石英的粒度对其前剂量热释光效应的影响
作者：王晓聆 李玲* 张慧军**
单位：山东医科大学物理教研室 济南250012
关键词：石英粉末；前剂量；热释光；测量
数理医药学杂志990127
摘 要 介绍了用石英粉末进行前剂量热释光效应的测量方法，并就不同粒度的石英样品对其110℃ TL响应的影响进行了专门研究。结果表明石英前剂量样品的110℃ TL值随石英粒度的变化而变化，且粒度悬殊越大，则TL值的相对偏差也越大。
石英受到电离辐射后，能以某种形式记录下受照射剂量的大小。当通过适当温度激活后，测量其110℃ TL峰的响应值便能确定其受照射剂量的大小。对先前受照射的石英样品通过热激活使其110℃ TL峰的响应值有很大提高，且提高的程度正比于先前所受照射剂量(前剂量)的大小，这种现象称为“前剂量(Pre\|dose)效应”。人们已成功地运用这一效应对切尔诺贝利核事故及原爆现场残留物(如砖、瓦、瓷块等)进行大量的回顾剂量的监测，并取得了大量可靠数据资料[1～2]，这说明“前剂量效应”技术在核事故剂量重建过程中发挥了重要的作用，在预见辐射流行病学研究中的剂量重建过程中也将发挥重大作用。此外，前剂量技术还可用于考古断代等领域。此项技术优点为取材方便，方法简单，是回顾剂量学中较为理想和应用价值最大的一种剂量测量方法。
, 百拇医药
1 原理与技术过程
石英的110℃热释光(TL)灵敏度有如下的特点：将石英在实验室中进行适当的热处理后，既使采用相同的试验剂量，它产生的热释光也会因以前所加的剂量不同而异。试验剂量是现在实验室中施加的，而前剂量则是自古以来积累起来的，故用现在剂量的TL值来确定以前的剂量古剂量，称之为“前剂量法”。并不是所有矿物晶体和所有的TL都具有前剂量效应，至今只发现石英110℃ TL峰具有明显的前剂量效应。这个TL峰半衰期很短，在室温下只有1～2小时，且这个TL峰的灵敏度很高，只要用很小的试验剂量(通常照射10～100mGy左右的剂量[3]，即可“诱发出”精确的热释光，当样品被短暂加热到500℃后，其灵敏度(对检验剂量的响应)的增加正比于该样品所接受的总辐射剂量(前剂量)，而且其测量强度可达到非常精确的程度。“前剂量效应”平时作为一种记忆贮存在晶体中，只有经过热激活才能显示出来。石英材料一般加热到500℃左右(为了避免热激活不足或过头，每个样品的激活温度应由其热激活特性试验确定)，当接受下次试验剂量时其热释光灵敏度就大幅度地增加(见附图)，而且该增加量正比于样品在第一次激活前所接受的总剂量，即古剂量。将试验剂量产生的热释光(TL)峰值称为灵敏度，用“S”表示，把样品在试验剂量前加热到500℃的过程称为“热激活”。其基本过程为：先将受到前剂量照射过的石英样品接受一个小的试验剂量照射，并测量110℃的TL峰值S0，然后进行热激活，再照一相同的试验剂量并测出110℃的TL峰响应值SN，接着再照一大的刻度剂量β，并再一次热激活处理，处理之后再照一相同的试验剂量，并测出110℃ TL峰响应值SN+β。由公式：
，算出前剂量的大小。
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附图 石英110℃ TL峰的前剂量效应
2 材料与方法
2.1 将化学纯石英砂碾碎过筛，筛选80～100目、100～120目、120～140目、140～160目、140～260目和300目以下六种不同粒度的石英粉末。
2.2 用蒸馏水清洗上述六种石英样品，烘干后装入六个陶瓷坩锅内，以平行方式排列放入马福炉中，进行900℃高温退火处理90分钟，目的是为了消除石英样品中原有的前剂量信息。
2.3 将此平行样品自然冷却到室温，用剂量为2.2×10\+\{-2\}C/kg的\+\{137\}C\-s铯γ辐射源照射样品，此时各不同粒度的石英粉末样品均储存了已知2.2×10\+\{-2\}C/kg的前剂量信息，则这些样品就成为模拟前剂量的石英样品。
2.4 将这些模拟前剂量样品加热到350℃，恒温处理30分钟，其目的是对石英样品进行热激活处理。再用试验剂量为1.6×10\+\{-3\}C/kg的\+\{137\}Cs铯γ辐射源照射这些石英样品。
