Doğal ve yapay lüminesans materyallerin termal asistan optik uyarımlı lüminesans (Ta-Osl) sinyallerinin retrospektif dozimetri alanında kullanılabilirliğinin araştırılması: yaş tayini ve sağlık fiziği uygulamaları

Abstract

Optik veya termal uyarımlı lüminesans yöntemleri, retrospektif dozimetri araştırmalarında iyonize radyasyona maruz kalmış inorganik malzemeler tarafından soğrulan dozu hesaplamak ve yaş tayini yapmak için oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda yapılan araştırmalar, ısı ve ışık uyarma tekniklerinin bir arada kullanıldığı termal asistan optik uyarımlı lüminesans (TA-OSL) yöntemi ile ölçülebilen soğrulan doz limitlerinin arttırılabileceği yönündedir, çünkü bu yöntem ile termolüminesans (TL) ve/veya optik uyarımlı lüminesans (OSL) yöntemi ile uyarılamayan çok derin tuzaklar (ÇDT) da tuzaklanmış elektronlar uyarılabilmektedir. Bu durum da, birkaç yüz bin yıla kadar olan lüminesans tarihlendirme yaş sınırlarının milyon yıla kadar çıkarılmasını sağlayarak, milyon yıllık örneklerin yaş tayininin yapılmasına imkan sunmaktadır. Ayrıca radyasyona maruz kalma sonucu inorganik malzemelerin kristal yapılarında biriken, maksimum 100-200 Gray (Gy)'e kadar ölçülebilen dozların 1000-2000 Gy mertebelerine kadar olan miktarlarını ölçerek, lüminesans yöntemiyle ölçülebilen doz limitlerinin arttırılmasına imkan sağlamaktadır. Bu sayede, medikal alanda kaza dozimetrelerinin değerlendirilmesinde, nükleer reaktörlerin çevre dozu ölçümlerinde, Linac, Gama Knife vb. cihazlardan doz tayinlerinin yapılmasında bu yöntem, büyük bir öneme sahiptir.Bu tez çalışması kapsamında, TA-OSL yöntemi ile doğal (kuvars, feldspat ve apatit) ve yapay (Al2O3:C, MgO ve BeO) kristallerden elde edilen doz limitlerinin arttırılması ve birkaç yüz bin yıllık örneklerin tarihlendirilmesi amaçlanmıştır. MgO'in TA-OSL sinyalleri, literatürde ilk defa bu tez çalışmasında incelenmiştir ve BeO dozimetresinin TA-OSL sinyallerinin radyoterapi uygulamalarında kullanılabilirliği araştırılmıştır.Elde edilen sonuçlarla TA-OSL yöntemi sayesinde ölçülebilen doz limitlerinin artırılabileceği gösterilmiştir. Lüminesans tarihlendirmede yaş limitlerinin arttırılabileceği ve yüksek doz hesaplarının yapıldığı sağlık fiziği, nükleer reaktör fiziği vb. alanlarda, bahsedilen malzemelerin kullanılabilirliği ve TA-OSL tekniğinin uygulanabilirliği ve dozimetri sahasında kullanılabilirliği gösterilmiştir.

Optically and termally stimulated luminescence methods are widely used to measure the absorbed dose by inorganic materials exposed to ionizing radiation and to make age assesment in retrospective dosimetry studies. Recent researches suggest that the measurable absorbed dose limits can be increased with the thermally assisted optically stimulated luminescence (TA-OSL) method, which is a combination of thermal and optical stimulation techniques, because using this method, the electrons in very deep traps (VDT) which can not be stimulated by thermoluminescence (TL) and / or optically stimulated luminescence (OSL) methods can be stimulated. In this case, it increases the age limits in the luminescence dating from a few hundred thousand years up to million years and this is quite significant for geological and archaeological studies in order to allow the age determination of million years of samples. In addition, it is possible to increase the measurable dose limits which are absorbed in the crystal structure of inorganic materials exposed to ionizing radiation from 100-200 Gray (Gy) up to 1000-2000 Gy. In terms of the assessment of accident dosimeters in the medical physics field, the measurement of the nuclear reactor's enviromental dose, Linac, Gama Knife etc. equipments, this method is quite significant.In this thesis, it is aimed to increase the dose limits obtained from natural (quartz, feldspate and apatite) and artificial (Al2O3:C, MgO and BeO) crystals using the TA-OSL method and to date a few hundred thousand years of samples. In addition, TA-OSL signals of MgO have been investigated for the first time in the literature and usability of TA-OSL signal of BeO dosimeter for radiotherapy applications was researched.The obtained results show that the measurable dose limits can be increased using the TA-OSL method. It is shown that age limits can be increased in the luminescence dating and the aforementioned materials can be used for high dose measurements in the health physics, nuclear reactor physics, etc. In addition, applicability of the TA-OSL method and its usability in dosimetry field have been shown.