DE69026623T2

DE69026623T2 - Verfahren zur feststellung und messung von strahlung

Info

Publication number: DE69026623T2
Application number: DE69026623T
Authority: DE
Inventors: Steven D. Richland Wa 99352 Miller
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1989-11-03
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: ES2085464T3; CA2067814C; DE69026623D1; CA2067814A1; ATE137028T1; EP0499626B1; WO1991006875A2; WO1991006875A3; JPH05504834A; JP2719442B2; EP0499626A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Strahlungsdosis.
Wenn Festkristalle ionisierender Strahlung ausgesetzt werden, treten bei zunehmend höheren Strahlungsschädenniveaus mehrere Absorptionsbänder auf (1). Bei Alkalihalogeniden ist das F- Band das erste Strahlungsschadstellenzentrum, welches ein nachweisbares Absorptionsband erzeugt. Obwohl das F-Zentrum bei einer gegebenen Strahlungsbelastung die größte Konzentration von Schadstellenzentren liefert, schließen seine physikalischen Eigenschaften die Verwendung zu quantitativen Bestimmung der Belastung durch ionisierender Strahlung mit Hilfe von Lumineszenzverfahren aus. Die Lumineszenz des F- Zentrums wird unterhalb Zimmertemperatur thermisch gelöscht.
Bei erhöhter Strahlungsbelastung bildet sich ein zweites Schadstellenzentrum im Absorptionsspektrum. Das zweite Schadstellenzentrum im Absorptionsspektrum ist als M-Zentrum bekannt und es wird angenommen, daß es aus zwei benachbarten F- Zentren (2.3) besteht. Anders als bei dem F-Zentrum erzeugt jedoch die Anregung im Bereich längerer Wellenlängen des M- Zentrumsabsorptionsbands Lumineszenz bei Zimmertemperatur (4). M-Zentrumslumineszenz beinhaltet einen Stokes-Übergang, so daß die Lumineszenz bei einer deutlich von der anregenden Wellenlänge verschiedenen Wellenlänge zu beobachten ist.
Hochreine Lithiumfluorid- (LiF) Kristalle werden seit langer Zeit als optische Fenster verwendet.
LiF optischer Qualität ist für seine exzellente Übertragung vom tiefen Ultraviolett bis zum Infrarot bekannt. Strahlungsdosimetrische Anwendungen waren bisher beschränkt auf Gammadosimetrie im Megarad-Bereich, bei der mit einem Spektrofotometer gemessene strahlungsinduzierte Absorptionsspitzen ausgenutzt werden. Absorptionsmessungen sind jedoch eine sehr unempfindliche Art, diese Strahlungsschadstellenzentren zu messen.
Ein empfindlicheres Verfahren zur Messung von Strahlungs- Schadstellen als mit Absorptionsmessung kann durch Messung der M-Zentrumslumineszenz geschaffen werden.
Beispielsweise wird in Health Physics, 29 (3), 1975, pp 420- 421 (S. Dalton st.al) die Verwendung von Natriumfluorideinkristallen bei der Lumineszenzdosimetrie offengelegt. Die Kristalle wurden ionisierender Röntgenstrahlung ausgesetzt. Danach wurden die M-Zentren mit einer 250 W-Hochdruck- Quecksilberbogenlampe angeregt, die mit einem Interferenzfilter von 350 nm gefiltert wird; M-Zentrumslumineszenz wurde bei 660 nm (Spitze) rechtwinklig auftretend zum anregenden Strahl beobachtet.
In Health Physics, 22 (4), 1972, pp 491-496 (D.F. Regulla) wird die Verwendung von Lithiumfluoridkristallen für Radiofotolumineszenzdosimetrie offengelegt. Die Kristalle wurden Gammastrahlung mit &sup6;&sup0;Co sowie leicht gefilterten Röntgenstrahlen von 50-300 kV ausgesetzt. Die Absorptionsspektren der Kristalle wurden gemessen, nachdem diese den Gamma- und Röntgenstrahlen ausgesetzt waren; bei 250 nm, 310 nm und 450 nm wurden jeweils F-, R- und M-Bänder beobachtet. Bei Anregung mit 450 nm wurde bei dem Emissionsspektrum der Kristalle eine Hauptspitze bei 520 nm und eine zweite Spitze bei 630 nm beobachtet, die sich für Dosimetrie eignen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung der Strahlungsdosis vorgesehen, welches folgendes umfaßt:
