Thermal and optical characteristics of radiation induced defect centers in alkali Halide crystals (TLD-100)

Abstract

Özet Işınlanmış Alkali Halide Kristallerindeki (TLD-100) Hata Merkezlerinin Isısal ve Optiksel Karakteristikleri YAZICI Ahmet Necmeddin Ph.D. F.M. Gaziantep Üniversitesi Tez Yöneticisi: Y.Doç.Dr.Zihni öztürk Ekim 1996, 168 sayfa LiF:Mg,Ti termolüminesans dosimetresinde meydana gelen hassaslık kayıbının gerçek nedeni henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Kullanılmış bir termolüminesans dosimetre eğer yeniden kullanma öncesi yüksek bir sıcaklıkta tavlanmazsa, dosimetrede hala derin hata merkezleri kalır. Bu merkezlerin ortamdaki radyasyon ile etkileşmesi malzeme içinde ilave merkezler oluşturmaktadır. Buda düşük dozlu radyasyon ölçümlerinde önemli hatalara neden olmaktadır. Eğer bu hataların yapısı, ısısal ve optiksel özellikleri iyi anlaşılırsa, hassaslık kayıbını gidermek için daha iyi bir model önerilebilir. Bu nedenle yeterli yoğunlukta hata merkezleri oluşturmak için numuneler önce beta ışınlamasına tabii tutuldular, sonra LiF:Mg,Ti'deki hataların yapılarını belirlemek için uygun ısısal işlemler altında optiksel soğurma, fototransfer termolüminesans ve termolüminesans ölçümleri yapıldı. Değişik ısısal işlemlerin bir fonksiyonu olarak optiksel soğurma bandlarındaki ve ışıldama tepe alanlarındaki değişimler bir bilgisayar programı kullanılarak hesaplandı. 310 nm'deki optiksel soğurma bandı ve 5'inci ışıldama tepe alanı eğrilerinde gözlenen benzerlikler onların aynı tipte bir hata merkezi ile (Mg-trimer/Ti kompleksi) ilişkili olduğunu göstermektedir. Tepe 2 ve 380 nm bandı arasındaki uyum eksikliği daha önceleri farzedildiği gibi tepe 2'nin Mg- dipolleri ile değil, Ti-ilişkili/F-merkezi kompleksi ile ilgili olabileceğini işaret etmektedir. Işınlama öncesi 125 °C ve üstünde uzun süre tavlatılarak üretilen optiksel soğurma ve ışıldama eğrileri ayırma analizleri 175 °C yeni bir tepe ve 282 nm'de yeni bir band belirtmektedir. Isısal bozulma özellikleri arasındaki benzerlikler sebebiyle bu yeni tepe ve bandın Z2 tipli merkeze ait olabileceğini göstermektedir. Işınlamadan önce 125 °C'de tavlamanın LiF:Mg,Ti'nin tuzaklarının parametre değerleri üzerindeki etkisi tavlama süresinin bir fonksiyonu olarak ışıldama eğrilerinin bilgisayar analizi ile belirlendi. Işildama öncesi farklı sürelerde tavlama 1 'den 5'e kadar tüm tepelerin, özellikle tepe 4'ün aktivasyon enerjileri üzerinde önemli değişiklikler meydana getirmektedir. Bu değişiklikler ısısal işlemler boyunca hata merkezlerinin birbirleri ile etkileşmeleri sonucu olmaktadır. Katılardaki lüminesans merkezlerinin TL yayma bandlarını tanımlamak için yeni bir model geliştirildi. LiF:Mg,Ti'nin TL yayma ölçümleri 420 nm'de bir ana yayma bandı göstermektedir. Geliştirilen modelin başarısını görmek için bireysel yayma bandları geliştirilen modele uygulandı. Bu modele göre, tüm ışıldama tepelerinin yayma spektrumları iki yayma bandı ile başarılı bir şekilde ayrılabilmektedir. Anahtar Kelimeler: Alkali Halide, LiF:Mg,Ti, termolüminesans, optiksel soğurma, yayma spektrası, tuzak parametreleri. vı

Abstract Thermal and Optical Characteristics of Radiation Induced Defect Centers in Alkali Halide Crystals (TLD-100) ` YAZICI Ahmet Necmeddin Ph.D. in P.E., University of Gaziantep Supervisor: Asst.Prof.Dr. Zihni öztürk October 1996, 168 Pages The exact cause of sensitivity loss in TLD LiF:Mg,Ti has not been completely understood yet. If a used TLD is not annealed at an elevated temperature prior to reuse, residual deep defect centers still present in dosimeter. These centers will interact with new incoming radiations and produce further centers. This will introduce significant errors in low dose measurements. If the structure, thermal and optical characteristics of these defects were better understood, then a better model could be proposed to overcome sensitivity loss. Therefore, the samples were, firstly, irradiated by p-rays to produce sufficient concentration of defect centers, then optical absorption, phototransferred thermoluminescence, and thermoluminescence measurements were made to identify defect structures in LiF:Mg,Ti with appropriate heat treatments. The changes in the optical absorption band and mglow peak areas were determined as a function of various heat treatments using a computerised deconvolution program. The similarities in the variation of curves of glow peak 5 and OA band at 310 nm suggest that they may be belong to the same traps, namely Mg-trimer/Ti complex. The lack of correspondence between peak 2 and 380 nm band indicates that peak 2 is not related to Mg-dipoles as previously suggested, but related to Ti-related/F- center complex. Deconvolution analysis of OA and glow curves produced by annealing at and above 125 °C for long times before irradiation permits the identification of a new peak at 1 75 °C and OA band at 282 nm. Due to their similar thermal decaying properties, it is thought that they may be belong to the Z2-type centers. The effects of pre-irradiation annealing on the values of trapping parameters of LiF:Mg,Ti were determined as a function of durations at 125 °C by computerized glow curve analysis. The application of pre-annealing with different durations made significant changes on the activation energies of peaks 1 to 5, especially of peak 4. These variations are due to the interactions of defects with each other during heat treatments. A new simple model was developed to describe TL emission bands of luminescent centers in solids. TL emission spectra measurements of LiF:Mg.Ti showed one main emission band at 420 nm. The individual emission bands were separated using the developed model to investigate the success of the developed model. According to this model, the emission spectrum of whole glow peaks can be successfully fitted with two emission bands. Keywords: Alkali halide, LiF:Mg,Ti, thermoluminescence, optical absorbance, emission spectra, trapping parameters. IV