Wydajność detektorów luminescencyjnych na protony dla pomiarów dawki promieniowania kosmicznego na orbicie Ziemi oraz w dozymetrii wiązek akceleratorowych
Wydajność detektorów luminescencyjnych na protony dla pomiarów dawki promieniowania kosmicznego na orbicie Ziemi oraz w dozymetrii wiązek akceleratorowych
Koordynator projektu: dr hab. Paweł Bilski
Czas realizacji: lata 2011 - 2014
Celem projektu jest wyznaczenie względnej wydajności detekcji luminescencyjnych (głównie termoluminescencyjnych, TLD) detektorów promieniowania dla protonów i jej zależności od energii protonów.
Względna wydajność luminescencji definiowana jest jako stosunek intensywności emitowanego światła na jednostkową dawkę dla danego typu promieniowania, do analogicznej wielkości dla referencyjnego promieniowania gamma ze źródeł Cs-137 lub Co-60. Względna wydajność luminescencji zależy od gęstości jonizacji.
Dla promieniowania słabo jonizującego (promieniowanie gamma, rentgenowskie, elektrony) względna wydajność jest z dobrym przybliżeniem stała, a zatem przyjmuje się ją jako równą jedności. Dla promieniowania silnie jonizującego względna wydajność maleje, osiągając dla promieniowania o wartości liniowego przekazu energii (LET) rzędu kilkuset keV/µm (liczonego dla wody), wartości od 0.05 do 0.5 (w zależności od rodzaju detektorów).
Odnośnie wydajności luminescencji dla protonów dostępne dane eksperymentalne są sprzeczne. Istnieje szereg publikacji pokazujących, że wydajność niektórych rodzajów detektorów termoluminescencyjnych (w tym fluorku litu domieszkowanego magnezem i tytanem, LiF:Mg,Ti) dla lekkich jonów (H i He o liniowym przekazie energii, LET< 5 keV/µm, co odpowiada protonom o energii >10 MeV i jonom He o energii powyżej 50 MeV/n) względem promieniowania gamma jest znacząco wyższa od jedności (nawet ponad 30%). Z drugiej strony, można znaleźć co najmniej równie wiele opublikowanych wyników, wskazujących, iż względna wydajność dla protonów jest równa jeden, a nawet niższa. Proponowany projekt badawczy podejmie próbę rozstrzygnięcia tego zagadnienia. Podstawową ideą projektu jest zaprojektowanie i przeprowadzenie systematycznego cyklu badań względnej wydajności detektorów luminescencyjnych w zależności od energii protonów i innych czynników mogących mieć wpływ na tę wielkość.
Głównym efektem realizacji projektu, będzie zgromadzenie - po raz pierwszy w całej historii badań - dużego zbioru miarodajnych danych na temat wydajności różnych detektorów luminescencyjnych w zależności od energii protonów.
Ten zbiór danych pozwoli na lepsze zrozumienie procesów pułapkowania i rekombinacji rządzących zjawiskami termo- i opto-luminescencji w materiałach napromienionych jonami. Uzyskana wiedza przyczyni się do poprawy dokładności pomiaru dawki w dwóch wymienionych ważnych obszarach zastosowania i równocześnie będzie mogła łatwo znaleźć drogę do praktyki, jako, że zespół wnioskodawców aktywnie uczestniczy, zarówno w pomiarach dawek w kosmosie, jak i w dozymetrii akceleratorowej wiązki protonowej.