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2.5 用FJ-377型热释光剂量仪立即测量不同粒度石英的110℃ TL峰剂量效应。选用的测量条件为：测量温度140℃，测量时间为12秒，升温速率为40℃/s。
3 结果与讨论
3.1 数据结果
石英粒度对石英前剂量110℃ TL峰的影响见附表。
附表 不同石英粒度对TL响应情况
石英粒度
(目)
前剂量效应
(110℃ TL响应)
80～100
, 百拇医药
8675
100～120
7134
120～140
6423
140～160
5781
140～260
5632
300以下
926
3.2 讨论
对从附表给出的不同粒度的石英样品测得的前剂量110℃ TL峰响应值情况，不难看出，粒度越大的石英样品，灵敏度越高；而粒度越小的石英样品，其灵敏度则较低，但当粒度悬殊过大时，相对偏差也愈大。因此，在使用石英前剂量方法进行研究测量时，最好选用140～260目的石英粉末。
, http://www.100md.com
综上所述，由于石英的110℃热释光响应在常温条件下几个小时后很快被衰退掉，为了使受照射石英的110℃ TL响应再现，可通过激活退火，再照射一个合适的试验剂量后，就能使衰退了的110℃ TL响应再现，而且是原来的数倍，正是这种再现的TL响应总是正比于前剂量的大小，所以前剂量技术在回顾剂量学中是一种非常有效的方法，同时它又具有就地取材方便、方法简捷快速、灵敏度高等长处，尤其是进行事故剂量或辐射流行病学研究中的剂量重建过程中起着重要作用。
*山东师范大学物理系
**山东建筑工程学院
参考文献
[1]NRPB report assessses Chernobyl consequences, Nucl News, 1987,30(7):50～51.
[2]DS 86 US-Japan joint reassessment of atomic bomb radiation dosimertry in Hiroshima and Nagasaki, Vol. 1, Hiroshimn, Japam, Radiation Effects RERF, 1986,161～168.
收稿日期：1998-06-15, 百拇医药(王晓聆 李玲* 张慧军**)
单位：山东医科大学物理教研室 济南250012
关键词：石英粉末；前剂量；热释光；测量
数理医药学杂志990127
摘 要 介绍了用石英粉末进行前剂量热释光效应的测量方法，并就不同粒度的石英样品对其110℃ TL响应的影响进行了专门研究。结果表明石英前剂量样品的110℃ TL值随石英粒度的变化而变化，且粒度悬殊越大，则TL值的相对偏差也越大。
石英受到电离辐射后，能以某种形式记录下受照射剂量的大小。当通过适当温度激活后，测量其110℃ TL峰的响应值便能确定其受照射剂量的大小。对先前受照射的石英样品通过热激活使其110℃ TL峰的响应值有很大提高，且提高的程度正比于先前所受照射剂量(前剂量)的大小，这种现象称为“前剂量(Pre\|dose)效应”。人们已成功地运用这一效应对切尔诺贝利核事故及原爆现场残留物(如砖、瓦、瓷块等)进行大量的回顾剂量的监测，并取得了大量可靠数据资料[1～2]，这说明“前剂量效应”技术在核事故剂量重建过程中发挥了重要的作用，在预见辐射流行病学研究中的剂量重建过程中也将发挥重大作用。此外，前剂量技术还可用于考古断代等领域。此项技术优点为取材方便，方法简单，是回顾剂量学中较为理想和应用价值最大的一种剂量测量方法。
, 百拇医药
1 原理与技术过程
石英的110℃热释光(TL)灵敏度有如下的特点：将石英在实验室中进行适当的热处理后，既使采用相同的试验剂量，它产生的热释光也会因以前所加的剂量不同而异。试验剂量是现在实验室中施加的，而前剂量则是自古以来积累起来的，故用现在剂量的TL值来确定以前的剂量古剂量，称之为“前剂量法”。并不是所有矿物晶体和所有的TL都具有前剂量效应，至今只发现石英110℃ TL峰具有明显的前剂量效应。这个TL峰半衰期很短，在室温下只有1～2小时，且这个TL峰的灵敏度很高，只要用很小的试验剂量(通常照射10～100mGy左右的剂量[3]，即可“诱发出”精确的热释光，当样品被短暂加热到500℃后，其灵敏度(对检验剂量的响应)的增加正比于该样品所接受的总辐射剂量(前剂量)，而且其测量强度可达到非常精确的程度。