosimeter aufweist, während gegen die Temperatur als Abszisse aufgetragen. Wie Fig. 2 eine repräsentative Ausleuchtkurve für dargestellt, wird die Fläche unter der Ausleuchtkurve aktiviertes Lithiumfluoridpulver wiedergibt, wobei integriert, um die aufgenommene Strahlungsdosis zu die Lichtintensität/ während der Erhitzung des be- 25 bestimmen. Aus dieser Figur geht hervor, daß die strahlten Pulvers über der Temperatur T aufgetra- . Ausleuchtkurve nicht nur einen Spitzenwert P aufgen ist. weist, der zwischen den Temperaturwerten T₁ und T₂ In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 erscheint, sondern auch zusätzliche Flächen A unterein lichtdichtes Gehäuse eines Ofens, dessen obere halb der Ausleuchtkurve, die von einer zusätzlichen Hälfte la eine Photoverstärkerröhre 2 trägt, deren 30 oder ungewollten Lichtemission herrühren, die nicht lichtempfindlicher Schirm 2 a gegenüber einer Metall- eine direkte Folge der Bestrahlung ist und daher die schale 3 angeordnet ist, die sich in der unteren Hälfte Richtigkeit der Messung beeinträchtigt. Insbesondere 1 b des Gehäuses befindet. Die Schale ist als elek- ist ein Teil des unterhalb des Temperaturwertes T₁ trischer Widerstand über Leitungen 4 a, 4 b mit einem emittierten Lichtes auf eine mangelhafte Vorbehand-Heiztransformator 5 verbunden, dem eine Netzspan- 35 lung der Lumineszenz-Probe vor der Verwendung nung zugeführt wird, wenn eine Probe von bestrahl- zurückzuführen, und ein weiterer Teil — obwohl er tem Thermolumineszenz-Stoff, der sich in der Schale auf während der Strahlung gespeicherte Energie befindet, erhitzt werden soll. zurückzuführen ist — ist bei Raumtemperatur zeit-Der Ausgang der Photoverstärkerröhre 2 ist mit Hch nicht konstant. Das oberhalb der Temperatur T₂ einer Gleichstrom-Impuls-Wandlereinheit 6 verbun- 40 emittierte Licht ist wohl weitgehend auf die unden, die so eingerichtet ist, daß sie eine Impulsfolge erwünschte Lichtemission der Probe zurückzuführen, erzeugt, deren Folgefrequenz dem Eirigangsstrom die durch Tribothermolumineszenz hervorgerufen proportional ist. Der Impulsausgang der Wandlerein- wird, d. h. durch Licht, welches durch mechanische heit 6 wird einem Impulszähler 7 und außerdem Bewegung der Pulverkristalle induziert wird und einem Impulsfrequenzmesser 8 zugeführt. Letzterer 45 welches in keiner Weise einen Zusammenhang mit liefert eine Anzeige für die Intensität des von der der aufgenommenen Dosis hat. Durch entsprechende Probe ausgehenden Lichtes, während ersterer eine Einstellung des Reglers, derart, daß beide Relais-Anzeige für die integrierte Anzahl der gezählten Im- kontakte RLAIl und RLBIl nur während der Zeitpulse, die der integrierten Dosis entspricht, liefert. dauer geschlossen sind, in welcher die Temperatur Ein Thermoelement 10 ist unterhalb der Schale an- 50 des Pulvers im Bereich T₁-T₂ liegt, nimmt der Zähler geordnet, um die Temperatur der Schale und somit nur die Impulse an, die nur auf den entsprechenden die der Probe abzufühlen, während letztere erhitzt Teil des emittierten Lichtes zurückzuführen sind, und wird. Die Thermoelementkabel sind mit einem drift- integriert somit nur die Fläche zwischen T₁ und T₂, armen Gleichstromverstärker 9 verbunden, dessen so daß eine zufriedenstellendere und stabile Ablesung Ausgang an einem Temperaturschreiber 11 ange- 55 erzielt werden kann,
   schlossen ist, der eine Funktion der Temperaturände-

   rung als graphische Darstellung aufzeichnet. Auf Patentansprüche:

   dieser gleichen graphischen Darstellung zeichnet der 1. Verfahren zum Messen der von einem

   Impulsfrequenzmesser eine Darstellung der Intensität Thermolumineszenz-Stoff aufgenommenen Dosis

   der Lichtemission auf, wie sie durch den Photover- 60 ionisierender Strahlung, bei dem der Stoff bis

   stärker 2 abgefühlt wird. Auf diese Weise können die über seine Ausleuchttemperatur erhitzt und seine

   beiden Auftragungen verglichen werden. Der Aus- Temperatur fortlaufend gemessen wird und bei

   gang des Gleichstromverstärkers 9 wird außerdem dem die Intensität des emittierten Lichtes mit

   zwei Diskriminatoren 12,13 zugeführt, die eine einem photoelektrischen Wandler erfaßt und

   Grenzwerteinheit bilden, welche auf die verstärkte 65 dessen Ausgangsstrom integriert wird, dadurch

   Ausgangsspannung des Thermoelements 10 anspricht, gekennzeichnet, daß nur der dem innerhalb

   um den Betrieb des Impulszählers zu steuern. Die Dis- vorgegebener Temperaturgrenzen vom Thermo-

   kriminatoren 12 bzw. 13 sprechen auf einen unteren lumineszenz-Stoff während des Aufheizungsvor-

   ganges emittierten Licht entsprechende Strom integriert wird, wobei diese Temperaturgrenzen so gewählt sind, daß sie denjenigen Temperaturbereich begrenzen, in welchem ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Menge des emittierten Lichtes und der vom Thermolumineszenz-Stoff aufgenommenen Strahlungsdosis besteht.
2. 2. Gerät zur Durchführung des Meßverfahrens nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung zum Erhitzen einer Thermolumineszenzstoff-Probe, einer Vorrichtung zum elektrischen Abfühlen der Probentemperatur, einem photoelektrischen Wandler zum Erfassen und Umwandeln des emittierten Lichtes in einen elektrischen Strom, einer Einrichtung zum Umformen des Wandler-Ausgangsstromes in eine Impulsfolge, deren Folgefrequenz dem Wandlerstrom proportional ist, und mit einem dem Strom-Impulswandler nachgeschalteten Impulszähler zum Integrieren der der emittierten Lichtmenge proportionalen Impulszahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur-

   abfühlvorrichtung (10, 9) eine elektronische Grenzwerteinheit (12,13) nachgeschaltet ist, die so ausgebildet und mit einer Steuereinrichtung (RLA, RLB) für den Impulszähler (7) derart verbunden ist, daß der Impulszähler (7) beim Erreichen eines vorgegebenen niedrigeren Temperaturwertes (T₁) bei der Aufheizung der Probe eingeschaltet und beim Erreichen eines vorgegebenen höheren Temperaturwertes (T₂) wieder abgeschaltet wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »Science«, Bd. 134, 1961. Nr. 3475, S. 333 und 334;

   »The Review of Scientific Instruments«, Bd. 34, 1963, Nr. 7, S. 769 bis 771;

   »Kernenergie«, 7. Jahrgang, 1964, Nr. 6/7, S. 570 bis 572;

   »Nukleonik«, Bd. 4, 1962, Nr. 2, S. 65 bis 67;
   ao »Zeitschrift für Naturforschung«, Bd. 19 a, 1964, Nr. 7/8, S. 984.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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