李文博 劉頂峰 沈明明 吳榮俊 李曉玲 鄧文康

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所 武漢 430205）

光 釋 光（Optically Stimulated Luminescence，OSL）是某些材料所具有的特性，當(dāng)這些材料經(jīng)電離輻射輻照后再被特定波段的激發(fā)光照射時(shí)能夠發(fā)射熒光，所發(fā)射的熒光一般為可見(jiàn)光且波長(zhǎng)小于激發(fā)光。光釋光現(xiàn)象最早在19世紀(jì)中期被發(fā)現(xiàn)，并于20世紀(jì)末開(kāi)始在地質(zhì)學(xué)斷代領(lǐng)域得到廣泛研究和應(yīng)用［1-2］，隨后擴(kuò)展至個(gè)人劑量［3-4］、醫(yī)學(xué)劑量［5-6］、事故劑量［7-9］等輻射監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，然而尚未在遠(yuǎn)程在線劑量（率）監(jiān)測(cè)領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用。

光釋光熒光強(qiáng)度的測(cè)量方法主要包括三種：連續(xù)光釋光測(cè)量［10］、脈沖光釋光測(cè)量［11］和線性調(diào)制光釋光測(cè)量［12］。其中脈沖光釋光測(cè)量技術(shù)具有本底低、信噪比高、測(cè)量下限低等優(yōu)點(diǎn)，是目前的主流技術(shù)。光釋光材料Al2O3：C最早被研制出來(lái)用于熱釋光測(cè)量，隨后作為光釋光材料在個(gè)人劑量和醫(yī)學(xué)劑量等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，成為目前商用最為成功的光釋光材料，具有熒光成分簡(jiǎn)單、靈敏度高、劑量線性范圍寬、可重復(fù)使用、退火無(wú)需加熱等優(yōu)點(diǎn)，且具有較長(zhǎng)的熒光壽命（～35 ms［13］），可以采用脈沖光釋光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。

本文采用Al2O3：C作為輻射靈敏物質(zhì)，基于光釋光技術(shù)、脈沖測(cè)量技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)搭建了一個(gè)在線遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)輻射探測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)所采用的光釋光技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小尺寸探測(cè)器、抗電磁干擾、耐輻照性能好等傳統(tǒng)輻射探測(cè)器所不具備的優(yōu)點(diǎn)；脈沖測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低測(cè)量下限和高信噪比；光纖傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光釋光熒光的在線遠(yuǎn)程傳輸和測(cè)量。本文對(duì)該輻射探測(cè)系統(tǒng)的主要特性進(jìn)行了研究，主要包括熒光壽命、劑量線性、測(cè)量范圍、能量響應(yīng)、角響應(yīng)、輻照壽命等。

1 光釋光產(chǎn)生機(jī)理

光釋光熒光的產(chǎn)生機(jī)理如圖1所示。位于輻射場(chǎng)中的光釋光材料吸收電離輻射能量后被激發(fā)，位于價(jià)帶的電子被激發(fā)至導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶和價(jià)帶分別產(chǎn)生自由電子和空穴，自由電子和空穴在導(dǎo)帶和價(jià)帶移動(dòng)至陷阱能級(jí)時(shí)被陷阱能級(jí)俘獲，電離輻射的能量被存儲(chǔ)在陷阱能級(jí)。當(dāng)使用激發(fā)光照射光釋光材料時(shí)，位于陷阱內(nèi)的俘獲電子被激發(fā)至導(dǎo)帶形成自由電子，自由電子在導(dǎo)帶移動(dòng)至復(fù)合中心（被陷阱能級(jí)俘獲的空穴）時(shí)與復(fù)合中心復(fù)合，形成激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)原子退激時(shí)發(fā)射光釋光熒光。

