DE69412471T2

DE69412471T2 - Methode der strahlungsmessung und des strahlungsnachweis mit verbesserter empfindlichkeit

Info

Publication number: DE69412471T2
Application number: DE69412471T
Authority: DE
Inventors: Steven D. Richland Wa 99352 Miller
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JPH09500200A; ATE169743T1; EP0689680A1; DE69412471D1; JP3181594B2; EP0689680B1; CA2154780A1; CA2154780C; WO1994022034A1; ES2121198T3; US5354997A

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Dies ist eine Continuation-in-part einer ebenfalls anhängigen Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/723,063, eingereicht am 28. Juni 1991 (=WO-A-93/00595), welche eine Continuation-in-part der Patentanmeldung mit der Seriennummer 071431,307 ist, eingereicht am 3. November 1989 (=US-A-5,028,794), derzeit aufgegeben.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Wenn ein Festkörperkristall ionisierender Strahlung ausgesetzt ist bzw. ionisierend bestrahlt wird, treten mehrere Absorptionsbänder in Erscheinung, bei ansteigend höheren Pegeln bzw. Niveaus an Strahlungsschädigung bzw. -störung. In dem Fall von Alkalihalogeniden ist das F-Band das erste der Strahlungsschädigungs- bzw. -stör- bzw. -störungs- bzw. -beschädigungs- bzw. -fehlsteilen bzw. -zentren, ein erfaßbares Absorptionsband erzeugend. Mit ansteigender Strahlungsaussetzung bzw. Bestrahlung baut sich ein zweites Störstellen- bzw. Schädigungszentrum bzw. Fehlstellen- bzw. -zentrum in dem Absorptionsspektrum auf. Die zweite Störstelle ist bekannt als das M-Zentrum bzw. die M-Stelle, wobei generell angenommen wird, daß diese bzw. dieses aus zwei benachbarten F-Zentren bzw. -Stellen besteht. Absorptionsmessungen von LiF geben an, daß die Spitze bzw. der Peak der M-Zentrumsabsorption bei 443 nm auftritt.
Hochreine bzw. hochgereinigte Lithiumfluorid (LiF) Kristalle werden seit langem als optische Fenster verwendet. Optisch bewertetes bzw. eingestuftes LiF ist bekannt für ausgezeichnete Transmission, ausgehend von tiefem Ultraviolett bis hin zum Infrarot. LiF-Kristalle werden verwendet für Hochpegel- bzw. Hochniveau(Mega-Rad) Gamma-Dosimetrie, unter Verwendung von strahlungsinduzierten Absorptionspeaks, die mit einem Spektrometer gemessen werden. Absorptionsmessungen sind jedoch ein sehr unempfindlicher Weg zum Messen dieser Strahlungsschädigungszentren bzw. -störstellen bzw. -fehl- bzw. -fehlersteilen. Alkalihalogenide werden verwendet zum Messen der Strahlungsdosis, welcher kristallines Material ausgesetzt wurde bzw. mit welcher dieses bestrahlt wurde, durch Erregen des kristallinen Materiales mit optischer Strahlung bei einer Wellenlänge, welche jener eines bekannten Absorptionsbandes entspricht, und mittels Beobachtung der Lumineszenz.
Obwohl das F-Zentrum die größte Konzentration an Störstellen für eine gegebene Strahlungsaussetzung bzw. Bestrahlung bereitstellt, ist die Lumineszenz des F- Zentrums thermisch gequentscht unterhalb von Raumtemperatur und ist somit von begrenzter Verwendbarkeit beim Quantifizieren von Ionisationsbestrahlung bzw. Ionisationsstrahlenaussetzung unter Verwendung von Lumineszenztechniken. Erregung in das M-Zentrum-Absorptionsband mit längerer Wellenlänge bei Raumtemperatur erzeugt jedoch Lumineszenz. M-Zentrums-Lumineszenz involviert eine wesentliche Stoke'sche-Verschiebung, wodurch es ermöglicht wird, die Lumineszenz bei deutlich unterschiedlicher Wellenlänge bezüglich der Erregerwellenlänge zu beobachten.
D. F. Regulla, Lithium Fluoride Dosimetry Based an Radiophotoluminescence, Health Physics, Vol. 22, Seiten 491-496 (1972) offenbart eine Dosimetrie- Technik, bei welcher Lumineszenz von dotiertem LiF, bestrahlt, erregt wird durch Licht bei 450 nm. Das Lumineszenzspektrum umfaßt Peaks bei 520 nm und 620 nm.
S. Datta und A. E. Hughes, Luminescence Dosimetry Using Sodium Fluoride Single Crystals, Health Physics, Vol. 29, Seiten 420-421 (1975) offenbart eine Untersuchung unter Verwendung von NaF, erregt bzw. angeregt durch Licht bei 350 nm und mit einem Lumineszenz-Peak bzw. einer Lumineszenz-Spitze bei 660 nm.
In dem Fall der von Regulla berichteten Arbeit ist das bestrahlte LiF dotiert. Der berichtete Peak bei 520 nm wird bei reinem LiF nicht beobachtet.
Die Anmeldung U. S. S/N 07/431,307 ('307) offenbart, daß Strahlungsschädigung bzw. -störung quantifiziert werden kann mittels Messen der M-Zentrums- Lumineszenz. Der Peak des M-Zentrums-Emissionsspektrums in LiF tritt auf bei etwa 665 nm. Entsprechend der Anmeldung ('307) wurde herausgefunden, daß die Erregung bzw. Anregung eines LiF-Kristalles mit Licht, bei einer Wellenlänge, welche eng übereinstimmt bzw. eng zusammenpaßt bezüglich der Wellenlänge, bei welcher der Peak der M-Zentrums-Absorption auftritt, deutlich die Lumineszenz verstärkt, ausgehend von dem M-Zentrum von LiF.
Ein Nachteil der oben erwähnten Techniken besteht darin, daß sie Erregerquellen fordern, welche Licht emittieren bei relativ kurzen Wellenlängen. Laser, welche Licht bei solch kurzen Wellenlängen emittieren, sind deutlich teurer als Laser, welche Licht in den Rot- und Infrarot-Bereichen emittieren. Ein weiterer Nachteil der oben erwähnten Techniken besteht darin, daß sie Bestrahlungen bzw. Strahlungsaussetzungen von unter 1 mR nicht zuverlässig messen.
