[논문 리뷰] Comparison of commercial thermoluminescent readers regarding high-dose high-temperature measurements

P. Bilski, W. Gieszczyk외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 24.

Luminescence Properties of Advanced Materials참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 리튬 플루오라이드:마그네슘, copernicium, 인듐 (MCP) 검출기를 사용한 고선량, 고온 측정을 위한 세 가지 상용 열광측정(Thermoluminescent, TLD) 독자—Harshaw 3500, Riso DA-20, RA94—를 비교한다. Harshaw 3500은 빛의 감쇠 없이 5 Gy까지 정확한 읽기 결과를 제공하는 데서 뛰어난 성능을 보였으며, Riso와 RA94 독자는 스펙트럼 및 열적 반응 한계로 인해 초고선량 조건에서 약 1 Gy로 제한되었다.

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.

연구 동기 및 목표

• LiF:Mg,Cu,P (MCP) 검출기에서 고선량, 고온 열광측정 성능을 평가하기 위해 세 가지 상용 TLD 독자—Harshaw 3500, Riso DA-20, RA94—의 성능을 평가한다.
• 각 독자 간의 온도 프로파일, 스펙트럼 민감도 및 선형 선량 반응 차이를 규명한다.
• 빛의 감쇠 또는 스펙트럼 왜곡 없이 정확한 측정이 가능한 상한선량을 결정한다.
• 광학 필터, 광증폭기 및 방출 스펙트럼의 진화가 초고선량 조건에서 TL 빛나는 곡선 형상에 미치는 영향을 평가한다.
• 방사선 선량 측정에 관련된 고선량, 고온 영역에서 각 독자의 거동을 상세히 특성화한다.

제안 방법

• 1 kGy를 초과하는 고선량에 노출된 LiF:Mg,Cu,P (MCP) TLD 검출기를 사용한 비교 측정을 수행하였다.
• Harshaw 3500, Riso DA-20, RA94 세 대의 상용 TLD 독자에서 550 °C까지 가열하여 전체 빛나는 곡선을 캡처하였다.
• 각 독자 시스템의 온도 프로파일, 스펙트럼 민감도 및 선형 선량 반응을 분석하였다.
• 특히 고선량 조건에서 광학 필터 및 광증폭기 특성이 신호 탐지에 미치는 영향을 평가하였다.
• 선량 유도 방출 스펙트럼의 진화로 인한 피크 최대 위치 이동 및 빛나는 곡선 형상 변화를 모니터링하였다.
• 고온에서 반복 측정 시 피크 위치 일관성을 비교하여 열적 안정성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Harshaw 3500, Riso DA-20, RA94 TLD 독자 간에 고온 독출 조건에서 온도 프로파일과 열적 안정성에 어떤 차이가 있는가?
• RQ2 광학 필터 및 광증폭기의 스펙트럼 민감도가 초고선량 조건에서 신호 탐지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 각 TLD 독자 시스템에서 빛의 감쇠 없이 정확한 측정이 가능한 상한선량은 얼마인가?
• RQ4 증가하는 선량에 따라 MCP TLD 방출 스펙트럼이 어떻게 변화하는가에 따라 TL 빛나는 곡선 형상에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 고선량, 고온 영역에서 가장 신뢰성 있고 선형적인 선량 반응을 보이는 TLD 독자 시스템은 무엇인가?

주요 결과

• Harshaw 3500 TLD 독자는 MCP 검출기를 빛의 감쇠 없이 약 5 Gy까지 정확하게 측정할 수 있다.
• Riso DA-20 및 RA94 TLD 독자는 스펙트럼 및 열적 반응 한계로 인해 상한선량이 약 1 Gy로 현저히 낮다.
• Harshaw 3500은 고온 독출 조건에서 피크 최대 위치의 이동이 최소로 나타나 가장 뛰어난 열적 안정성을 보였다.
• 초고선량 조건에서 광학 필터 및 광증폭기 특성의 차이로 인해 Riso DA-20 독자에서 TL 빛나는 곡선 형상이 심각하게 왜곡되었다.
• 증가하는 선량에 따라 MCP TLD 방출 스펙트럼의 진화가 특히 Riso 시스템에서 스펙트럼 반응에 심각한 영향을 미치는 것으로 확인되었다.
• 이 연구는 고선량, 고온 TLD 측정을 수행할 경우 독자 고유의 스펙트럼 및 열적 특성을 신중히 고려해야 한다고 확인한다.