圖1 光釋光原理圖Fig.1 Principle of OSL

2 輻射探測(cè)系統(tǒng)組成

基于光纖和脈沖光釋光技術(shù)的輻射探測(cè)系統(tǒng)原理圖如圖2所示，主要包括脈沖激光器、快門(mén)、激光濾光片、二向色鏡、光纖耦合器、光纖、內(nèi)含光釋光樣品的光釋光探測(cè)器、聚光透鏡、兩個(gè)干涉濾光片和一個(gè)吸收濾光片、光電倍增管、信號(hào)處理電路、計(jì)數(shù)器和脈沖發(fā)生器。其中光釋光探測(cè)器位于輻射場(chǎng)內(nèi)，而其他部件位于輻射場(chǎng)外。激光器發(fā)射的波長(zhǎng)為532 nm的脈沖激發(fā)光透射二向色鏡后進(jìn)入光纖，經(jīng)光釋光探測(cè)器內(nèi)的非球面透鏡準(zhǔn)直后照射在光釋光樣品上，被輻照過(guò)的光釋光樣品受激發(fā)光激發(fā)發(fā)射光釋光熒光，熒光被光纖收集后經(jīng)二向色鏡反射和濾光片過(guò)濾進(jìn)入光電倍增管，光電倍增管、信號(hào)處理電路和計(jì)數(shù)器完成熒光強(qiáng)度的測(cè)量，熒光的強(qiáng)度與光釋光樣品所受到的輻射照射劑量成正比。

脈沖激光器是聲光調(diào)Q的二極管泵浦Nd：YAG固體激光器，出射波長(zhǎng)為532 nm，束流直徑約為0.4 mm的脈沖光，激光器的輸出脈沖頻率設(shè)置為4 kHz，單個(gè)脈沖的寬度約為7 ns，能量約為25 μJ；快門(mén)是通光孔徑為6.4 mm，延時(shí)和開(kāi)關(guān)時(shí)間都約為3 ms的機(jī)械快門(mén)，由于激光器出射激光的束流直徑很小，激發(fā)光的實(shí)際開(kāi)關(guān)時(shí)間小于1 ms，因?yàn)樗眉す馄鏖_(kāi)始輸出激光后需要一段時(shí)間（約為15 s）才能達(dá)到穩(wěn)定的輸出功率，為了確保每次測(cè)量的激發(fā)光功率基本相同，使用快門(mén)來(lái)控制激發(fā)光的開(kāi)關(guān)；激光濾光片是530～535 nm波段透過(guò)率高于98%，515 nm以下和550 nm以上波段光學(xué)密度大于6的帶通濾光片，能夠有效過(guò)濾激光器出射的其他波長(zhǎng)的光線，避免其對(duì)熒光強(qiáng)度測(cè)量產(chǎn)生影響。

二向色鏡的透過(guò)率曲線和反射率曲線如圖3所示，透射激發(fā)光（532 nm）的同時(shí)反射光釋光熒光（中心波長(zhǎng)約為414 nm，半高寬約為60 nm）；光纖耦合器一方面將激發(fā)光耦合進(jìn)光纖，另一方面準(zhǔn)直光纖出射的熒光，內(nèi)部是一個(gè)鍍?cè)鐾改さ姆乔蛎嫱哥R，連接光纖后光纖端面中心點(diǎn)位于透鏡的焦點(diǎn)，透鏡所鍍?cè)鐾改ぴ?70～600 nm波段的平均反射率小于0.5%（單個(gè)表面），本文后續(xù)所述所有增透膜均為該類(lèi)型增透膜；光纖是纖芯直徑為1 000 μm，數(shù)值孔徑為0.22的高羥基石英光纖，長(zhǎng)度為30 m，該類(lèi)型光纖在短波長(zhǎng)區(qū)域（414 nm附近）也具有較小的衰減系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了光釋光熒光的長(zhǎng)距離低損耗傳輸，其衰減系數(shù)曲線如圖4所示；光釋光探測(cè)器具有非常小的物理尺寸，其外徑和長(zhǎng)度分別約為10 mm和25 mm，內(nèi)部主要包括一個(gè)鍍?cè)鐾改さ姆乔蛎嫱哥R和光釋光樣品，其中光釋光樣品是美國(guó)Landauer公司生產(chǎn)的用于個(gè)人劑量和環(huán)境劑量監(jiān)測(cè)的劑量片，其中敏感材料是厚度為0.1 mm的Al2O3：C粉末壓片，直徑為5 mm，敏感材料被夾在厚度都是0.1 mm的兩層聚酯纖維中間，照射在樣品表面的激發(fā)光光斑直徑略大于光釋光樣品直徑。上述光釋光探測(cè)器不僅具有非常小的物理尺寸，而且不包含任何電子學(xué)部件，為全光學(xué)結(jié)構(gòu)，所以具有傳統(tǒng)輻射探測(cè)器所不具備的抗電磁干擾、耐輻照性能好等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 基于光纖和脈沖光釋光技術(shù)的輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖，其中虛線為激發(fā)光，點(diǎn)劃線為光釋光熒光Fig.2 Principle of radiation monitoring system based on fiber and pulsed-OSL The dash line is laser light,while the dash-dotted line is OSL