Bestrahlung eines Körpers mit ionisierender Strahlung;
Anregung des Materials aus kristallinem Lithiumfluorid durch optische Bestrahlung mit einer ersten Wellenlänge, die nahe einer Schadstellenspitzenabsorptionswellenlänge des Materials liegt, sowie anschließend
Messung der Lumineszenz auf einer zweiten Wellenlänge, die länger ist als die erste Wellenlänge;
dadurch gekennzeichnet, daß das Material erwärmt wird, bevor es ionisierender Strahlung ausgesetzt wird, wodurch Schadstellenzentren beseitigt werden, die zuvor im Material vorhanden waren.
Im typischen Anwendungsfall wird das Material 1 Stunde auf 873 K erwärmt.
Es hat sich erwiesen, daß die Anregung eines LiF-Kristalls mit einem 442 nm-He-Cd-Laser die Lumineszenzausbeute des M- Zentrums von LiF bedeutend erhöht. Ein He-Cd-Laser wurde als anregender Laser bevorzugt, da Absorptionsmessungen an LiF darauf hinweisen, daß die M-Zentrumsabsorption bei 443 nm auftritt. Laserstimulierung erzeugt einen angeregten Zustand des M-Zentrums, das einen sehr starken Stokes-Übergang erfährt. Die Spitze des Emissionsspektrums des M-Zentrums tritt bei 665 nm mit einer halben Breite von 0,36 ev auf. Da die Anregungswellenlänge sich von der Emissionswellenlänge deutlich unterscheidet, kann die Messung der Emission im tiefroten Bereich zeitgleich mit der Anregung erfolgen. Daher bie tet die optische Filterung ein Mittel zur Messung der M- Zentrumslumineszenz zeitgleich mit der Anregung im M- Zentrums-Absorptionsband. Die Anzahl der M-Zentren wächst mit dem Anstieg der Zahl der Strahlungs-Schadstellen, und daher bietet die M-Zentrumslumineszenz eine Basis für Strahlungsdosimetrie. Das LiF kann im Bruchteil einer Sekunde ausgelesen werden.
Obgleich alle Angehörigen der Familie der Alkalihalogenide für Dosimetrie mit M-Zentrumslumineszenz in Frage kommen, wurde aus verschiedenen Gründen Lithiumfluorid (LiF) gewählt. Einmal ist der Kristall im Handel in großen Mengen erhältlich, da er als Material für optische Fenster verwendet wird.
Zweitens ist sein Energieverhalten nahezu deckungsgleich mit Photonen, so daß er für gemischte Anwendungen in der Felddosimetrie ein geeignetes Material darstellt. Schließlich kann LiF durch einen kostengünstigen Laser mit blauem Licht angeregt werden, und seine M-Zentrumslumineszenz tritt im wesentlichen im sichtbaren Spektrum auf. Diese Eigenschaft vereinfacht die Lichterfassung, da Fotozellen, die im Spektrum sichtbaren Lichts empfindlich sind, leicht verfügbar sind. In der detaillierten Beschreibung finden sich die Daten zu den dosimetrischen Eigenschaften des M-Zentrums und anderen allgemeinen physikalischen Daten des M-Zentrums sowie Ausführungen zu den Möglichkeiten der M-Zentrumsdosimetrie in LiF.