Aus der WO-A-93/00595 ist es bekannt, daß ein empfindlicheres Verfahren der Strahlungsschädigungs- bzw. -störungsmessung als Absorptionsmessung erreicht werden kann mittels Messung der M-Zentrums-Lumineszenz. Anregung bzw. Erregung eines LiF-Kristalles mit einem 442 nm He-Cd-Laser wurde als deutlich verstärkend wirkend herausgefunden bezüglich der Lumineszenz, ausgehend bzw. auftretend von bzw. an dem M-Zentrum von LiF. Ein He-Cd-Laser ist der bevorzugte Erreger-Laser, dadurch bedingt, daß Absorptionsmessungen in LiF anzeigen, daß der Peak bzw. die Spitze der M-Zentrums-Absorption bei 443 nm auftritt. Laser-Stimulation erzeugt einen erregten bzw. angeregten Zustand des M-Zentrums, welcher einer sehr starken Stoke'schen-Verschiebung unterliegt. Der Peak des M-Zentrums-Emissionsspektrums tritt auf bei 665 nm, bei einer Halbwärtsbreite von 0,36 eV. Da die Erregerwellenlänge sich deutlich von der Emissions- bzw. Abstrahlweüenlänge unterscheidet, kann eine Messung der tiefroten Emission gleichzeitig mit der Erregung erfolgen. Somit stellt optische Filtrierung ein Mittel bereit zum Messen der M-Zentrums-Lumineszenz, und zwar gleichzeitig mit der Laser-Erregung in das M-Zentrums-Absorptionsband. Die Population an M-Zentren steigt an mit ansteigender Strahlungsschädigung bzw. -störung, und daher stellt die M-Zentrums-Lumineszenz eine Basis für Strahlungsdosimetrie bereit. Das Auslesen des LiF kann in einem Bruchteil einer Sekunde erreicht werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Empfindlichkeit oder die Fähigkeit, noch niedrigere Strahlungsdosen zu unterscheiden und zu messen, zu verbessern.
Erfindungsgemäß ist ein Strahlungsdosis-Meßverfahren mit einem kristallinen Material angegeben, welches Störstellen- bzw. Schädigungs- bzw. Fehler- bzw. Fehlstellen- bzw. -Zentrums-Absorption zeigt, umfassend die Schritte:
(a) Bestrahlen des Körpers bzw. Aussetzen des Körpers bezüglich Strahlung;
(b) Behandeln des ausgesetzten bzw. bestrahlten Körpers, zum Erhöhen der Lumineszenz von Störstellen, welche Behandlung die Schritte umfaßt:
Auswählen einer Temperatur und einer entsprechenden vorbestimmten Zeit;
Erwärmen des ausgesetzten bzw. bestrahlten Körpers auf die Temperatur für die vorbestimmte Zeit; und
Erlauben, daß der erwärmte Körper auf Umgebungstemperatur abkühlt;
(c) Erregen bzw. Anregen des behandelten Körpers mit optischer Strahlung bei einer ersten Wellenlänge, naheliegend zu einem Peak-Störstellen-Absorptionszentrum; und
(d) Messen der optischen Energie, emittiert von dem angelegten bzw. erregten Körper durch Lumineszenz bei einer zweiten Wellenlänge, welche länger ist als die erste Wellenlänge.
Die Empfindlichkeit bzw. das Ansprechvermögen kann weiter erhöht werden durch gründliches Glühen bzw. Ausglühen der Kristalle vor der Strahlungsaussetzung bzw. Bestrahlung, wodurch das Hintergrundsignal von den Kristallen selbst reduziert wird.
Die Wirkung bzw. der Effekt der Behandlung im obigen Schritt (b) kann dadurch erklärt werden, daß Primär-Strahlungsstör- bzw. -Schädigungs-Zentren bzw.- stellen, z. B. F-Zentren, koalisieren bzw. koaliszieren bzw. verschmelzen in Sekundär-Strahlungsstör- bzw. -Schädigungsstellen bzw. -Zentrum, z. B. M- Zentren, wodurch die strahlungsinduzierte Lumineszenz, ausgehend von den Kristallen, erhöht ist bzw. wird.
Während sämtliche Elemente der Alkalihalid-Familie Kandidaten für M-Zentrums- Lumineszenz-Dosimetrie sind, wird Lithiumfluorid (Lif) aus einer Vielzahl von Gründen bevorzugt. Erstens ist das Kristall kommerziell verfügbar in großen Mengen, bedingt durch dessen Verwendung als optisches Fenstermaterial. Zweitens ist LiF nahezu stoff- bzw. gewebeäquivalent beim Energieansprechen auf Photonen, wodurch es ein geeignetes Material für Mischfeld-Dosimetrie-Anwendungen ist. Schließlich kann LiF angeregt bzw. erregt werden durch einen kostengünstigen, kommerziell verfügbaren Blaulicht-Laser, wobei die M-Zentrums-Lumineszenz praktisch in dem sichtbaren Spektrum auftritt. Dieses Merkmal vereinfacht Lichterfassung, da Photoröhren, welche ansprechen bzw. empfindlich sind auf das sichtbare Lichtspektrum, einfach verfügbar sind. Daten, die dosimetrischen Eigenschaften des M-Zentrums beschreibend, und andere generelle physikalische Daten bezüglich des M-Zentrums liegen vor in der detaillierten Beschreibung, welche ebenfalls die Möglichkeiten für M-Zentrums-Dosimetrie in LiF diskutiert.
M-Zentrums-Lumineszenz existiert in fast jedem Festkörperkristall, welches derzeit künstlich gezüchtet werden kann, und ist nicht beschränkt auf die Alkalihalid-Gruppe. Jedes Kristall weist ein charakteristisches M-Zentrums-Absorptionsband auf, welches gemessen werden kann, folgend einer großen bzw. starken Bestrahlung bzw. Strahlungsaussetzung (etwa 1 MegaR). Bei Illumination bzw. Beleuchtung in die M-Zentrums-Lumineszenz, welche auftritt bei deutlich unterschiedlicher Wellenlänge bezüglich des Erreger-Laserlichtstrahles, ist eine einfache Trennung bzw. Separation und Erfassung gleichzeitig möglich zu der Lichterregung bzw. -anregung unter Verwendung eines optischen Filters, welcher das Erreger- bzw. Anregungslicht absorbiert und die M-Zentrums-Lumineszenz transmittiert.