圖3 二向色鏡的透過(guò)率和反射率曲線，以及Al2O3:C的光釋光熒光光譜Fig.3 Transmission and reflectance of dichroic mirror,and OSL spectrum ofAl2O3:C

圖4 光纖衰減系數(shù)曲線Fig.4 Attenuation coefficient of fiber

聚光透鏡是鍍?cè)鐾改さ钠酵雇哥R，用于確保光電倍增管光陰極位置的熒光光斑直徑小于光陰極直徑；兩個(gè)干涉濾光片中間夾著一個(gè)鍍?cè)鐾改さ奈諡V光片組成具有三明治結(jié)構(gòu)的濾光片組，實(shí)現(xiàn)了反射激發(fā)光的完全過(guò)濾，其中吸收濾光片（牌號(hào)為BG3，2 mm厚）一方面衰減反射激發(fā)光強(qiáng)度，另一方面避免被干涉濾光片反射回來(lái)的激發(fā)光在兩個(gè)干涉濾光片之間來(lái)回反射，濾光片組的使用同時(shí)解決了干涉濾光片不能緊鄰疊加使用和大厚度吸收濾光片熒光透過(guò)率低的問(wèn)題，所用干涉濾光片和吸收濾光片的透過(guò)率曲線如圖5所示（吸收濾光片僅考慮0°入射的內(nèi)部透射率，未考慮表面的反射）；光電倍增管的光陰極有效直徑為8 mm，材料為超級(jí)雙堿，峰值靈敏波長(zhǎng)為400 nm，實(shí)測(cè)本底計(jì)數(shù)率不超過(guò)10 s-1；信號(hào)處理電路用于光電倍增管輸出的單光子脈沖的放大、甄別和整形，輸出固定脈沖寬度（10 ns）的TTL信號(hào)；計(jì)數(shù)器按照給定邏輯和觸發(fā)條件進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)；脈沖發(fā)生器輸出三個(gè)具有相對(duì)延時(shí)的脈沖信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)激光器、快門(mén)和計(jì)數(shù)器的同步。

圖5 干涉濾光片和吸收濾光片的透射率曲線Fig.5 Transmission curve of interference filter and absorbing filter

圖6 光釋光熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線Fig.6 Variation of OSL intensity as a function of time

3 輻射探測(cè)系統(tǒng)特性

3.1 熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線

將激光器的輸出頻率設(shè)置為4 kHz（每個(gè)周期250 μs），激光器早于快門(mén)和計(jì)數(shù)器15 s啟動(dòng)，快門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間設(shè)置為4 s，計(jì)數(shù)器與激光器通過(guò)脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)同步，且計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)的時(shí)刻略早于激光脈沖幾個(gè)微秒以確保激光脈沖都位于每個(gè)系統(tǒng)周期（250 μs）的前幾個(gè)微秒內(nèi)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)后每隔50 μs給出該時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)值。測(cè)量結(jié)束后從計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)的時(shí)刻開(kāi)始，計(jì)算每1 ms時(shí)間間隔內(nèi)的熒光計(jì)數(shù)。由于激光脈沖存在時(shí)本底熒光非常強(qiáng)，所以采用了脈沖光釋光技術(shù)來(lái)顯著減小本底熒光的貢獻(xiàn)，即忽略計(jì)數(shù)器在每個(gè)250 μs周期內(nèi)的第一個(gè)計(jì)數(shù)，也就是激光脈沖所在的那個(gè)50 μs內(nèi)的計(jì)數(shù)（注：本文后續(xù)所有熒光計(jì)數(shù)的計(jì)算都將忽略計(jì)數(shù)器在每個(gè)250 μs系統(tǒng)周期內(nèi)的第一個(gè)計(jì)數(shù)，后文不再贅述）。將光釋光探測(cè)器放在60Co輻射場(chǎng)中輻照約1 Gy累積劑量后進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得光釋光熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線如圖6所示。