M-Zentrumsdosimetrie existiert in nahezu allen Festkristallen, die gegenwärtig künstlich gezüchtet werden können und beschränkt sich nicht nur auf die Gruppe der Alkalihalogenide. Jeder Kristall weist ein charakteristisches M-Zentrumsabsorptionsband auf, welches im Anschluß an eine hohe Strahlungsbelastung gemessen werden kann (etwa 1 Mega-R). Beleuchtung mit Laserlicht innerhalb des M-Zentrumsabsorptionsbands stimuliert die M-Zentrumslumineszenz, die auf einer deutlich von dem anregenden Laserstrahl verschiedenen Wellenlänge auftritt. Durch ein optisches Filter, welches das anregende Licht absorbiert und die M-Zentrumslumineszenz durchläßt, wird zeitgleich die leichte bzw. einfache Trennung und Erfassung ermöglicht.
Es folgt eine Beschreibung, die nur als Beispiel dienen soll und die Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen zur Ausführung der vorliegenden Erfindung nimmt.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Darstellung des Auslesesystems für die M-Zentrumslumineszenz. Der He-Cd-Laser erzeugt 70 mW bei 442 nm und einem Strahldurchmesser von 1 mm. Die Erfassungseinrichtung besteht aus einem lichtdichten Metallgehäuse mit einem Probenschubfach zum Einlegen und Herausnehmen der LiF- Kristalle. Die Oberflächen des Raums bestehen aus schwarzem Kunststoff, um Streulicht zurückzuwerfen und abzuschirmen. Eine Fotozelle RCA 8852 mit einem optischen Breitbandinterferenzfilter wird eingesetzt, um das Laserlicht zurückzuwerfen, aber die M-Zentrumslumineszenz durchzulassen. Ein PC enthält eine PC-Karte zur Mehrkanalimpulszählung von Photonen bis 50 MHz.
Die Fig. 2 zeigt ein optisches M-Zentrumslumineszenz- Emissionsspektrum von LiF, welches mit einem optischen Mehrkanalanalysator von Tracor Northern gemessen wurde. Die M- Zentrumslumineszenz wurde mit einem 442 nm He-Cd-Laser angeregt. Der LiF-Kristall wurde mit Hilfe einer &sup6;&sup0;Co-Quelle einer Bestrahlung von 2,6 C/kg ausgesetzt. Die Spitze des Emissionsspektrums liegt bei 665 nm, mit einer Halb-Breite von 0,35 ev.
Die Fig. 3 zeigt ein optisches Emissionsspektrum bei einem LiF-Kristall und einer Bestrahlung von 260 C/kg. Die optische Weglänge des LiF-Kristalls betrug 6 mm. Das optische Absorptionsspektrum wurde mit einem Diodenfeldspektrometer von Hewlett Packard erfaßt. Die Spitze des Absorptionsspektrums wurde bei 443 nm gemessen.
Diefig. 4 zeigt die optische Aufhelirate der M-Zentrumslumineszenz als eine Funktion der auf den Kristall einfallenden Energie des 442 nm He-Cd-Lasers. Der in dieser Figur verwendete Kristall wurde einer Bestrahlung von 26 mC/kg ausgesetzt. Es erwies sich, daß die Zeitkonstante für die optische Aufhellung bei 32 5 lag. Für eine zugeführte Energie von 30 J betrug die Verminderung der M-Zentrumslumineszenz- Intensität insgesamt 20 %.
Die Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Personendosimeters, welches auf einem LiF-Kristall basiert.
Für die Messungen des M-Zentrums wurden LiF-Einkristalle optischer Qualität (6 mm x 6 mm x 6 mm) ausgewählt. Da bei handelsüblichen Kristallen eine beträchtliche Anzahl von M- Zentren vorhanden ist, werden die Zentren durch Wärmebehandlung beseitigt. Es wurde festgestellt, daß eine Wärmebehandlung an der Luft über 1 h bei 873 K den M-Zentren-Hintergrund zufriedenstellend beseitigt. Nach der Wärmebehandlung wurden einige der Kristalle zur Kontrolle aufgehoben, während der Rest aus einer &sup6;&sup0;Co-Quelle einer Belastung von 0.26, 2.6, 26 und 260 mC/kg ausgesetzt wurde. Nach der Bestrahlung wurden die Kristalle in Papierhüllen gelagert, um unerwünschte Bestrahlung mit Licht zu vermeiden.
Wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, besteht das Anzeige- bzw. Auslesesystem aus drei verschiedenen Funktionseinheiten: einem He-Cd-Laser 2 von 442 nm und 70 mW, einem lichtdichten Gehäuse 4, das eine Probenschublade 6 enthält, sowie einer Fotozelle 8 und einem Photonenzähler 10. Der He-Cd- Laserstrahl wurde auf 1 mm Strahldurchmesser auf der Kristalloberfläche fokussiert und durch die Zentren von zwei gegenüberliegenden Würfelflächen durch den Kristall geleitet. Um eine Anregung der Kristalle durch Laserlicht zu schaffen, bestehen der Laserstrahlenweg und die Probenschublade aus schwarzem Kunststoff, der dazu beiträgt, Streulicht der Raumbeleuchtung und des Lasers abzuschirmen. Es wurde ein Breitbandinterferenzfilter 12 mit einer Mitteneinstellung von 650 nm ausgewählt, um zu verhindern, daß das Laserlicht des 442 nm-He-Cd-Lasers die Fotozelle 8 erreicht, die M-Zentrumslumineszenz wird jedoch durchgelassen. Das Filter hat bei 650 nm eine Spitzendurchlässigkeit von 50 % und eine Bandbreite von 70 nm. Durch das Filter 12 wird die Durchlässigkeit für das gestreute Laserlicht des 442 nm-He-Cd-Lasers bis auf 0,01% verringert.
Zwischen dem optischen Filter und dem Kristall wurde eine Öffnung von 1 mm angeordnet, um einen Teil des Hintergrundlichts abzuhalten, das mit der M-Zentrumslumineszenz einhergeht. Die für das Experiment gewählte Fotozelle 8 war eine Fotozelle RCA 8852 mit einer multi-alkalischen Fotokathode speziell für den roten Bereich, die im Winkel von 90º zur Achse des Laserstrahls montiert wurde. Diese Fotozelle wurde gewählt, weil sie sich für die Photonenzählung eignet und im roten Bereich sehr empfindlich ist. Der Photonenzähler besteht aus einem Vorverstärker, Verstärker, Diskriminator und einer PC-Karte für Mehrkanalimpulszählung in einem PC. Der Zähler kann Impulse bis 50 MHz verarbeiten.
Die Erfassungseinheit beinhaltet einen 70 mW-Laserstrahl, der bei gleichzeitiger Zählung der Photonen mit der PC-Karte für Mehrkanalimpulszählung im Personalcomputer durch den Probenraum und den LiF-Kristall geschickt wird. Es wurde ein interessierender Bereich ausgewählt, der aus 400 Kanälen mit Zeitscheiben von je 50 ms pro Kanal besteht. Über den interessierenden Bereich aus 400 Kanälen erfolgte eine Integration für eine Zeitdauer von 20 s.
Die Fig. 2 zeigt ein optisches Emissionsspektrum der M- Lumineszenz von LiF, gemessen mit einem optischen Mehrkanalanalysator von Tracor Northern. Der LiF-Kristall wurde einer &sup6;&sup0;Co-Gammaquelle mit 2.6 C/kg ausgesetzt. Die Spitze des Emissionsspektrums liegt bei 665 nm bei einer Halb-Breite von 0.36 ev. Dieses Ergebnis diente zur Bestimmung des in der Erfassungseinheit für die M-Zentrumslumineszenz einzusetzenden optimalen Interferenzfilters. Mit einem Diodenfeldspektrometer von Hewlett Packard wurde ein optisches Absorptionsspektrum für einen starker Strahlung ausgesetzten LiF-Kristall erfaßt. Dieses Absorptionsspektrum ist in der Fig. 3 dargestellt. Für das Absorptionsspektrum lag die Belastung bei 260 C/kg. Es erwies sich, daß 260 C/kg die Mindestbelastung ist, mit der die M-Zentrums-Absorptionskurve adäquat aufgelöst werden kann. Der Spitze der Absorptionskurve liegt bei 443 nm und paßt damit zu der 442 nm-Linie des He-Cd-Lasers.
Die folgende Tabelle zeigt die M-Zentrums-Reaktion als eine Funktion der Gammabestrahlung mit &sup6;&sup0;Co und 0.26, 2.6, 26 und 260 mC/kg.
Laserstrahl bei voller Leistung (50 mW)
Strahlungsbelastung (mC/ kg&supmin;¹) Abzug für Hintergrund (Zählungen/mC/ kg&supmin;¹)
0.26 7.040.000
2.6 7.040.000
26 6.190.000