Aus der WO-A-93/00595 ist es bekannt, daß der M-Zentrums-Absorptionspeak von strahlungsgeschädigtem bzw. -gestörtem NaF bei einer Wellenlänge von etwa 500 nm vorliegt. Wenn bestrahltes NaF erregt bzw. angeregt wird mit Licht bei einer Wellenlänge von etwa 500 nm, emittiert es Licht über einen Bereich von 580 nm bis etwa 750 nm, mit einem Peak bei etwa 620 nm. Es wurde ebenfalls entdeckt, daß wenn ein Körper aus reinem NaF, welcher ionisierender Strahlung bzw. Ionisationsbestrahlung ausgesetzt wurde bzw. ionisierend bzw. ionisationsbestrahlt wurde, erregt wird mit Licht bei einer Wellenlänge von 632 nm, es Licht emittiert über einen Bereich von etwa 680 nm bis etwa 1050 nm, mit einem Peak in der Lumineszenz-Kurve bzw. in dem Lumineszenz-Verlauf bei etwa 875 nm. Ferner emittiert ein Körper aus reinem, d. h. undotiertem Alkalihalid, insbesondere LiF oder NaF, Ionisationsstrahlung ausgesetzt und erregt durch Licht bei einer Wellenlänge, welche deutlich länger ist als jene des Peaks des M- Zentrums-Absorptionsspektrums, Licht in dem Infrarot-Bereich bei einer Intensität, welche abhängig ist von der Strahlungs- bzw. Bestrahlungsdosis, der der Körper ausgesetzt war.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhöht ein Koalisieren bzw. eine Koaleszenz bzw. ein Verschmelzen von Primär-Strahlungsstör- bzw. - schädigungsstellen bzw. -zentren zu Sekundär-Strahlungsstör- bzw. -schädigungsstellen bzw. -zentren strahlungsinduzierte Lumineszenz, auftretend durch mehrere Dekaden von etwa 20 bis 50 mal, wodurch die Messung von Strahlungsaussetzungen bzw. Bestrahlungen von unter 1 mR ermöglicht wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein besseres Verständnis der Erfindung und zum Darlegen, wie dieselbe durchgeführt werden kann, wird nun Bezug genommen, lediglich beispielhaft, auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen gilt:
Fig. 1 ist ein Diagramm eines M-Zentrums-Lumineszenz-Auslesesystemes.
Der He-Cd-Laser erzeugt 70 mW bei 442 nm mit einem Strahldurchmesser von 1 mm. Die Leseeinrichtung besteht aus einem lichtdichten Metallgehäuse mit einer Probenschublade bzw. -aufnahme zum Einführen und Entfernen der LiF-Kristalle. Die Kammerflächen sind aus schwarzem Kunststoff hergestellt, zum Zurückwerfen und Abschirmen von Streulicht. Ein RCA 8852-Photorohr mit einem optischen Breitband-Interferenz-Filter wird verwendet zum Zurückwerfen bzw. Ausschließen des Laserlichts und zum Transmittieren der M-Zentrums-Lumineszenz. Ein Personal Computer enthält ein Multichannel- bzw. Mehrfachkanal-Skalierboard bzw. -platine zur Photonenzählung, 50 MHz unterstützend.
Fig. 2 zeigt ein optisches LiF-M-Zentrums-Lumineszenz-Emissionsspektrum, gemessen unter Verwendung einer Tracor Northern optical Multichannel Analysiereinrichtung. Die M-Zentrums-Lumineszenz- Emission wurde angeregt bzw. erregt durch einen 442 nm He-Cd- Laser. Das LiF-Kristall wurde ausgesetzt bzw. bestrahlt bei 2,6 mC/kg, unter Verwendung einer 6ºCo-Quelle. Der Peak des Emissionsspektrums liegt bei 665 nm, bei einer Halbbreite bzw. Halbwärtsbreite von 0,36 eV.
Fig. 3 zeigt ein optisches Absorptionsspektrum für einen LiF-Kristall, ausgesetzt bzw. bestrahlt mit 260 mC/kg. Die optische Pfadlänge des LiF-Kristalles beträgt 6 mm. Das optische Absorptionsspektrum wurde aufgenommen unter Verwendung eines Hewlett-Packard- Dioden-Feldspektrometers. Der Peak des Absorptionsspektrums wurde gemessen bei 443 nm.
Fig. 4 zeigt eine optische Verblassungsrate der M-Zentrums-Lumineszenz als eine Funktion der auf den Kristall einfallenden 442 nm He-Cd- Laserenergie bzw. -leistung. Das verwendete Kristall in dieser Figur wurde 26 mC/kg ausgesetzt bzw. mit 26 mC/kg bestrahlt. Die Zeitkonstante für das optische Verblassen wurde ermittelt als 32 Sek. Die gesamte Reduktion in der M-Zentrums-Lumineszenz-Intensität betrug 20% bei einer zugeführten bzw. gelieferten Energie von 30 J.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines Personen-Dosimeters, basierend auf einem LiF-Kristall.
Fig. 6 stellt das Absorptionsspektrum von reinem NaF dar, welches einer Dosis an Gamma-Strahlung bzw. -Bestrahlung von 10&sup7; bestrahlt bzw. ausgesetzt wurde.
Fig. 7 stellt das Emissionsspektrum von reinem NaF dar, welches von Gamma-Stahlung bestrahlt bzw. ausgesetzt wurde, nach Erregung bzw. Anregung durch Licht bei 514 nm.
Fig. 8 stellt das Emissionsspektrum von reinem NaF dar, welches durch Gamma-Strahlung bzw. Bestrahlung bestrahlt bzw. ausgesetzt wurde, nach Erregung bzw. Anregung durch Licht bei 632 nm.
Fig. 9 stellt das Emissionsspektrum von reinem LiF dar, welches durch Gamma-Strahlung bzw. -Bestrahlung bestrahlt bzw. ausgesetzt wurde, nach Erregung bzw. Anregung durch Licht bei 632 nm.
Fig. 10 zeigt das Lumineszenz-Ansprechen von Lithium-Fluorid-Kristallen, welche mit 50 Rbestrahlt wurden und wärmebehandelt bei Temperaturen zwischen etwa 25ºC und etwa 500ºC liegend, für eine Zeit von etwa 1 Stunde.
Fig. 11 zeigt das Lumineszenz-Ansprechen von Lithium-Fluorid-Kristallen, welche bestrahlt wurden bei von etwa 50 mR bis etwa 10 R und wärmebehandelt bei einer Temperatur von etwa 300ºC, für eine Zeit von etwa 1 Stunde.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Optisch bewertete bzw. eingestufte bzw. gradierte Lithium-Fluorid-Einzelkristalle (6 mm · 6 mm · 6 mm) wurden ausgewählt für M-Zentrums-Messungen. Da eine erkennbare Population an M-Zentren in kommerziell verfügbaren Kristallen vorliegt, werden die Zentren gelöscht durch Wärmebehandlung. Während eine Wärmebehandlung in Luft bei 873 K für 1 Stunde als zufriedenstellend herausgefunden wurde beim Reduzieren des M-Zentrums-Hintergrundes bzw. - Rauschens für viele Anwendungen, ist eine weitere Reduktion bzw. Absenkung des Hintergrundes bzw. des Rauschens wünschenswert. Es wurde entdeckt, daß das Hintergrundsignal weiter reduziert werden kann durch Wärmebehandlung bei niedrigeren Temperaturen für längere Zeitperioden, wie gezeigt in der beigefügten Tabelle.
