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1、第19卷第2期核电子学与探测技术Vol119No121999年3月NuclearElectronics&DetectionTechnologyMarch1999光致荧光及其在电离辐射剂量测量中的应用毋涛(中国辐射防护研究院,太原120信箱,030006)近年来,用于电离辐射个人剂量监测的光致荧光技术日趋成熟,目前已经开发出了商用光致荧光剂量计。本文主要文献资料简要介绍了光致荧光的基本原理、目前用于光致发光剂量计的常用材料以及剂量计测量设备,同时简要介绍光致荧光剂量计相对于热释光剂量计的优点,光致荧光的应用前景。关键词:光致荧光辐
2、射剂量0引言早在1912年就有人描述过许多无机化合物在受到β和γ辐射照射之后,用紫外线光激发[1][2,3]所得的各种光谱。后来又研究了红外光激发所得的各种发射光谱。1955年,在苏联的一次和平利用原子能会议上,苏联科学家AntonovRomanovskii第1次提出了用对远红外光敏[4]感的SrS:Eu,Sm作为电离辐射剂量计的建议。为了区别这种剂量计与辐射光致荧光(Ra2[5]diophotoluminescence,RPL)剂量计的不同,Schulman将其定义为光致荧光(OpticallyStimu2latedLumin
3、escence,OSL)剂量计。由于测量灵敏度以及测量方法等方面的原因,同时也由于热释光(TLD)剂量计的迅速发展,一直到了80年代中期,光致荧光在辐射剂量测量方面的研[6,7][8]究才有了突破性进展。目前,已经开发出用于个人剂量监测的商用剂量计。本文主要介绍光致荧光的基本原理、目前用于光致荧光剂量计的常用材料以及剂量计测量设备,同时简要介绍光致荧光剂量计相对于热释光剂量计的优点,光致荧光的应用前景。1光致荧光基本原理为了便于理解光致荧光的基本原理,我们可以比较一下光致荧光剂量计与目前常用的热释光剂量计和辐射光致荧光剂量计(荧
4、光玻璃剂量计)的发光机制。图1是热释光(TLD)、光致荧光(OSL)和辐射光致荧光(RPL)的发光机制示意图。从图1中可看出,光致荧光的发光机制基本上和热释光是一样的,主要的区别在于热释光是通过加热激发图1热释光、光致荧光和辐射光致荧光的发光机制示意图(图中能级1、2、3为电子陷阱,能级4为空穴能级,能级1a为激发态)释放荧光的,而光致荧光是用150©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.n
5、et[5]可见光激发释放荧光的。另外,还可以看出,OSL过程可以通过选择激发波的波长来释放一般TL过程无法释放的被较深的电子陷阱俘获的电子(图1b中的过程c)。从发光过程不难[7]看出,由于OSL过程可以释放更多的俘获电子,因此OSL的测量灵敏度要比TL高。光致荧光与辐射光致荧光的不同点主要表现在:一是发光机制不同。比较图1中b和c可以看出,光致荧光的发光机制是受激电子在空穴结合的过程中通过荧光辐射释放电子能量;辐射光致荧光则是发光中心的电子受激到激发态,在返回基态过程中通过荧光辐射释放电子能量。光致荧光的发光中心会被激发辐射清
6、除;而辐射光致荧光的发光中心不会被激发辐射[1]所破坏(或只有少许破坏)。辐射效应的永久性使得辐射光致荧光剂量计可以进行无限次[9]的重复测量或在剂量累积期间进行中期测量。二是激发光和辐射光波长不同。光致荧光激发光的波长比辐射光的长,而辐射光致荧光激发光的波长比辐射光的短。2光致荧光剂量计常用材料及其性能从光致荧光的发光机制可以看出,具有热释光性能的材料都或多或少地具有光致荧光性[7]能。目前可用于光致荧光剂量计的材料基本上可以分为天然材料和合成材料两大类。211天然材料目前已经研究过的天然材料包括石英、长石类、燧石和未经分离的
7、天然材料。[6]石英是目前研究得最多的天然材料。Huntley等人最早就是根据石英的荧光辐射强度来确定沉积物的地质年代,从而确定了用目前流行的光致荧光测定电离辐射剂量的基本过程。相对与其他天然材料,石英所产生的荧光辐射比较强,而且衰减得比较快。石英所产生的荧光辐射强度与激发光的波长有关。在激发光能量为119～215eV时,石英所产生的荧光辐射强[10]度与激发光的能量之间存在线性关系。石英的光致荧光灵敏度与石英在受照前是否加热有很大的关系。如果石英在受照前在800℃加热60min,其灵敏度可比未加热的石英高出一[10,11][1
8、2]个数量级。通过实际测定从烧过的粘土中提取的石英,其最低探测限可低于1mGy。天然材料的测量下限一般较高,不适应于低剂量监测。目前,用光致荧光方法测量天然材料中的累积辐射剂量,主要是用于地质年代、考古研究。212合成材料目前研究过的合成材料主要有陶瓷和热释光材
