[論文レビュー] Comparison of commercial thermoluminescent readers regarding high-dose high-temperature measurements

P. Bilski, W. Gieszczyk+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2014

Luminescence Properties of Advanced Materials参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、LiF:Mg,Cu,P (MCP) 検出器を用いた高線量・高温測定において、商用熱ルミネッセンス (TLD) リーダー3種類—Harshaw 3500、Riso DA-20、RA94—を比較した。Harshaw 3500は、光の減衰なしに5 Gyまで正確な読み出しが可能な優れた性能を示したのに対し、RisoおよびRA94リーダーは、特に超高線量条件下で、スペクトル的および熱的応答の制限により、約1 Gyまでに制限された。

ABSTRACT

Three different thermoluminescent measuring systems have been compared with respect to the differences in temperature profiles, spectral sensitivities, as well as linearity of dose response characteristics. The comparison was performed using the Harshaw 3500, Riso DA-20 and RA94 TLD readers. The instruments were tested for the readouts of highly irradiated LiF:Mg,Cu,P (MCP) TL detectors, which require readout up to 550 C, in case of doses exceeding 1 kGy. It was found that the Harshaw 3500 can be used, without any additional light attenuation, for the measurements of MCP detectors exposed to doses up to about 5 Gy. For the other two readers the upper dose limit is about 5 times lower. It was also found that the Harshaw 3500 shows the best thermal stability considering the peak maximum position. For the ultra-high doses the differences in the spectral characteristics of the applied optical filters and photomultipliers, in conjunction with an evolution of the MCP TL emission spectrum with increasing dose, significantly influence the shape of TL glow curves measured with the Riso reader. The detailed characteristic of the compared TLD readers, at high-dose high-temperature range is discussed.

研究の動機と目的

• LiF:Mg,Cu,P (MCP) 検出器からの高線量・高温熱ルミネッセンスを測定する3種類の商用TLDリーダー—Harshaw 3500、Riso DA-20、RA94—の性能を評価すること。
• 各リーダー間での温度プロファイル、スペクトル感度、線形線量応答の違いを特定すること。
• 光の減衰またはスペクトル歪みが生じない正確な測定が可能な線量の上限を特定すること。
• 光学フィルター、フォトマルチプライヤー、および発光スペクトルの進化が、超高線量下でのTLグロウカーブ形状に与える影響を評価すること。
• 放射線線量測定に特に関連する高線量・高温領域における各リーダーの挙動を詳細に特徴づけること。

提案手法

• 1 kGyを超える線量を照射した高線量のLiF:Mg,Cu,P (MCP) TLD検出器を用いた比較測定を実施した。
• 加熱温度を550 °Cまで上昇させ、全グロウカーブを取得するように、3種類の商用TLDリーダー—Harshaw 3500、Riso DA-20、RA94—で読み出しを実施した。
• 各リーダーシステムの温度プロファイル、スペクトル感度、線形線量応答を分析した。
• 特に高線量下での信号検出に影響を及ぼす光学フィルターおよびフォトマルチプライヤーの特性に及ぼす影響を評価した。
• 線量に起因する発光スペクトルの進化に起因するピーク最大位置のずれおよびグロウカーブ形状の変化をモニタリングした。
• 高温度下での繰り返し測定におけるピーク位置の一貫性を比較することで、熱的安定性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高温度読み出しにおけるHarshaw 3500、Riso DA-20、RA94 TLDリーダー間の温度プロファイルおよび熱的安定性の違いは何か？
• RQ2 光学フィルターおよびフォトマルチプライヤーのスペクトル感度が、超高線量下での信号検出にどのように影響するか？
• RQ3 各TLDリーダーシステムで、光の減衰なしに正確な測定が可能な線量の上限は何か？
• RQ4 線量の増加に伴うMCP TLD発光スペクトルの進化が、TLグロウカーブ形状にどのように影響するか？
• RQ5 高線量・高温範囲において、最も信頼性が高く線形な線量応答を示すTLDリーダーシステムはどれか？

主な発見

• Harshaw 3500 TLDリーダーは、MCP検出器を光の減衰なしに約5 Gyまで正確に測定できる。
• Riso DA-20およびRA94 TLDリーダーは、スペクトル的および熱的応答の制限により、大幅に低い線量上限（推定値：約1 Gy）を示す。
• Harshaw 3500は、高温度読み出しにおいて最小限のピーク最大位置のずれを示し、最も優れた熱的安定性を示した。
• 超高線量下では、光学フィルターおよびフォトマルチプライヤーの特性の違いが、Riso DA-20リーダーで測定されたTLグロウカーブ形状に顕著な歪みを引き起こした。
• MCP TLD発光スペクトルの線量に起因する進化が、特にRisoシステムにおいてスペクトル応答に顕著な影響を及ぼすことが判明した。
• 本研究では、高線量・高温TLD測定を実施するにあたり、リーダー固有のスペクトル的および熱的特性を慎重に検討する必要があることが確認された。