Die Daten der vorangegangenen Tabelle geben an, daß gründlicheres Glühen bzw. Ausglühen oder Löschen erreicht werden kann durch Halten der Kristalle bei einer angehobenen Temperatur für mehrere Stunden. Jedoch kann eine Behandlung bei 600ºC eine Reaktion veranlassen zwischen Kristallen und Glasgefäßen (Pyrex). Eine Behandlung bei 550ºC vermeidet diese Reaktion. Nach 1 Stunde Wärmebehandlung bei 600ºC wurden einige der Kristalle als Vergleiche behalten, während der Rest ausgesetzt bzw. bestrahlt wurde auf bzw. bei 0,26, 2,6, 26 und 260 mC/kg durch bzw. mit einer &sup6;&sup0;Co-Quelle. Nach der Bestrahlung wurden die Kristalle in Papierumschlägen gelagert, um unbeabsichtigte Lichtbestrahlung bzw. -aussetzung zu verhindern.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, besteht die Auslese-Vorrichtung aus drei distinkten funktionellen Einheiten: einem 70 mW He-Cd 442 nm Laser 2, einem lichtdichten Gehäuse 4, die Probenkammer 6 und ein Photorohr 8 und ein Photonen-Zählsystem 10 enthaltend. Der He-Cd-Laser ist fokussiert auf einen Strahldurchmesser von 1 mm an der Kristallfläche und transmittiert durch das Kristall an den Mitten von zwei gegenüberliegenden kubischen bzw. Kubusflächen. Zum Bereitstellen des Laser-Erregungs- bzw. -Anregungslichtes für die Kristalle wurden der Laserstrahlpfad und die Probenkammer aus schwarzem Kunststoff hergestellt, die Abschirmung von Streuraumlicht und Laserstreuung unterstützend. Ein Breitband-Interferenz-Filter 12, mittig vorgesehen bei 650 nm, wurde ausgewählt, um zu verhindern, daß das 442 nm He-Cd-Laser-Licht das Photorohr 8 erreicht und M-Zentrums-Lumineszenz transmittiert bzw. überträgt. Der Filter stellt eine 650 nm Peak-Transmission von 50% und eine Bandbreite von 70 nm bereit. Die Transmission von gestreutem 442 nm He-Cd-Laser-Licht wird durch den Filter 12 auf 0,01% reduziert. Eine 1 mm Öffnung liegt vor in dem optischen Filter und dem Kristall zur Unterstützung des Ausschlusses bzw. der Rückwerfung eines Teiles des Hintergrundlichtes, die M-Zentrums-Lumineszenz begleitend. Das Photorohr 8, ausgewählt für das Experiment, ist ein RCA 8852 mit einer rot verschobenen bzw. -ausgedehnten Multi-Alkali-Photokathode und ist bei 90º bezüglich der Achse des Laserstrahles montiert. Das Photorohr ist ausgewählt bezüglich der Eignung zur Photonen-Zählung und verfügt über ausgezeichnetes Rot-Ansprechen. Das Photonen-Zählsystem besteht aus einem Vor-Verstärker, einem Verstärker, einer Diskriminator-Einrichtung und einem Multi-Channel-Skalierboard, aufgenommen in einem Personal Computer bzw. PC. Das Zählsystem unterstützt 50 MHz-Raten.
Das Auszählen besteht aus dem Durchführen bzw. Durchtreten des 70 mW Laserstrahles durch die Probenkammer und hinein in das Lithium-Fluorid-Kristall, während gleichzeitiger Zählung von Photonen mit dem Multi-Channel-Skalierboard bzw. -platine in dem Computer. Ein interessierender Bereich wird ausgewählt, bestehend aus 400 Kanälen, wobei jeder Kanal eine Zeitbreite von 50 ms aufweist. Eine Integration wird durchgeführt über den interessierenden Bereich von 400 Kanälen, 20 Sek dauernd.
Fig. 2 zeigt ein optisches Emissionsspektrum einer LiF-M-Zentrums-Lumineszenz, gemessen unter Verwendung eines Tracor Nothern optical multi-channel analyzers. Das LiF-Kristall wurde ausgesetzt bzw. bestrahlt bei 2,6 mC/kg, unter Verwendung einer &sup6;&sup0;Co-Gamma-Quelle. Der Peak bzw. die Spitze des Emissionsspektrums liegt bei 665 nm, mit einer Halbbreite bzw. Halbwärtsbreite von 0,36 eV. Dieses Ergebnis wurde verwendet zum Bestimmen des optischen Interferenz- Filters, welcher mit der M-Zentrums-Lumineszenz-Leseeinrichtung zu verwenden ist. Ein optisches Absorptionsspektrum für ein stark bestrahltes bzw. ausgesetztes LiF-Kristall wurde gemessen unter Verwendung eines Hewlett Packard- Dioden-Feldspektrometers. Dieses Absorptionsspektrum ist in Fig. 3 gezeigt. Der Bestrahlungs- bzw. Aussetzungspegel bzw. -niveau für das Absorptionsspektrum betrug 260 mC/kg. Zum geeigneten Auflösen der M-Zentrums-Absorptionskurve wurde herausgefunden, daß 260 mC/kg die minimale Bestrahlung war, welche verwendet werden konnte. Die Absorptionskurven-Peaks lagen bei 443 nm, übereinstimmend mit der 442 nm-Linie des He-Cd-Lasers.
Die folgende Tabelle zeigt das M-Zentrum-Ansprechen als eine Funktion von &sup6;&sup0;Co Gamma-Bestrahlung bzw. -Aussetzung von 0,26, 2,6, 26 und 260 mC/kg. Laserstrahl bei voller Leistung (50 mW)
Die zwei Laser-Leistungspegel bzw. -niveaus wurden wegen der Zähler- bzw. Zählraten- bzw. Zählungssättigung bei 260 mC/kg Bestrahlung, unter Verwendung der gesamten 70 mW Laserleistung. Unter Berücksichtigung experimenteller Unschärfe bzw. Ungenauigkeit folgte das Ansprechen einer linearen Beziehung. Die 0,26 mC/kg ausgesetzten bzw. damit bestrahlten Kristalle zeigten ein integrales Ansprechen, welches zweimal so hoch lag wie bei einem Kristall, welches nicht bestrahlt bzw. ausgesetzt wurde.
Fig. 4 ist eine Aufzeichnung bzw. Auftragung bzw. ein Plot der Verblassungsrate der M-Zentrums-Lumineszenz als eine Funktion der Zeit. Das Kristall wurde bestrahlt mit bzw. 26 mClkg ausgesetzt, wobei die Laserleistung 70 mW betrug, geliefert bzw. zugeführt für 600 Sek. Die Zeitkonstante für das Verblassungsverfahren wurde herausgefunden als 32 Sek und erscheint als konstant verbleibend über die Zeit. Für die gesamte Zeit, während welcher die M-Zentrums-Lumineszenz aufgezeichnet wurde, betrug die Gesamtabsenkung bzw. -reduktion, bedingt durch Verblassen, lediglich 20%.
