|
|
|
Principiul termoluminescentei
Principiul de baza consta in urmatoarele: Atunci cand o substanta TL este iradiata, energia cedata cristalului este preluata de electronii din banda de valenta, BV, care patrund in banda interzisa: aici, intalnesc capcanele (nivele de energie acceptoare) care ii absorb, impiedicandu-i sa ajunga la banda de conductie. Energia este inmagazinata astfel, prin mentinerea electronilor in capcanele de impuritati. In momentul incalzirii cristalului, electronii scapa din aceste trape, iar prin revenirea lor in banda de valenta produc emisia unei radiatii luminoase, a carei intensitate proportionala cu energia absorbita, deci cu doza. Radiatia luminoasa este masurata cu ajutorul fotomultiplicatorului, in mod similar cu folosirea detectoarelor semiconductoare
In cazul in care cateva capcane de diferite adancimi sunt golite in acest proces rezulta o curba numita curba de emisie de lumina care este functie de timpul de incalzire sau temperatura. Aceasta este numita curba de stralucire, ce contine cateva picuri dintre care unul este principal iar celelalte sunt picuri secundare.
Curba de stralucire caracterizeaza fiecare substanta termoluminiscenta in parte. Localizarea picurilor este aproximativ aceeasi pentru un cristal dat (cu sau fara aditie de activatori) si aria picului poate fi aproximata cu doza de radiatii.
Metoda de termoluminiscenta in dozimetrie se bazeaza pe proprietatea de radiotermoluminiscenta a unor solide. Aceasta consta in urmatoarele: daca solidul radiotermoluminiscent este expus la actiunea radiatiilor ionizante si apoi incalzit cu o viteza de cateva grade /secunda, solidul emite o radiatie fluorescenta a carei intensitate este proportionala cu doza absorbita.
Termoluminiscenta este un fenomen foarte raspandit, astfel incat, dintre cele circa 3000 minerale cunoscute, cam trei sferturi prezinta acest efect.
Efectul de termoluminiscenta nu se restrange numai la substantele anorganice, astfel ca, aceasta proprietate a fost observata de o serie de autori la diversi polimeri.
Substantele care prezinta acest fenomen la temperatura camerei sau la o temperatura sub 1000C nu prezinta interes pentru dozimetrie.
Din teoria corpului solid, am aratat ca in structura cristalina exista unele imperfectiuni de retea (vacante, impuritati etc.) care pot avea rol de capcane pentru purtatorii de sarcina (electroni, goluri).
Ca urmare a interactiunii radiatiilor ionizante cu substanta, in corpul solid apar electroni si goluri care circula prin zona de conductie respectiv prin zona de valenta, pana sunt captate de catre capcane. In functie de adancimea energetica E a capcanelor si de factorul de frecventa S, legat de prezenta vibratiilor retelei, la temperatura mediului ambiant, purtatorii de sarcina pot sa ramana captati timp mai lung sau mai scurt.
Absorbtia unor cuante de lumina suficient de energice sau cresterea vibratiilor retelei cristaline pe masura ce temperatura creste, duce la eliberarea electronilor si golurilor din capcane.
Dupa migrarea din banda de conductie, respectiv de valenta, electronii se pot recombina cu golurile captate, iar golurile cu electronii captati.
Energia de recombinare poate fi emisa sub forma de luminiscenta.
Daca luminiscenta se datoreste absorbtiei de lumina (excitare optica) ea se numeste luminiscenta stimulata optic, iar daca se datoreste incalzirii, ea poarta numele de termoluminiscenta, prescurtat TL.
Dozimetria termoluminiscenta
Fenomenul de luminiscenta este conditionat de emisia de lumina care apare in procesele de transformare a diferitelor forme de energie in substanta.
Luminiscenta poate fi excitata cu lumina (fotoluminiscenta) sau cu radiatii ionizante (diferite forme de radiofotoluminiscenta).Prin iradierea unui corp solid cu radiatii ionizante, energia primita conduce la modificari fizico-chimice profunde ale substantei respective.
Aceste modificari duc la efecte optice care pot fi utilizate in dozimetria radiatiilor.
In anii de inceput ai dozimetriei radiatiilor, cele mai indicate materiale au fost halogenurile alcaline datorita simplitatii din punct de vedere al compozitiei dar si al structurii cristaline.
Structura acestor substante consta din intrepatrunderea a doua retele cubice a ionilor alcalini si halogeni. Cristalul ideal se compune dintr-o alternanta neantrerupta a ionilor de alcalin si halogen. Cristalele reale nu ating structura ideala, ele avand o multime de imperfectiuni structurale, care in general sunt:vacante deplasate din pozitii normale in pozitii interstitiale, lasand in urma vacantele corespunzatoare.
Daca electronul este eliberat in cristal de actiunea unui foton X in apropierea vacantei ionului de halogen, el este atras de forta coulombiana catre sarcina pozitiva localizata. Daca o radiatie X sau gama scoate un electron dintr-un ion al retelei normale, deficitul de sarcina electronica (numit gaura pozitiva) migreaza prin cristal si poate fi atras si legat coulombian.
