Temat: Wpływ koncentracji domieszek na emisję TL detektorów LiF:Mg,Cu,P w wysokotemperaturowym piku ‘B’ po ekspozycji wysokimi dawkami promieniowania elektronowego
(The influence of dopants concentration on the TL emission of LiF:Mg,Cu,P detectors in the high-temperature peak 'B' after exposure to high doses of electrons)

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


Opis:

Detektory LiF:Mg,Cu,P pozwalają mierzyć dawki promieniowania od kilkudziesięciu nanogrejów do kilku kilogrejów, kiedy następuje całkowite nasycenie sygnału tzw. głównego piku dozymetrycznego (z maks. dla ok. 220°C). W 2006 roku po raz pierwszy zaobserwowano w IFJ bezprecedensową wysokotemperaturową emisję detektorów LiF:Mg,Cu,P, wygrzewanych do temperatury 600°C, po uprzedniej ekspozycji na dawki promieniowania w zakresie od 1 kGy do 1 MGy. 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. Odkrycie to 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.

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 pod względem koncentracji domieszek. Praca może mieć zatem zarówno znaczenie praktyczne jak i poznawcze. Magistrant zapozna się z dozymetrią TL 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 elektronowego, w zakresie od 1 kGy do 1 MGy. Odpowiedź detektorów z poszczególnych grup o różnej koncentracji domieszek będzie odnoszona do odpowiedzi grupy odniesienia o standardowym dla tego materiału domieszkowaniu. Celem pracy będzie analiza wpływu koncentracji domieszek na emisję TL w piku ‘B’, 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 liniowym akceleratorze elektronów w Międzyresortowym Instytucie Techniki Radiacyjnej na Wydziale Chemicznym Politechniki Łódzkiej. 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 NCN, przy współpracy z Międzyresortowym Instytutem Techniki Radiacyjnej Politechniki Łódzkiej dysponującym liniowym akceleratorem elektronów. 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