Die Zeitkonstante in Verbindung mit dem Erlöschen des angeregten bzw. erregten M-Zentrums wurde in einer Geradeausweise gemessen. Dieselbe Auslese- Vorrichtung wie für die vorangegangenen Messungen wurde verwendet für die Zeitkonstantenmessungen. Ein stickstoffgepumpter Festkörper- bzw. Matrizen- bzw. Dye-Laser wurde verwendet zum Anregen bzw. Erregen eines bestrahlten Lithium-Fluorid-Kristalles innerhalb der Auslese-Vorrichtung, wobei das Signal eingegeben bzw. gespeist wurde in ein Hewlett Packard Digitalisier-Schnellspeicher-Oszilloskop. Dem Oszilloskop wurde es ermöglicht, die M-Zentrums- Abnahme- bzw. -Erlöschungs- bzw. -Verzögerungssignale zu mitteln, bis ein glatter Datensatz erhalten wurde. Die Zeitkonstante wurde gemessen bei 70 ns. Dies erscheint konsistent mit Messungen der anderen Autoren (5, 6).
Die M-Zentrums-Lumineszenz in LiF tritt auf bei einer Zeitkonstante in der Größenordnung von 70 ns. Basierend auf diesen Messungen sollte jedes M-Zentrum in LiF in der Lage sein, etwa 10&sup7; Photonen pro Sekunde bei Sättigung zu erzeu gen. Eine einfache Berechnung, basierend auf der Oszillatorstärke des M-Zentrums in LiF, sagt voraus, daß die M-Zentrums-Lumineszenz eine Sättigung erfährt mit einem 442 nm Laserstrahl bei 40 kW. Da ein 70 mW Laser in dem vorliegenden Experiment verwendet wird, können große Verstärkungen in dem M-Zentrums-Lumineszenzsignal erreicht werden durch Erhöhen der Anregungsleistung, z. B. mittels Verwendung eines Hochintensitäts-Argon-Lasers.
Photoröhren, welche die M-Zentrums-Lumineszenz aufzeichnen, müssen extrem empfindlich sein auf das Rot-Infrarot-Emissionsspektrum, wenn ein empfindlicher Dosimeter zu realisieren ist, welcher in der Lage ist, persönliche Aufzeichnung durchzuführen. Unvorteilhafterweise zeigen rot erstreckte bzw. rot verschobene Photorohre, Einzel-Photonen-zählungsfähig, charakteristisch große Dunkelzähler bzw. -zählwerte auf, in Verbindung mit thermionischer Emission. Ein kommerziell verfügbarer Dye- bzw. Matrizen- bzw. Festkörper-Laser stellt eine elegante Lösung für das Problem von hohen Dunkelzählern bereit und erfüllt ebenfalls die Anforderungen für große Peak-Leistungen zum Erreichen der Sättigung der M- Zentrums-Lumineszenz. Da Festkörper-Laser typischerweise extrem kurze Pulsdauern aufweisen, wird der Dunkelzähler des rot verschobenen Photorohres innerhalb der Dauer des Dye- bzw. Festkörper-Laserpulses vernachlässigbar. Der blitzlampengepumpte Festkörper- bzw. Matrizen- bzw. Dye-Laser kann hergestellt werden zum Erzeugen sehr großer Peak-Leistungen innerhalb Zeitkonstanten von 10 bis 100 ps (Mikrosekunden), Größenordnungen bezüglich der Magnitude, länger als die Zeitkonstante für das Erlöschen bzw. den Abfall erregter M-Zentren. Somit wird mittels der Verwendung des blitzlampengepumpten Festkörper-Lasers die M-Zentrums-Lumineszenz maximiert durch Erzeugung von Sättigung, während eine Probennahme bzw. Sampeln der Lumineszenz ermöglicht wird in einer Zeitperiode, welche deutlich länger ist als die Abfall- bzw. Verzögerungs- bzw. Erlöschungskonstante des M-Zentrums. Diese Bedingung wird bessere statistische Ergebnisse bereitstellen. Vorteilhafterweise ist die M-Zentrums-Lumineszenz, auftretend bei Sättigung, theoretisch optimiert mit demselben Laser, welcher eine vernachlässigbare Dunkelzählrate erzeugt.
Der einschränkendste Gesichtspunkt der M-Zentrums-Lumineszenz-Technik in LiF ist der starke fluoreszierende Hintergrund bzw. das starke Fluoreszenz-Rauschen. Der ungewünschte Hintergrund bzw. das unerwünschte Rauschen, stimuliert durch das direkte und gestreute Laserlicht, geht aus von einer Anzahl an Quellen. Die erste dieser Quellen ist die Fluoreszenz, resultierend in den Kammerflächen von der Laserlichtstreuung. Eine sorgfältige Kammerauslegung sowohl bezüglich der Geometrie als auch der Materialauswahl kann stark diese Quelle von ungewünschtem Licht reduzieren. Eine zweite Quelle ist die Fluoreszenz, ausgehend von den Kristallflächen. Die Flächen- bzw. Oberflächen-Fluoreszenz ist deutlich sichtbar mit dem menschlichen Auge unter den geeigneten Bedingungen und stellt die größte Quells an ungewünschtem Licht dar. Die Flächen- bzw. Oberflächen-Fluoreszenz ist abhängig von der Art der fluoreszierenden Spezies an der Fläche bzw. Oberfläche. Die dritte Quelle von ungewünschtem Licht entsteht aus dem Gros bzw. der Masse des Kristalles. Unreinheiten innerhalb des Kristalls, welche erregt werden durch den Laserstrahl, werden Licht erzeugen, welches mit dem gewünschten Signal interferiert. Diese Lichtquelle wurde derzeit nicht beobachtet, bedingt durch die großen Fluoreszenz-Signale, welche Material- bzw. Rohkristalleffekte kaschieren. Die vierte Quelle von Hintergrund- bzw. Rauschlicht entsteht aus der Leckage des optischen Filters, verwendet sowohl zum Konditionieren bzw. Einstellen des Lasers als auch zum Blockieren bzw. Abschirmen von Streu-Laserlicht, um das Erreichen des Photorohres zu verhindern. Da das Photorohr hochempfindlich ist auf die Erreger-Laserwellenlänge, ist eine geeignete Filtration wesentlich. Hochqualitative Filter und die Verwendung von Mehrfach-Filtern kann diese Quelle von Hintergrund bzw. Rauschen davon abhalten, ernste Probleme zu veranlassen. Die zuletzt genannte Quelle an Hintergrundlicht ist wahrscheinlich die am schwersten zu handhabende.