Laserstrahl durch ein Neutralfilter mit 10 % Dichte

Strahlungsbelastung (mC/ kg&supmin;¹) Abzug für Hintergrund (Zählungen/mC/ kg&supmin;¹)
2.6 5.380.000
26 5.270.000
260 5.620.000
Es wurden zwei Laserleistungsstufen verwendet, da bei der vollen Laserleistung von 70 mW bei der Zählung eine Sättigung bei der Bestrahlung mit 260 mC/kg auftrat. Innerhalb der Meßunsicherheit stellt die Reaktion eine lineare Beziehung dar. Die Kristalle, die einer Belastung von 0.26 mC/kg ausgesetzt waren, zeigten eine integrale Reaktion, die zweimal so hoch war wie bei einem Kristall, der keiner Bestrahlung ausgesetzt war.
Die Fig. 4 zeigt das Diagramm der Aufhellrate der M- Zentrumslumineszenz als Funktion der Zeit. Der Kristall wurde mit 26 mC/Kg bestrahlt und die Laserleistung betrug 600 s lang 70 mW. Es erwies sich, daß die Zeitkonstante für den Aufhellvorgang 32 s betrug und anscheinend über die Zeit konstant bleibt. In der gesamten Zeit, in der die M- Zentrumslumineszenz beobachtet wurde, betrug die Verminderung durch Aufhellung insgesamt nur 20 %.
Die Zeitkonstante für die Verringerung des angeregten M- Zentrums wurde in einfacher Weise gemessen. Für die Messungen der Zeitkonstante wurde dasselbe Erfassungsgerät benutzt wie bei den vorangegangenen Messungen. Um einen bestrahlten LiFKristall in dem Erfassungsgerät anzuregen, wurde ein Stickstoff-Pump-Farblaser benutzt, und das Signal wurde in ein schnelles digitalisierendes Speicheroszilloskop von Hewlett- Packard eingespeist. Das Oszilloskop konnte dabei einen Mittelwert des Abfalisignals des M-Zentrums bilden, bis sich eine stetiger Reihe von Daten ergab. Die gemessene Zeitkonstante betrug 70 ns. Dies scheint mit Messungen anderer Autoren (5,6) übereinzustimmen.
Die M-Zentrumslumineszenz in LiF trat mit einer Zeitkonstante in Größenordnungen von etwa 70 ns auf. Auf Grund dieser Messungen sollte jedes M-Zentrum in LiF in der Lage sein, bei Sättigung etwa 10&sup7; Photonen pro Sekunde zu erzeugen. Eine einfache Berechnung auf Grundlage der Oszillatorfestigkeit des M-Zentrums in LiF sagt aus, daß die M-Zentrumslumineszenz bei einem Laserstrahl von 442 nm und 40 mW gesättigt ist. Da in dem vorliegenden Versuch ein Laser von 70 mW verwendet wird, kann durch Erhöhung der Anregungsleistung eine hohe Verstärkung der M-Zentrumslumineszenz erreicht werden, beispielsweise durch Verwendung eines Argonlasers mit hoher Intensität.
Fotozellen, die die M-Zentrumslumineszenz erfassen, müssen im rot-infrarot Emissionsspektrum besonders empfindlich sein, falls ein empfindliches Dosimeter verwirklicht werden soll, mit dem Personal überwacht werden kann. Unglücklicherweise haben Fotozellen mit erweitertem Rotbereich, die für Zählung von einzelnen Photonen geeignet sind, charakteristische hohe Dunkelzählungen, die mit thermoionischer Emission zusammenhängen. Ein handelsüblicher Farblaser bietet eine elegante Lösung für das Problem hoher Dunkelzählungen und entspricht auch den Forderungen nach hohen Spitzenleistungen, um eine Sättigung der M-Zentrumslumineszenz zu erreichen.
Da Farblaser üblicherweise extrem kurze Pulslängen aufweisen, ist innerhalb der Dauer des Farblaserpulses die hohe Dunkelzählung der Fotozelle mit erweitertem Rotbereich vernachlässigbar. Der mit Blitzlampen gepumpte Farblaser kann veranlaßt werden, sehr hohe Spitzenleistungen bei Zeitkonstanten von 10 bis 100 µs zu erzeugen, d.h. in Größenordnungen, die größer sind als die Zeitkonstante für den Zerfall der angeregten M-Zentren. Daher wird durch die Verwendung des mit Blitzlampen gepumpten Farblasers die M-Zentrumslumineszenz durch Herstellung einer Sättigung maximal gesteigert, wobei zugelassen wird, daß eine Erfassung der Lumineszenz in einem Zeitabschnitt erfolgt, der viel länger ist als die Zerfallskonstante des M-Zentrums. Diese Bedingung führt zu besseren statistischen Ergebnissen. Glücklicherweise wird theoretisch die Ausbeute an M-Zentrumslumineszenz bei Sättigung mit dem gleichen Laser optimiert, der eine vernachlässigbare Dunkelzählung erzeugt.