激發(fā)光開(kāi)始照射樣品后，被陷阱能級(jí)俘獲的電子不斷被激發(fā)至導(dǎo)帶，然后與復(fù)合中心復(fù)合形成激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)原子的數(shù)量從0開(kāi)始逐漸增加。激發(fā)態(tài)原子在積累的同時(shí)通過(guò)發(fā)射光釋光熒光退激，單位時(shí)間內(nèi)退激的激發(fā)態(tài)原子數(shù)量與激發(fā)態(tài)原子的總數(shù)量成正比。由于被陷阱能級(jí)俘獲的電子不斷被釋放，激發(fā)態(tài)原子的產(chǎn)生速度不斷下降，同時(shí)隨著激發(fā)態(tài)原子數(shù)量的增加，激發(fā)態(tài)原子退激的速度越來(lái)越快，所以隨著時(shí)間的推移光釋光熒光的強(qiáng)度（正比于激發(fā)態(tài)原子的數(shù)量）達(dá)到最大值，然后開(kāi)始下降。該過(guò)程中熒光強(qiáng)度可由式（1）描述，其中I(t)是時(shí)刻t的熒光強(qiáng)度，參數(shù)A、p、λ與激發(fā)光的強(qiáng)度等參數(shù)有關(guān)：

開(kāi)始照射樣品后500 ms內(nèi)的光釋光熒光強(qiáng)度，以及采用式（1）進(jìn)行擬合的擬合結(jié)果如圖7所示，可見(jiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論預(yù)測(cè)符合得很好。

圖7 激發(fā)光開(kāi)始照射時(shí)熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線Fig.7 Variation of OSL intensity as a function of time at the beginning of laser exposure

當(dāng)停止照射樣品后，激發(fā)態(tài)原子的數(shù)量不再增加，隨著激發(fā)態(tài)原子的退激，光釋光強(qiáng)度逐漸減小為0。停止照射樣品后1 s內(nèi)的光釋光熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線如圖8所示，可采用式（2）進(jìn)行擬合：

式中：λ1的倒數(shù)就是激發(fā)態(tài)原子（光釋光熒光）的壽命；λ2來(lái)源于被淺能級(jí)俘獲的電子熱激發(fā)后形成的熒光（即磷光）。采用式（2）進(jìn)行擬合得到的熒光壽命約為36.0 ms，與文獻(xiàn)［13］所給出的測(cè)量值35.2 ms一致。

3.2 激發(fā)光功率影響

將激光器的輸出頻率設(shè)置為4 kHz，激光器早于快門(mén)和計(jì)數(shù)器15 s啟動(dòng)，快門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間設(shè)置為100 s，計(jì)數(shù)器每隔50 μs給出該時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)值。測(cè)量結(jié)束后從計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)的時(shí)刻開(kāi)始，計(jì)算每1 s時(shí)間間隔內(nèi)的熒光計(jì)數(shù)。

激發(fā)光的功率通過(guò)在激光器后放置中性密度片實(shí)現(xiàn)，激發(fā)光的實(shí)際功率由熱敏光功率計(jì)測(cè)量得到。對(duì)于每個(gè)激發(fā)光功率，首先將光釋光樣品完全退火，然后將光釋光探測(cè)器放在60Co輻射場(chǎng)中輻照1 Gy累積劑量后進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得不同激發(fā)光功率條件下光釋光熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線如圖9所示（歸一至無(wú)中性密度片時(shí)第1 s的計(jì)數(shù)，且已扣除本底，本底值通過(guò)測(cè)量完全退火的樣品得到）。由圖9可知，激發(fā)光的功率越高，光釋光熒光強(qiáng)度隨時(shí)間衰減的速度越快，這是因?yàn)楸幌葳迥芗?jí)俘獲的電子被激發(fā)至導(dǎo)帶的概率與激發(fā)光強(qiáng)度成正比。圖9所示激發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線無(wú)法用一個(gè)指數(shù)分布進(jìn)行很好的擬合，這是因?yàn)闃悠穬?nèi)每個(gè)區(qū)域的激發(fā)光功率是不均勻的，導(dǎo)致每個(gè)區(qū)域發(fā)射熒光的強(qiáng)度都具有不同的衰減速率。

圖8 激發(fā)光停止照射后熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線Fig.8 Variation of OSL intensity as a function of time after laser exposure

圖9 不同激發(fā)光功率熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線Fig.9 Variation of OSL intensity as a function of time for different stimulating light power

