Temat: Wpływ koncentracji domieszek na sygnał TL detektorów LiF:Mg,Cu,P w zakresie wysokich dawek i wysokich temperatur po ekspozycji protonami
(The influence of the concentration of dopants on the TL signal of LiF:Mg,Cu,P detectors in high dose and high-temperature range after exposure to protons)

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.

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 fluencjami protonów, równoważnymi dawkom 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', 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 jego powstawania.

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 Synchrotronie Protonowym (PS) w CERN. 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 R2E Study Group w CERN. Umożliwi to wykorzystanie pierwotnej wiązki protonów z PS w CERN o energii 23 GeV. 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