Am hinderlichsten bei dem Verfahren der M-Zentrumslumineszenz in LiF ist der hohe Fluoreszenzhintergrund. Der durch direktes und gestreutes Laserlicht stimulierte unerwünschte Hintergrund stammt aus verschiedenen Quellen. Die erste dieser Quellen ist die Fluoreszenz, die auf die Streuung von Laserlicht innerhalb der Raumflächen zurückzuführen ist. Eine sorgfältige Auslegung der Raumgeometrie und eine sorgfältige Auswahl des Materials kann diese Quelle unerwünschten Lichts erheblich vermindern. Eine zweite Quelle ist die Fluoreszenz, die aus den Kristalloberflächen stammt. Unter geeigneten Bedingungen ist die Oberflächenfluoreszenz für das menschliche Auge deutlich sichtbar und stellt die stärkste Quelle unerwünschten Lichts dar. Die Oberflächenfluoreszenz hängt von der Beschaffenheit der fluoreszierenden Körper an der Oberfläche ab. Die dritte Quelle unerwünschten Lichts stammt aus dem Kristallinneren.
Verunreinigungen innerhalb des Kristalls, die durch den Laserstrahl angeregt werden, erzeugen Licht, das sich mit dem gewünschten Signal überlagert. Diese Lichtquelle ist zur gegenwärtigen Zeit noch nicht untersucht worden, da die starken Fluoreszenzsignale die Effekte aus dem Kristallinneren überdecken. Die vierte Quelle von Hintergrundlicht ist Undichtheit des optischen Filters, mit dem sowohl der Laser angepaßt wird als auch Zutritt von gestreutem Laserlicht zur Fotozelle verhindert wird. Da die Fotozelle auf der anregenden Laserwellenlänge hoch empfindlich ist, ist eine ordnungsgemäße Filterung sehr wichtig. Filter hoher Qualität und die Verwendung von Mehrfachfiltern können verhindern, daß diese Hintergrundquelle ernsthafte Probleme verursacht. Die letzte Quelle von Hintergrundlicht ist möglicherweise diejenige, die die meisten Probleme bereitet.
Bei der Anwendung als Dosimeter ist es erwünscht, daß das Dosimeter wiederverwendbar ist, und damit ergibt sich die Notwendigkeit, den Kristall umzukristallisieren, um die M- Zentren zu entfernen. Wie bereits angemerkt, kann eine Wärmebehandlung eingesetzt werden, um die M-Zentren zu entfernen. An einem gewissen Punkt der Wärmebehandlung erreicht jedoch das M-Zentrum ein Gleichgewicht, und an diesem Punkt wird eine weitere Verminderung der Konzentration von M-Zentren schwierig. Es bleibt zu prüfen, ob dieses Konzentrationniveau ausreichend niedrig sein wird, so daß eine adäquate Strahlungsüberwachung des Personals durchgeführt werden kann.
Auf Grund der vorhergehenden Fakten wird eingeschätzt, daß demonstriert worden ist, daß M-Zentrumslumineszenz in LiF unter Verwendung eines &sup6;&sup0;Co-Gammastrahlers ein zweckmäßiges Dosimeter im Bestrahlungsbereich von 0.026 bis 260 mC/kg ist. Die Hauptschwierigkeit bei der Verwendung von LiF für die M- Zentrumslumineszenzdosimetrie ist der hohe Fluoreszenzhintergrund, der das Signal der M-Zentrumslumineszenz begleitet. Preisgünstige Laserdioden, die im infraroten Bereich emittieren, sind derzeit leicht erhältlich und können verwendet werden, um solche Kristalle anzuregen, die ihr M-Zentrumsabsorptionsband im infraroten Bereich haben.
Viele Alkalihalogenide haben ihr M-Zentrumslumineszenzabsorptionsband im infraroten Bereich. Es kann ein kostengünstiger Infrarotdetektor verwendet werden, um die Infrarotlumineszenz zu erfassen, womit kostengünstige Laser- und Erfassungssysteme technisch machbar werden. Auf diese Weise kann die M- Zentrumslumineszenz als Mittel zur Personen- oder Umweltdosimetrie verwendet werden. Durch Kopplung einer kleinen Infrarot-Laserdiode mit einem Infrarotdetektor und geeigneten optischen Filtern wird aus der Kombination ein Strahlungsmonitor für eine Echtzeitanalyse. Die Fig. 5 zeigt ein derartiges Dosimeter, bestehend aus einem Kristall 20, an dem eine Laserdiode 22, ein Detektor 24 zur Erfassung der M-Zentrumslumineszenz des Kristalls und ein optisches Filter 26 befestigt sind, welches das Laserlicht abschirmt und die M-Zentrumslumineszenz des Kristalls hindurchläßt.
Optisch stimulierte Lumineszenz wird in den gleichfalls angemeldeten U.S.-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 07/213, 245, jetzt U.S.-Patent 4.954.707 und 07/420.293 beschrieben, deren Inhalte hiermit durch die hier vorgenommenen Bezugnahmen aufgenommen werden.
Es ist einzusehen, daß die Erfindung nicht auf die spezifische Ausführungsform beschränkt ist, die hier beschrieben wurde, und daß Abänderungen daran vorgenommen werden können, ohne über den in den beigefügten Patentansprüchen definierten Umfang der Erfindung hinauszugehen.