圖10給出不同激發(fā)光功率對(duì)應(yīng)的第1 s內(nèi)的計(jì)數(shù)值，可見(jiàn)熒光計(jì)數(shù)隨激發(fā)光功率而增加，但并不是線性的。激發(fā)光功率越高，單位激發(fā)光功率的熒光計(jì)數(shù)增加值越小，增長(zhǎng)越緩慢。這是因?yàn)闊晒鈴?qiáng)度正比于激發(fā)光的強(qiáng)度和位于陷阱能級(jí)的電子數(shù)，激發(fā)光功率越高，位于陷阱能級(jí)的電子消耗的越快，熒光強(qiáng)度減弱的也越快。由圖10可見(jiàn)，為了提高光釋光熒光計(jì)數(shù)從而減小系統(tǒng)測(cè)量下限，應(yīng)提高激發(fā)光功率，但是隨著激發(fā)光功率的增加，熒光計(jì)數(shù)提高的幅度越來(lái)越小。

圖10 不同激發(fā)光功率的熒光強(qiáng)度Fig.10 OSL intensity of different stimulating light power

3.3 劑量線性及測(cè)量范圍

將光釋光探測(cè)器完全退火后放在137Cs或60Co輻射場(chǎng)中輻照給定累積劑量后測(cè)量激發(fā)光開(kāi)始照射樣品后第1 s內(nèi)的熒光計(jì)數(shù)。采用60Co輻射場(chǎng)輻照的樣品所測(cè)熒光計(jì)數(shù)使用§3.4所述的能量響應(yīng)數(shù)值歸一到137Cs。測(cè)得熒光計(jì)數(shù)隨累積劑量的變化曲線，以及其線性擬合結(jié)果如圖11所示。由圖11可見(jiàn)，如果通過(guò)測(cè)量Al2O3：C材料被激發(fā)光照射后第1 s內(nèi)的熒光計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量輻射劑量，則該輻射探測(cè)系統(tǒng)在100 μGy～2 Gy累積劑量區(qū)間內(nèi)具有非常好的劑量線性。

圖11 熒光強(qiáng)度隨累積劑量的變化曲線Fig.11 Variation of OSL intensity as a function of accumulated dose

該試驗(yàn)系統(tǒng)用于累積劑量測(cè)量時(shí)，其固有本底計(jì)數(shù)MB約為2 400（主要來(lái)源于系統(tǒng)內(nèi)透鏡和光纖被激發(fā)光照射時(shí)發(fā)射的短壽命熒光，與輻射照射劑量無(wú)關(guān)），則該測(cè)量方法對(duì)應(yīng)于α=5%的計(jì)數(shù)值判斷限LC為：

對(duì)應(yīng)的累積劑量判斷限約為39 μGy。

該測(cè)量方法對(duì)應(yīng)于α=5%，β=5%的計(jì)數(shù)值探測(cè)限LD為：

對(duì)應(yīng)的累積劑量探測(cè)限約為79 μGy，所以該測(cè)量方法的最小可探測(cè)累積劑量約為79 μGy。

受光電倍增管和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)率線性上限的影響（計(jì)數(shù)率過(guò)高時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的信號(hào)重疊），該測(cè)量方法的累積劑量測(cè)量上限約為5 Gy（偏離線性約10%）。

3.4 能量響應(yīng)

將光釋光探測(cè)器完全退火后放在不同能量輻射場(chǎng)中輻照1 mGy后測(cè)量激發(fā)光開(kāi)始照射樣品后第1 s內(nèi)的熒光計(jì)數(shù)，測(cè)得所用光釋光探測(cè)器基于空氣比釋動(dòng)能的能量響應(yīng)如圖12所示（歸一到對(duì)應(yīng)于137Cs的響應(yīng)）。

圖12 具有0.1 mm鋁箔端蓋的光釋光探測(cè)器的能量響應(yīng)（空氣比釋動(dòng)能）Fig.12 Energy response of OSL detector with 0.1 mm thickness endcap ofAl(air kerma)

