Temat: Analiza wpływu koncentracji domieszek na wysokotemperaturowy sygnał TL detektorów LiF:Mg,Cu,P po ekspozycji na promieniowanie gamma w zakresie dawek wysokich
(Analysis of the influence of dopants’ concentration on the high-temperature TL signal of LiF:Mg,Cu,P detectors after exposure to gamma radiation at high-dose range)

Promotor: dr Barbara Obryk, tel.: 12 662 82 80
e-mail: Barbara.Obryk@ifj.edu.pl


Opis:

Wysokoczułe detektory termoluminescencyjne LiF:Mg,Cu,P (MCP) stosowane są rutynowo do pomiarów dawek promieniowania jonizującego w zakresie od ok. 1 µGy do ok. 1 kGy. Dokonane w ostatnich latach w IFJ odkrycie ich nieoczekiwanych wysokotemperaturowych własności termoluminescencyjnych po ekspozycji na wysokie i bardzo wysokie dawki promieniowania jonizującego stało się podstawą opracowania w IFJ nowej metody pomiaru dawek wysokich i bardzo wysokich za pomocą tych detektorów, co pozwala na pomiar dawek w zakresie dwunastu rzędów wielkości przy pomocy tego samego detektora. Metoda ta została przetestowana w różnych polach promieniowania (γ, e, p, n) i była już stosowana w CERN dla monitoringu wokół LHC.

W szczególności odkryty został nowy pik w ich krzywej temperaturowej (nazwany pikiem B), pojawiający się powyżej 400°C, o własnościach stojących w sprzeczności z istniejącymi modelami termoluminescencji. Przeprowadzone do tej pory badania sugerują, że w występowaniu piku B w krzywych temperaturowych LiF kluczową rolę odgrywają domieszki (w LiF:Mg,Ti efekt ten występuje w bardzo ograniczonym zakresie). Można przypuszczać, że istotną rolę w tym zjawisku odgrywają defekty generowane przez promieniowanie i/lub ich oddziaływanie z defektami istniejącymi w detektorze. Proponowaną drogą do wyjaśnienia mechanizmu odpowiedzialnego za obserwowane zjawisko są kompleksowe badania własności detektorów TL o domieszkowaniu zróżnicowanym zarówno pod względem typu jak i koncentracji domieszek. Praca może mieć zatem zarówno znaczenie praktyczne jak i poznawcze. Magistrant zapozna się z dozymetrią termoluminescencyjną w szerokim zakresie dawek i dla różnych pól promieniowania.

W trakcie realizacji pracy magistrant zajmie się analizą sygnału TL detektorów LiF:Mg,Cu,P o różnych koncentracjach domieszek (Cu i P) poddanych naświetlaniom dużymi dawkami promieniowania gamma, w zakresie od 1 kGy do 1 MGy. Odpowiedź detektorów z poszczególnych grup o różnej koncentracji domieszek będzie odnoszona do odpowiedzi grupy odniesienia o typowej dla tego materiału zawartości domieszek. Celem pracy będzie analiza wpływu koncentracji domieszek na emisję TL wysokotemperaturowego piku ‘B’ dla promieniowania gamma, jak również identyfikacja domieszki mającej decydujący wpływ na tę emisję. Optymalizacja koncentracji domieszek pod kątem ich wpływu na parametry piku ‘B’ może pozwolić uzyskać materiał o lepszych cechach odpowiedzi wysokodawkowej, co w konsekwencji powinno pomóc udoskonalić metodę wysokodawkowej dozymetrii TL. Badania te powinny również umożliwić postęp w rozumieniu mechanizmu powstawania piku ‘B’.

Magistrant będzie korzystał z w pełni wyposażonego laboratorium do wytwarzania i obróbki materiałów termoluminescencyjnych oraz z wyposażenia w laboratoriach pomiarowych, w tym z ręcznych i automatycznych czytników TL oraz zestawu pieców anilacyjnych. Naświetlania detektorów będą wykonywane na źródle Cs-137 w laboratorium wzorcującym IFJ oraz na źródle Co-60 Wydziału Energii Jądrowej Federalnego Uniwersytetu Stanu Pernambuco (DEN/UFPE) w Recife (Brazylia). W miarę potrzeby magistrant będzie wykonywał dekonwolucję uzyskanych podczas badań krzywych świecenia detektorów TL za pomocą programu GlowFit.

Magistrant zapozna się z dozymetrią termoluminescencyjną w szerokim zakresie dawek i dla różnych pól promieniowania. Pozna również podstawy teoretyczne dozymetrii TL. Magistrant będzie miał dostęp do wyposażenia wiodącego na świecie w dziedzinie badań termoluminescencji ośrodka. Nabędzie umiejętność obsługi czytników TL i pieców anilacyjnych oraz analizy danych z dziedziny termoluminescencji. Magistrant zostanie wdrożony do pracy w zespole naukowym Zakładu Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii IFJ.

Praca będzie wykonywana w IFJ w ramach projektu badawczego NCN, przy współpracy z Wydziałem Energii Jądrowej Federalnego Uniwersytetu Stanu Pernambuco (DEN/UFPE) w Brazylii, dysponującym źródłami promieniowania gamma o wysokiej aktywności. Rozwiązanie problemu postawionego przed magistrantem pozwoli na udoskonalenie metody wysokodawkowej dozymetrii TL stosowanej w dozymetrii środowiskowej wokół LHC w ramach współpracy z CERN.

Proponowane badania są pionierskie, ich wyniki będą publikowane, a nasz zespół z IFJ jest prawdopodobnie jedyną grupą badawczą będącą w stanie przygotować odpowiednie detektory do takich badań. Dotychczasowe prace dotyczące omawianego tematu wysokodawkowej dozymetrii TL były referowane w ostatnich latach na wielu międzynarodowych konferencjach (m.in. Lumdetr 2009 w Krakowie, IM2010 w Atenach, SSD16 w Sydney, NEMEA-6 w Krakowie, Lumdetr 2012 w Halle, SSD17 w Recife w 2013) i wzbudziły ogromne zainteresowanie w środowisku dozymetrycznym, czyniąc ‘starą’ metodę termoluminescencyjną z powrotem centrum uwagi tego środowiska naukowego. Należy podkreślić, że odkryte własności wysokodawkowe detektorów LiF:Mg,Cu,P nie dają się wyjaśnić w oparciu o żaden z istniejących modeli termoluminescencji. Literatura tematu to wiele prac zespołu IFJ opublikowanych w czołowych światowych czasopismach naukowych, spis ich zawierają ostatnie publikacje zespołu z tej tematyki, a mianowicie prace:

  • Obryk, B., Bilski, P., Olko, P., 2011. Method of thermoluminescent measurement of radiation doses from micrograys up to a megagray with a single LiF:Mg,Cu,P detector, Radiat. Prot. Dosim. 144, 543-547, doi:10.1093/rpd/ncq339
  • Obryk, B., 2013. From nGy to MGy - new dosimetry with LiF:Mg,Cu,P thermoluminescence detectors. AIP Conf. Proc. 1529, 22-29, doi: 10.1063/1.4804076
  • Obryk, B., Khoury, J.K., Barros, V.S., Guzzo, P.L., Bilski, P., 2014. On LiF:Mg,Cu,P and LiF:Mg,Ti phosphors high & ultra-high dose features, Radiat. Meas., w druku, doi:10.1016/j.radmeas.2014.02.002