Gamma dose rate effects in TL and OSL of various luminescence dosimetric materials

Abstract

Termolüminesans (TL) ve Optik uyarılmış lüminesans (OSL), radyasyona maruziyetten dolayı absorbe edilen enerjinin belirlenmesi için kullanılan ölçüm yöntemleridir. TL ve OSL yöntemleri, iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalan inorganik maddeler tarafından soğurulan dozu hesaplamak ve yaş tayini yapmak amacıyla retrospektif dozimetri çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, TL ve OSL ölçüm yöntemlerinde doğru cevap verebilen luminesans özellikli dozimetrik malzemeler incelenmiştir. BeO ve kuvars OSL ölçümlerinde kullanılmış olup TL ölçümlerinde ise yapay luminesans malzeme olan LiB4O7: Cu, In, MgB4O7: Dy, Na, CaF2:Dy (TLD 200), LiF: Mg, Ti (TLD100) ve BeO kullanılmıştır. TL ölçümlerindeki doz hızları 2 Gy/h ve 30 Gy/h iken doz değerleri ise sırasıyla 52, 104, 199.33, 303.33, 502.66, 797.33, 996.66, 1499.33, 2002, 2496, 2998.66 and 3501.33 mGy dir. OSL ölçümlerinde BeO için kullanılan doz hızları ve doz değerleri TL ölçümleriyle aynı iken kuvars için kullanılan doz hızları sırasıyla 27 Gy/saat, 311 Gy/saat and 1305 Gy/saat, doz değerleri ise 2000, 1500, 1000, 750, 500, 250, 150, 100, 75, 54, 25, 13 Gy dir.Bu çalışmanın temel amacı, TL sinyalinin çeşitli malzemeler üzerindeki olası doz hızı etkilerini, TL ışıma eğrilerinin doz cevaplarını, dekonvolüsyon analizi yaparak kinetik parametreleri incelemektir. OSL sinyallerinin hem doz cevap davranışını hem de dekonvolüsyon analizlerinden sonra OSL bozunma eğrisinin bileşenlerini tespit ederek değerlendirmektir. Doz cevap eğrisi oluşturmak için uygulanan doz hızı oranı oldukça hızlıdır bu nedenle doz hızı etkisinin incelenmesi önemlidir. Çalışmada kullanılan yapay luminesans malzemelerin tüm doz hızlarında ve doz değerlerinde incelemeleri yapılarak TL ve OSL karakteristik özellikleri incelenmiştir. Dekonvolüsyon analizi sonrasında bu malzemelerin TL kinetik parametreleri farklı iki doz hızında özellikle aktivasyon enerjileri farklılık göstermiştir. OSL ölçümlerinde kullanılan BeO yukarda belirtildiği gibi iki farklı doz hızında, doğal luminesans özelliği olan kuvars malzemesi ise üç farklı doz hızında incelenmiştir.Doğrusallık indeksi k ve ayrıca her bir TL/OSL sinyalinin her tepe noktası / bileşeni için saptanabilir en düşük doz limiti (LDDL) hesaplandı. Bazı parametrelerin daha önceki çalışmaları destekler nitelikte doz hızından bağımsız olduğu görülmüştür.

Thermoluminescence (TL) and Optically stimulated luminescence (OSL) are the measuring methods used to determine previously absorbed energy because of irradiation. TL and OSL methods are widely used in retrospective dosimetry studies to calculate the dose absorbed by inorganic materials exposed to ionizing radiation and to determine the age. The present study, luminescence dosimetric materials which have good response in TL and OSL measurements were examined. BeO and quartz were used in OSL measurements. In TL measurements, LiB4O7: Cu, In, MgB4O7: Dy, Na, CaF2:Dy (TLD 200), LiF: Mg, Ti (TLD100) and BeO which were known as artificial materials were used at different dose rates and dose steps. Dose rates for TL measurements were 2 Gy/h and 30 Gy/h., dose steps were 52, 104, 199.33, 303.33, 502.66, 797.33, 996.66, 1499.33, 2002, 2496, 2998.66 and 3501.33 mGy. Quartz which is one of the natural luminescence dosimetric materials and BeO used in OSL measurements. While BeO was irradiated at 2 Gy/h and 30 Gy/h, quartz was irradiated at 27 Gy/h, 311 Gy/h and 1305 Gy/h, respectively. Dose steps for quartz were, 2000, 1500, 1000, 750, 500, 250, 150, 100, 75, 54, 25, 13 Gy,The main aim of the present study was studying the possible dose rate effects of the TL signal on various materials by checking the dose response curves and after deconvolution analyses signal deconvolution parameters were determined. OSL signals were examined in dose response behavior and after deconvolution analyses OSL decay curve's components were determined. The construction of the dose response curve, the dose rate applied is quite faster so the dose rate effect is important. Characteristic properties of the all artificial luminescence materials such as TL activation energy and internal fitting parameters were calculated following a deconvolution analysis for all different dose rates and dose steps. Kinetic parameters of each material, at 2 Gy/h and 30 Gy/h dose rates, show differences , mostly in terms of activation energy values. Internal fitting parameters were calculated following a deconvolution analysis at the OSL decay curves and the components of OSL decay curves' were find and evaluated.The dose response features for all materials of the present study both in TL and OSL, namely the linearity index k and also the lowest detectable dose limit (LDDL) for each peak/component of each signal of TL/OSL were calculated and compared to the literature. Some parameters were independent on the dose rate supporting the results of previous studies.