In der Dosimetrie-Anwendung ist es wünschenswert, daß der Dosimeter wiederverwendbar ist, wobei dies den Bedarf impliziert, das Kristall zu glühen bzw. auszuglühen, um somit die M-Zentren zu entfernen. Wie vorangehend erwähnt, kann thermische Behandlung verwendet werden zum Eliminieren der M-Zentren. Jedoch wird bei einem gewissen Punkt der Wärmebehandlung das M-Zentrum einen Gleichgewichtspegel erreichen, bei welchem Punkt weiter Reduktion bzw. Absenkung der M-Zentrums-Konzentration schwierig wird. Es verbleibt zu berücksichtigen, ob dieser Konzentrationspegel in geeigneter Weise niedrig ist, zum Durchführen adequater persönlicher bzw. Personen-Strahlungs- bzw. - Bestrahlungs-Aufzeichnung.
Basierend auf dem Vorangegangenen, wird es erkannt werden, daß M-Zentrums- Lumineszenz in LiF, unter Verwendung einer &sup6;&sup0;Co-Gamma-Quelle, dargestellt wurde als ein verwendbarer Dosimeter in dem Aussetzungs- bzw. Bestrahlungsbereich von 0,026 bis 260 mC/kg. Die Hauptschwierigkeit bei der Verwendung von LiF für M-Zentrums-Lumineszenz-Dosimetrie ist der starke Hintergrund bzw. das starke Rauschen an Fluoreszenz, welches das M-Zentrums-Lumineszenz- Signal begleitet. Kostengünstige Dioden-Laser, in dem Infrarot-Bereich emittierend, sind derzeit verfügbar, welche verwendet werden können zum Erregen jener Kristalle, welche ihr M-Zentrums-Absorptionsband im Infraroten aufweisen.
Viele Alkalihalogenide haben ihr M-Zentrums-Lumineszenz-Absorptionsband in dem Infrarot-Bereich. Ein kostengünstiger Infrarot-Detektor kann verwendet werden zum Erfassen der Infrarot-Lumineszenz, wodurch ein kostengünstiges Laser- und Erfassungssystem technisch erreichbar ist. In dieser Weise kann die M-Zentrums-Lumineszenz verwendet werden als ein Mittei zur personenbezogenen oder Umgebungs-Dosimetrie. Durch Kopplung einer kleinen Infrarot-Lichtquelle mit einem Infrarot-Detektor und durch geeignete optische Filter wird die Kombination ein Strahlungsmonitor bzw. -aufzeichnungsgerät, welches eine Echtzeit-Analyse bereitstellt. Fig. 5 zeigt solch einen Dosimeter, umfassend ein Kristall 20, an welchem eine batteriebetriebene Dioden-Lichtquelle 22 montiert ist, wie z. B. ein Dioden-Laser bzw. eine Laser-Diode, einen Lichtdetektor 24, wie z. B. eine Lawinen-Photodiode, um die M-Zentrums-Lumineszenz des Kristalles zu erfassen, und einen optischen Filter 26 zum Blockieren bzw. Abschirmen des Laserlichtes und zum Transmittieren der M-Zentrums-Lumineszenz des Kristalles. Optisch stimulierte Lumineszenz ist beschrieben in der ebenfalls anhängigen U. S. -Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/213,245 (nunmehr U. S. -Patent Nr. 4,954,707), und der U. S. -Patentanmeldung Nr. 07/420,293 (nun U. S. -Patent Nr. 5,025,159).
Fig. 6 zeigt (Kurve A) das Absorptionsspektrum von reinem NaF, welches bestrahlt bzw. ausgesetzt wurde bezüglich einer Dosis von 107 R, und als Vergleich (Kurve B) das Absorptionsspektrum von NaF, welches nicht bestrahlt wurde. Die in Fig. 6 gezeigten Absorptionsspektren wurden gemessen unter Verwendung bekannter Techniken und herkömmlicher Ausstattung. Es wird erkannt werden, daß die Kurve A einen Peak bei etwa 505 nm aufweist. Dies ist der M-Zentrums-Absorptions-Peak. Es wird ebenfalls aus der Kurve A erkannt, daß innerhalb des Meßbereiches kein deutlicher Absorptions-Peak vorliegt bei Wellenlängen, welche länger sind als jene des M-Zentrums-Absorptions-Peaks.
Ein Einzelkristall von reinem NaF wurde ausgesetzt bzw. bestrahlt bei Raumtemperatur (etwa 20ºC) bezüglich Gamma-Strahlung bzw. Bestrahlung von einer &sup6;&sup0;Co-Quelle. Eine Laser-Lichtquelle, welche Licht emittiert bei einer Wellenlänge von etwa 510 nm, wie z. B. ein Argon-Laser, welcher bei 514 nm emittiert, wurde so angeordnet, daß dessen Ausgabe-Lichtstrahl auf das Kristall einfällt, wobei ein Spektrometer angeordnet war zum Empfangen von Licht, emittiert von dem Kristall und zum Messen der Intensität des empfangenen Lichtes als eine Funktion der Wellenlänge. Das Lumineszenzspektrum, welches gemessen wurde, ist in Fig. 7 dargestellt. Das Lumineszenzspektrum zeigt einen deutlichen Peak bei etwa 620 nm.
In einem weiteren Experiment unter Verwendung bestrahlter Einzelkristalle von reinem NaF wurde der Argon-Laser ersetzt durch einen Helium-Neonlaser, welcher Licht bei 632 nm emittiert. Das Lumineszenzspektrum, welches gemessen wurde, ist in Fig. 8 dargestellt und liegt in einem Bereich von 680 nm bis 1050 nm und zeigt einen Peak in dem Infrarot-Bereich bei etwa 875 nm. Die Amplitude des Peaks der Lumineszenz-Emission wurde herausgefunden als im wesentlichen abhängig von der Dosis an Gamma-Bestrahlung bzw. Gamma- Strahlung von etwa 1 R bis etwa 100.000 R.
Da Fig. 6 zeigt, daß das Absorptionsspektrum von NaF keinen Peak zeigt bei etwa 630 nm, glaubt die Anmelderin, daß der Effekt, dargestellt durch Fig. 8, nicht stark wellenlängenabhängig ist, und daß Erregung bzw. Anregung von reinem NaF mit Licht über einen breiten Bereich von Wellenlängen, z. B. von 560- 750 nm, ein Emissionsspektrum bereitstellen wird, welches ähnlich zu jenem ist, wie es in Fig. 8 dargestellt ist.
In einem ähnlichen Experiment mit LiF lag das Lumineszenzspektrum (Fig. 4) in einem Bereich von etwa 650 nm bis etwa 1050 nm und zeigte einen Peak, welcher in dem Infrarot-Bereich (etwa 730 nm) liegt. Basierend auf der Tatsache, daß das M-Zentrums-Absorptionsspektrum von LiF seinen Peak bei etwa 433 nm hat, schließt die Anmelderin, daß die Anregung bzw. Erregung von LiF mit Licht bei einer Wellenlänge von 550-700 nm ein Emissionsspektrum bereitstellen wird, welches ähnlich jenem in Fig. 9 gezeigten ist.
