Temat: Analiza sygnału TL detektorów na bazie LiF w polach promieniowania ze składową neutronową w szerokim zakresie dawek
(Analysis of the TL signal of LiF based detectors in radiation fields with neutron component at high-dose range)

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


Opis:

Detektory termoluminescencyjne (TL) na bazie fluorku litu stosowane są rutynowo do pomiarów dawek promieniowania jonizującego w zakresie od ok. 1 µGy do ok. 1 kGy. W Zakładzie Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii IFJ od wielu lat wytwarzane są detektory LiF:Mg,Ti stanowiące już standard w dozymetrii promieniowania jonizującego jak również nowszego typu wysokoczułe detektory LiF:Mg,Cu,P. 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. Oba rodzaje detektorów TL produkowanych w IFJ na bazie LiF są z powodzeniem używane w dozymetrii TL, choć niektóre z ich właściwości są istotnie różne. Oba rodzaje są produkowane zarówno na bazie litu naturalnego, zawierającego 7,59 % izotopu Li-6, jak i w wersjach wzbogaconych i zubożonych w Li-6. Detektory LiF zawierające lit naturalny są czułe na neutrony termiczne, ich odpowiedź na neutrony jest wzmacniana przez użycie litu wzbogaconego w Li-6 lub tłumiona przez użycie litu zawierającego prawie wyłącznie Li-7. Pary detektorów 6LiF/7LiF pozwalają na rozróżnienie składowej neutronowej i nieneutronowej pola promieniowania.

Celem pracy będzie analiza sygnału TL różnych rodzajów detektorów na bazie fluorku litu pod kątem potrzeb dozymetrii pól promieniowania ze składową neutronową, w tym również zbadanie wpływu koncentracji domieszek w detektorach LiF:Mg,Cu,P na emisję TL wysokotemperaturowego piku ‘B’ po ekspozycji na duże fluencje neutronów termicznych, czyli 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. Praca może mieć 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) i o różnym wzbogaceniu w izotop Li-6 poddanych naświetlaniom dużymi fluencjami neutronów termicznych, 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 w reaktorze TRIGA Mark II w Lublanie i/lub reaktorze Maria w NCBJ. 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 zespołem Jožef Stefan Institute (JSI), Lublana, Słowenia, dysponującym reaktorem badawczym TRIGA Mark II oraz z NCBJ w Świerku, dysponującym reaktorem badawczym Maria. Umożliwi to wykorzystanie na potrzeby pracy strumieni neutronów termicznych generowanych w tych reaktorach. Rozwiązanie problemu postawionego przed magistrantem pozwoli na udoskonalenie metody TL pomiaru składowej neutronowej w polach promieniowania mieszanego (w tym również wysokodawkowej metody dozymetrii TL dla neutronów termicznych) 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 dozymetrii TL w ultra-szerokim zakresie dawek 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, ISFNT 2013 w Barcelonie) 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., 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
  • Obryk, B., Batistoni, P., Conroy. S., Syme, D.B., Popovichev, S., Stamatelatos, I.E., Vasilopoulou, T., Bilski, P. and JET EFDA Contributors, 2014. Thermoluminescence measurements of neutron streaming through JET Torus Hall ducts, Fusion Engineering and Design, w druku, doi:10.1016/j.fusengdes.2013.12.045