“前剂量效应”平时作为一种记忆贮存在晶体中，只有经过热激活才能显示出来。石英材料一般加热到500℃左右(为了避免热激活不足或过头，每个样品的激活温度应由其热激活特性试验确定)，当接受下次试验剂量时其热释光灵敏度就大幅度地增加(见附图)，而且该增加量正比于样品在第一次激活前所接受的总剂量，即古剂量。将试验剂量产生的热释光(TL)峰值称为灵敏度，用“S”表示，把样品在试验剂量前加热到500℃的过程称为“热激活”。其基本过程为：先将受到前剂量照射过的石英样品接受一个小的试验剂量照射，并测量110℃的TL峰值S0，然后进行热激活，再照一相同的试验剂量并测出110℃的TL峰响应值SN，接着再照一大的刻度剂量β，并再一次热激活处理，处理之后再照一相同的试验剂量，并测出110℃ TL峰响应值SN+β。由公式：
，算出前剂量的大小。, http://www.100md.com
附图 石英110℃ TL峰的前剂量效应
2 材料与方法
2.1 将化学纯石英砂碾碎过筛，筛选80～100目、100～120目、120～140目、140～160目、140～260目和300目以下六种不同粒度的石英粉末。
2.2 用蒸馏水清洗上述六种石英样品，烘干后装入六个陶瓷坩锅内，以平行方式排列放入马福炉中，进行900℃高温退火处理90分钟，目的是为了消除石英样品中原有的前剂量信息。
2.3 将此平行样品自然冷却到室温，用剂量为2.2×10\+\{-2\}C/kg的\+\{137\}C\-s铯γ辐射源照射样品，此时各不同粒度的石英粉末样品均储存了已知2.2×10\+\{-2\}C/kg的前剂量信息，则这些样品就成为模拟前剂量的石英样品。
2.4 将这些模拟前剂量样品加热到350℃，恒温处理30分钟，其目的是对石英样品进行热激活处理。再用试验剂量为1.6×10\+\{-3\}C/kg的\+\{137\}Cs铯γ辐射源照射这些石英样品。
, http://www.100md.com
2.5 用FJ-377型热释光剂量仪立即测量不同粒度石英的110℃ TL峰剂量效应。选用的测量条件为：测量温度140℃，测量时间为12秒，升温速率为40℃/s。
3 结果与讨论
3.1 数据结果
石英粒度对石英前剂量110℃ TL峰的影响见附表。
附表 不同石英粒度对TL响应情况
石英粒度
(目)
前剂量效应
(110℃ TL响应)
80～100
, 百拇医药
8675
100～120
7134
120～140
6423
140～160
5781
140～260
5632
300以下
926
3.2 讨论
对从附表给出的不同粒度的石英样品测得的前剂量110℃ TL峰响应值情况，不难看出，粒度越大的石英样品，灵敏度越高；而粒度越小的石英样品，其灵敏度则较低，但当粒度悬殊过大时，相对偏差也愈大。因此，在使用石英前剂量方法进行研究测量时，最好选用140～260目的石英粉末。
, http://www.100md.com
综上所述，由于石英的110℃热释光响应在常温条件下几个小时后很快被衰退掉，为了使受照射石英的110℃ TL响应再现，可通过激活退火，再照射一个合适的试验剂量后，就能使衰退了的110℃ TL响应再现，而且是原来的数倍，正是这种再现的TL响应总是正比于前剂量的大小，所以前剂量技术在回顾剂量学中是一种非常有效的方法，同时它又具有就地取材方便、方法简捷快速、灵敏度高等长处，尤其是进行事故剂量或辐射流行病学研究中的剂量重建过程中起着重要作用。
*山东师范大学物理系
**山东建筑工程学院
参考文献
[1]NRPB report assessses Chernobyl consequences, Nucl News, 1987,30(7):50～51.
[2]DS 86 US-Japan joint reassessment of atomic bomb radiation dosimertry in Hiroshima and Nagasaki, Vol. 1, Hiroshimn, Japam, Radiation Effects RERF, 1986,161～168.
收稿日期：1998-06-15, 百拇医药(王晓聆 李玲* 张慧军**)