Radiatiile luminoase permit si producerea vacantelor si ionilor interstitiali in regiunile perfecte din punct de vedere structural ale cristalelor, in plus elibereaza sarcini electrice libere care interactioneaza cu aceste imperfectiuni structurale.
Sistemul care cuprinde un electron captat pe o vacanta de halogen seamana cu un atom de hidrogen in care, un electron este retinut de sarcina pozitiva a unui proton.
La fel ca un atom de hidrogen, sistemul electron-vacanta prezinta nivele energetice discrete si, intre aceste nivele electronul respectiv poate executa tranzitii cand este excitat corespunzator, deci, daca absoarbe energie.
Daca excitarea se face cu ajutorul energiei termice, fenomenul de emisie luminoasa se numeste termoluminiscenta.
Electronii sunt captati pe vacantele de halogen si gaurile pe pe vacantele de ion alcalini preexcitati. La absorbtia unei cuante de energie destul de mari sau la cresterea energiei datorate vibratiilor termice ale ionilor din cristal, electronul poate fi ejectat din centrul F in banda de conductie. Electronii smulsi din centrul F pot migra prin cristal si se pot recombina cu gaurile captate eliberand energia de recombinare sub forma de cuante de lumina dand nastere luminiscentei.
Dozimetrele termoluminiscente
Dozimetrele folosite la acest experiment sunt tip GR 200A ( LiF: Mg, Cu, P). Detectoarele termoluminiscente (TL) nu se folosesc ca atare ci, in casete dozimetrice, de diferite forme si realizate din materiale speciale.Detectoarele TL impreuna cu caseta dozimetrica formeaza dozimetrul TL. Detectoarele termoluminiscente au castigat in ultimul timp un interes deosebit, tinzand sa dubleze celelalte tipuri de detectoare in dozimetria de rutina sau chiar sa le inlocuiasca. Ele sunt detectoare de tip integrator si prezinta o serie de caracteristici tehnice care determina alegerea lor ca sisteme de monitorizare a radioactivitatii, cum ar fi
- volum mic, lucru ce permite sa se realizeze dozimetre cu mai multe detectoare TL cu care sa se obtina informatii cat mai precise;
- au o comportare buna la actiunea factorilor de mediu cum ar fi praf, aerosoli, umiditate, variatii de temperatura, vibratii, socuri etc.;
- datorita faptului ca sunt de tip integrator, ele pot fi utilizate un timp indelungat, intre 1 zi si 6 luni, pierderea de informatie pe aceasta perioada fiind practic neglijabila.
- au reproductibilitate buna a rezultatelor ( 10%);
- precizia de masurare este buna;
- sensibilitate foarte mare;
- distributia volumica a dozelor absorbite si dependenta de directia radiatiilor incidente prezinta o imprastiere foarte mica;
- pot fi reutilizate de mai multe ori prin regenerari prealabile, proces caracteristic fiecarui tip de detector TL;
- tehnicile de citire a detectoarelor TL si interpretarea rezultatelor sunt simple si comode.
Determinarea echivalentului de doza ambiental se face folosind sistemul dozimetric termoluminiscent care se compune din: dozimetru TL si aparatul pentru citirea termoluminiscentei.
Dozimetrul TL este copus din caseta dozimetrica de forma cilindrica in care se introduc detectoarele termoluminiscente.
Aparatul de citit consta dintr-un sistem de incalzire controlata a detectoarelor TL in vederea eliberarii energiei (dozei) acumulate, care transforma emisia luminoasa intr-un semnal electric.
Masurari cu TLD a fondului de radiatii in mina Unirea
Determinarea dozei absorbite in aer sau echivalentul de doza ambiental din interiorul minei UNIREA ca si in exteriorul acesteia s-a facut pe o periada de trei luni. Pentru aceasta a fost utilizat Sistemul dozimetric TL de mediu, care este un sistem integrator.
Sistemul dozimetric TL de mediu se compune din : Cititor TL Model 770A, caseta dozimetrica si detectoare termoluminiscente pe baza de LiF :Mg,Cu,P tip GR200A.
Acest tip de detectoare are o larga utilizare pe plan mondial datorita multiplelor avantaje:
-sensibilitate mare;
-numar mare de reutilizari;
-regenerare rapida si la temperatura relativ scazuta;
-pierdere de informatie neglijabila in timp.
Amplasarea dozimetrelor (fiecare
cu cate trei detectoare termoluminiscente), a fost facuta in locuri de interes
in interiorul minei asa cum se reflecta in rezultatele experimentale, iar in
exterior s-au pus la intrare in mina si intr-un punct situat la circa
Dozimetrele au fost lasate in punctele de interes 888h, 1587h si 2232h. La calcularea valorilor de echivalent de doza ambiental s-a tinut cont de timpul parcurs cu dozimetrele spre si dinspre locul de plasare, lucru foarte important pentru interiorul minei.