Die Beobachtungen, beschrieben unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 deuten an, daß Lumineszenz von strahlungsgeschädigtem bzw. strahlungsgestörtem kristallinen Material, insbesondere eines Alkalihalids in dem reinen Zustand, erregt bzw. angeregt werden kann durch Laser, welche Licht in den Rot- und Infrarot-Bereichen emittieren, und daß solche Lumineszenz ein empfindliches Maß der Gamma-Strahlungs- bzw. -Bestrahlungsdosis bereitstellt.
Zusätzlich zu der erhöhten Empfindlichkeit hat die Technik der stimulierten Lumineszenz bei Erregung bzw. Anregung mit Licht bei einer Wellenlänge, welche deutlich größer ist als jene des Peaks des M-Zentrums-Absorptionsspektrums, den Vorteil, daß die verwendete Laser-Lichtquelle zum Anregen bzw. Erregen des Kristalles deutlich kostengünstiger sein kann als die Laser-Lichtquelle, verwendet zum Stimulieren der M-Zentrums-Emission, wie beschrieben in der begleitenden bzw. ebenfalls anhängigen Anmeldung.
Die Lattice- bzw. Gitter- bzw. Trägheitskonstante von LiF beträgt etwa 4, während jene von NaF etwa 5 ist. Die Anmelderin glaubt, daß die optimale Wellenlänge zur Anregung des kristallinen Materials zum Bereitstellen von Infrarot-Lumineszenz abhängig ist von der Lattice- bzw. Trägheitskonstante des Materials: Kristalle, welche eine größere Trägheitskonstante haben, haben längere optimale Erregerwellenlängen, wobei die Peak-Emission wiederum verschoben ist hin zu einer längeren Wellenlänge. Bei kürzeren Zeit- bzw. Trägheits- bzw. Latticekonstanten besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, daß die Stör- bzw. Schädigungs- bzw. Schadens- bzw. Fehler- bzw. Fehlstellen bzw. -Zentren, welche Lumineszenz veranlassen, thermodynamisch unstabil werden, und demzufolge würden solche Materialien begrenzte Verwendbarkeit zur Dosimetrie aufweisen.
Die Basis für die Beobachtungen, beschrieben unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9, wird bisher nicht vollständig erfaßt. Die Infrarot-Lumineszenz kann entstehen von einer Störstelle, welche vorangehend beobachtet wurde, oder kann entstehen von einer Stelle bzw. einem Zentrum, welches vorangehend nicht beobachtet wurde.
Eine Vorrichtung ähnlich jener, wie in Fig. 5 gezeigt, kann verwendet werden zum Messen von Strahlungsdosen oder Strahlungs- bzw. Bestrahlungspegeln durch Erfassung und Messung von Infrarot-Lumineszenz, erzeugt durch den Breitband-Effekt, beschrieben unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9, und zwar im Gegensatz zu der M-Zentrums-Lumineszenz.
Ein überraschender Anstieg in dem Lumineszenz-Ansprechen wurde entdeckt beim Messen einer Glüh- bzw. Ausglühkurve. Nach dem Glühen bzw. Ausglühen durch Erwärmung der Lithium-Fluorid-Kristalle bei 600ºC für 1 Stunde in einem Ofen wurden diese bestrahlt bzw. Strahlung ausgesetzt bei einem Strahlungs- bzw. Bestrahlungspegel bzw. -niveau von 50 R und aufgeteilt in Gruppen, wobei jede Gruppe separat wärmebehandelt wurde durch Erwärmung auf eine Temperatur für eine Zeit von etwa 1 Stunde und Abkühlenlassen zurück zur Umgebungstemperatur. Eine Vergleichsgruppe wurde nicht wärmebehandelt und verblieb bei Umgebungstemperatur. Nachfolgende Messung der Zweit- bzw. Sekundär-Störstelle-(M-Zentrums)-Lumineszenz, wie hierin beschrieben, wurde durchgeführt für jede Gruppe an Kristallen. Es wurde erwartet, daß die Glüh- bzw. Ausglühkurve eine konkave nach unten gerichtete Viertelkreisform aufweisen würde, wie dargestellt in Fig. 10 durch die gestrichelte Linie (101). Jedoch wurde ein unerwarteter und überraschender Peak (102) beobachtet, wie in Fig. 10 ge zeigt, ein Ansprechen demonstrierend von etwa 23 mal größer als erwartet.
Als eine Bestätigung der ersten Beobachtung wurden LiF-Kristalle geglüht bzw. ausgeglüht bei 550ºC für 1 Stunde, aufgeteilt in Sätze, wobei jeder Satz Strahlung ausgesetzt bzw. bestrahlt wurde bei etwa 50 mr bis etwa 10 R. Jeder Satz wurde wärmebehandelt bei etwa 300ºC für etwa 1 Stunde. Peak-Ansprechen für jeden Pegel bzw. jedes Niveau an Bestrahlung ist in Fig. 11 gezeigt. Dieser Graph läßt vermuten, daß der Erhöhungseffekt bzw. Anhebungseffekt linear ist mit der Strahlungsaussetzung bzw. Bestrahlung. Jeder Datenpunkt zeigt ein Ansprechen, welches um 40 mal größer ist als bei nicht wärmebehandelten Kristallen.
Weitere Beobachtungen wurden durchgeführt für Kristalle, ausgeglüht bei 550ºC für 1 Stunde, nachfolgend aufgeteilt in drei Probenpaare, wobei jedes Paar ausgesetzt bzw. bestrahlt wurde bei 103 R, 104 R bzw. 105 R. Eine Probe von jedem Paar wurde wärmebehandelt bei etwa 300ºC für etwa 1 Stunde, wobei die andere Probe von jedem Paar nicht wärmebehandelt wurde. Bei Laser-Erregung bzw. -Anregung von jedem Paar wurde visuell beobachtet, daß kein signifikanter qualitativer Unterschied auftrat in der Lumineszenz zwischen den wärmebehandelten Proben und anderen nicht wärmebehandelten Proben.
Somit erscheint, daß die erhöhte Lumineszenz-Ansprechfähigkeit eine Funktion ist von sowohl der Temperatur der Wärmebehandlung als auch dem Niveau bzw. Pegel an Bestrahlung.
Standard-Abweichungen der Peaks lagen in einem Bereich von 8-15%, verglichen mit 2-3% Standard-Abweichung bei nicht wärmebehandelten Kristallen. Jedoch ist die größere Standard-Abweichung der Verwendung eines Ofens zuzuschreiben, ungleichmäßige Erwärmung in den Kristallen veranlassend. Gleichförmigere Ergebnisse werden erwartet bei der Verwendung eines Ofens mit gleichförmigerer Temperaturverteilung.