Bezugnahmen

1. McLaughlin et al, "Electron and gamma-ray dosimetry using radiation-induced color centers in LiF', Radiat. Phys. Chem. 14, 467-480 (1979).
2. Seitz, "Color centers in alkali halide crystals", Rev. Mod. Physics 18, 348 (1946).
3. Knox, "Inversion symmetry of the M-center", Phys. Rev. Letter.s 2(3), 87 (1959).
4. Klick, "Luminescence of color centers in alkali halides", Phys. Rev. 79, 894 (1950).
5. Bosi et al, "Lifetime studies on excited (F2+)* and M centers in NaF doped with magnesium", Phys. Stat. Sol. (b) 140, 355-360 (1987).
6. Bosi et al, "New results, on the decay properties of perturbed and unperturbed M-centers in NaCl:CdCl&sub2;", Phys. Stat. Sol. (b) 123, 519-524 (1984).

Claims

1. Verfahren zur Messung einer Strahlendosis, mit den Schritten:

Bestrahlung eines Körpers aus einem Material (20) aus kristallinem Lithiumfluorid mit ionisierender Strahlung,

Anregung des Materials mittels optischer Bestrahlung mit einer ersten Wellenlänge, die nahe einer Schadstellen Spitzenabsorptionswellenlänge des Materials liegt, und anschließender

Messung der optischen Energie, die von dem Material mittels Lumineszenz bei einer zweiten Wellenlänge abgegeben wird, die länger ist als die erste Wellenlänge; dadurch gekennzeichnet, daß das Material (20) vor der Bestrahlung mit ionisierender Strahlung erwärmt wird, um dadurch Schadstellen zu beseitigen, die anfangs in dem Material (20) vorhanden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material vor der Bestrahlung mit ionisierender Strahlung für 1 Stunde auf 873 K erwärmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt der Messung von optischer Energie, die mittels Lumineszenz im sichtbaren Bereich des Spektrums abgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Bestrahlung von einer Laser-Lichtquelle stammt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Laser-Lichtquelle ein 442-nm He- Cd-Laser ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material (20) kristallines Lithiumfluorid von optischer Fensterglasqualität ist, sowie das Material mittels Laserlicht bei einer Wellenlänge im blauen Bereich des Lichtspektrums angeregt wird, und die mittels Lumineszenz ausgestrahlte optische Energie im roten Bereich des Spektrums gemessen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspriche, wobei optische Bestrahlung von einer Laser-Lichtquelle bewirkt wird, die das Licht mit der ersten Wellenlänge mit einer Energie von etwa 70 mW ausstrahlt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wellenlänge in der Nähe der M-Zentrums-Spitzenabsorptionswellenlänge des LiF-Materials liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

(i) das kristalline Material (20) LiF von optischer Qualität ist und eine M-Zentrums-Spitzenabsorptionswellenlänge von 443 nm aufweist, und daß

(ii) nach der Bestrahlung mit ionisierender Strahlung das Material (20) durch 442-nm He-Cd-Laserlicht angeregt wird.