Bei reduziertem Hintergrund bzw. Rauschen durch gründlicheres Glühen bzw. Ausglühen und durch erhöhte strahlungsinduzierte Lumineszenz durch Wärmebehandlung wird erwartet, daß strahlungsausgesetzte bzw. mit weniger als 1 mR bestrahlte Kristalle strahlungsinduzierte Lumineszenz-Zähler bereitstellen von unter etwa 80.000 Zählern, was mit einem Photomultiplier-Rohr meßbar ist. Dies steht im Gegensatz zu einem unverbesserten bzw. unerhöhten Kristall, bereitstellend induzierte Lumineszenz-Zähler von unter etwa 2.000 Zählern für Strahlung bzw. Bestrahlung von weniger als 1 mR.
Nachfolgende Untersuchungen lassen erahnen, daß der erhöhte Lumineszenz- Ansprech-Peak ein Ergebnis ist von Koalisierung bzw. Koaleszierung bzw. Verschmelzen von primären Strahlungsstörstellen in Sekundär-Strahlungsstörstellen bzw. -Schädigungszentren. Die Daten aus dieser Untersuchung sind in der folgenden Tabelle als Erhöhungs- bzw. Verstärkungsfaktoren dargestellt. Der Verstärkungsfaktor ist definiert als das Verhältnis der gemessenen Zähler bzw. Messungszähler nach Koalisierung bezüglich Messungszählern bzw. Zählwerten vor Koalisierung bzw. Verschmelzen, und zwar für eine gegebene Strahlungsaussetzung bzw. Bestrahlung. Verstärkungsfaktoren bei verschiedenen Temperaturen für eine Aussetzung von 5 R
A = Verstärkungsfaktor von weniger als 1,0 gibt Ausglühen an
Die Daten in der vorangegangenen Tabelle deuten an, daß für Temperaturen von über 300ºC kürzere Zeiten erforderlich sind zum Erreichen ähnlicher Erhöhungs- bzw. Verstärkungsfaktoren. Es wird hypothetisch angenommen, daß für Temperaturen von unter 300ºC längere Zeiten erforderlich ist. Es wird ferner hypothetisch angenommen, daß eine kritische Temperatur besteht, unterhalb welcher der Effekt nicht beobachtbar ist.
Während der Effekt entdeckt wurde unter Verwendung von LiF-Kristallen, wird erwartet, daß andere Festkörperkristalle, insbesondere Alkalihalid-Kristalle, ebenfalls dieses Phänomen zeigen werden. Die Temperaturen und Zeiten können dieselben oder unterschiedlich, verglichen mit LiF, sein. Da dies eine neue Entdeckung ist, und da der unterliegende bzw. zugrunde liegende Mechanismus bisher noch nicht vollständig gekennzeichnet wurde, sind zusätzliche Untersuchungen erforderlich zum positiven Identifizieren von optimalen Wärmebehandlungsparametern für LiF und andere Festkörperkristalle.
Ein zusätzlicher Test wurde durchgeführt um zu untersuchen, ob die Reihenfolge der Verfahrensschritte wichtig ist. Zwei Gruppen von Lithium-Fluorid-Kristallen wurden geglüht bzw. ausgeglüht bei 550ºC für 1 Stunde. Eine Gruppe wurde nachfolgend wärmebehandelt bei 300ºC für 1 Stunde, wobei die andere Gruppe nicht wärmebehandelt wurde. Beide Gruppen wurden nachfolgend Ionisationsstrahlung ausgesetzt bzw. mit Ionisationsstrahlung bestrahlt, bei etwa 5 R. Nachfolgende Laser-Stimulierung und Lumineszenz-Messung zeigte keinen Unterschied in der Lumineszenz zwischen den zwei Gruppen an Kristallen. Es wurde daraus gefolgert, daß die Bestrahlung bzw. Strahlungsaussetzung vor der Wärmebehandlung erfolgen muß, zum Erhalten des erhöhten bzw. verstärkten Lumineszenz-Signales.
Es wird erkannt werden, daß die Erfindung nicht beschränkt ist auf die spezifischen Ausführungsformen, welche beschrieben wurden, und daß Veränderungen durchgeführt werden können diesbezüglich, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert. Zum Beispiel wird geglaubt, daß ähnliche Ergebnisse mit anderen kristallinen Materialien beobachtet werden können, insbesondere anderen Alkalihalogeniden, obwohl die Beobachtungen oben beschrieben wurden unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 lediglich bezüglich zweier Materialien, nämlich LiF und NaF. Ferner, obwohl die Beobachtungen bezüglich Glühen bzw. Ausglühen und Wärmebehandlung lediglich erfolgt sind bezüglich eines Materials, nämlich LiF, wird geglaubt, daß ähnliche Ergebnisse beobachtet werden könnten mit anderen kristallinen Materialien, insbesondere anderen Alkalihalogeniden.

Claims

1. Verfahren zur Strahlendosismessung mit einem kristallinen Material, welches Störstellenabsorption zeigt, umfassend die Schritte:

(a) Bestrahlen des Körpers;

(b) Behandeln des bestrahlten Körpers zum Erhöhen der Lumineszenz der Störstellen, welche Behandlung die Schritte umfaßt von:

Auswählen einer Temperatur und einer entsprechenden vorbestimmten Zeit;

Erwärmen des bestrahlten Körpers auf die Temperatur für die vorbestimmte Zeit; und

es dem erwärmten Körper zu erlauben, auf Umgebungstemperatur abzukühlen;

(c) Erregen des behandelten Körpers mit optischer Strahlung bei einer ersten Wellenlänge, welche nahe einem Peak-Störstellenabsorptionszentrum liegt; und

(d) Messen der optischen Energie, die von dem erregten Körper über Lumineszenz emittiert wird, bei einer zweiten Wellenlänge, welche länger ist als die erste Wellenlänge.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Temperatur zwischen etwa 300ºC und etwa 600ºC liegt und die vorbestimmte Zeit zwischen etwa 1 Stunde und etwa 2 Minuten beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, des weiteren umfassend: Löschen von Störstellen in dem Körper vor der Bestrahlung.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das Löschen die Schritte umfaßt von:

Erwärmen des Körpers auf eine Temperatur von etwa 550ºC für eine Zeit von zumindest etwa 9 Stunden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Behandlung eine Koalisierung von Primärstörstellen in Sekundärstörstellen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem Primärstörstellen F-Zentren und Sekundärstörstellen M-Zentren sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei welchem Erregung erfolgt bei einer Wellenlänge, welche nahe einer Peak-Absorptionswellenlänge der Sekundärstörstellen liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem das Löschen ein Glühen umfaßt, welches kristallinen Hintergrund auf etwa oder unter 175,000 Zähler reduziert.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem die Erregung mit kohärenter optischer Strahlung erfolgt.