所用光釋光探測(cè)器的端部是一層厚度約為0.1 mm的鋁箔，即光釋光樣品和輻射源之間只有約0.1 mm厚的鋁，所以圖12所示能量響應(yīng)基本上就是所用Al2O3：C樣品的能量響應(yīng)。由圖12可見(jiàn)，如果用來(lái)測(cè)量空氣比釋動(dòng)能，則所用樣品在低能端（150 keV以下）的響應(yīng)過(guò)高。如果用來(lái)測(cè)量周?chē)鷦┝慨?dāng)量，則所用光釋光樣品的能量響應(yīng)如圖13所示，可見(jiàn)所用樣品對(duì)劑量當(dāng)量的能量響應(yīng)更好一些（相對(duì)能量響應(yīng)在±25%以內(nèi)）。但是考慮到探測(cè)器外殼對(duì)低能射線的阻擋，如果希望使用該樣品測(cè)量劑量當(dāng)量，則探測(cè)器端蓋應(yīng)采用低原子序數(shù)材料并且很薄，以避免低能端的響應(yīng)下降。如果需要使用該光釋光樣品測(cè)量空氣比釋動(dòng)能，而且希望得到較好的能量響應(yīng)，可以將探測(cè)器的端蓋更換為1.5 mm厚的鐵材料，此時(shí)基于空氣比釋動(dòng)能的能量響應(yīng)如圖14所示?？梢?jiàn)，采用1.5 mm厚度的鐵端蓋可以將相對(duì)能量響應(yīng)控制在±25%以內(nèi)。

圖13 具有0.1 mm鋁箔端蓋的光釋光探測(cè)器的能量響應(yīng)（周?chē)鷦┝慨?dāng)量）Fig.13 Energy response of OSL detector with 0.1 mm thickness endcap ofAl(ambient dose equivalent)

圖14 具有1.5 mm鐵端蓋的光釋光探測(cè)器的能量響應(yīng)（空氣比釋動(dòng)能）Fig.14 Energy response of OSL detector with 1.5 mm thickness endcap of Fe(air kerma)

3.5 角響應(yīng)

將完全退火的光釋光探測(cè)器放在137Cs輻射場(chǎng)中輻照10 mGy累積劑量后進(jìn)行光釋光強(qiáng)度測(cè)量，不斷改變探測(cè)器軸線與射線方向的夾角，得到光釋光探測(cè)器的角響應(yīng)如圖15所示（歸一到0°角的響應(yīng)）。所用探測(cè)器的端蓋和側(cè)壁分別是1.5 mm厚和2.0 mm厚的不銹鋼，用于空氣比釋動(dòng)能的測(cè)量。由圖15可見(jiàn)，該探測(cè)器在0°～135°范圍內(nèi)有非常好的角響應(yīng)，相對(duì)偏差小于±10%，但在135°以后迅速下降，這是因?yàn)楣忉尮馓綔y(cè)器前端的外殼比較厚，而且有光纖接頭和光纖的遮擋。

3.6 輻照壽命

使用一個(gè)全新未使用過(guò)的光釋光樣品，將其完全退火，然后重復(fù)如下操作：將其放在137Cs輻射場(chǎng)中輻照10 mGy劑量后停止照射；測(cè)量激發(fā)光開(kāi)始照射樣品后第1 s內(nèi)的熒光計(jì)數(shù)；將其放在60Co輻射場(chǎng)中輻照指定劑量（逐漸增加）；將其完全退火。每次測(cè)量所得計(jì)數(shù)的相對(duì)偏差如圖16所示（歸一到第一次測(cè)量所得計(jì)數(shù)），圖中橫坐標(biāo)是樣品自開(kāi)始使用至每次測(cè)量時(shí)所受到的累積輻射照射劑量（即之前所有劑量的和）。由圖16可知，所用光釋光樣品的輻照壽命不小于1 kGy。

圖15 光釋光探測(cè)器的角響應(yīng)Fig.15 Angular response of OSL detector

圖16 不同累積劑量的相對(duì)響應(yīng)Fig.16 Relative response for different accumulated dose

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用Al2O3：C作為輻射靈敏物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了基于光纖和脈沖光釋光技術(shù)的輻射探測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)其特性進(jìn)行了研究。所用Al2O3：C樣品的熒光壽命測(cè)量值為36.0 ms，與文獻(xiàn)［13］所給出的測(cè)量值35.2 ms一致。試驗(yàn)結(jié)果表明：激發(fā)光的功率越高，光釋光熒光強(qiáng)度隨時(shí)間衰減的速度越快，而且由于激發(fā)光強(qiáng)度的不均勻性，試驗(yàn)所測(cè)光釋光熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線無(wú)法用一個(gè)指數(shù)分布進(jìn)行很好的擬合。該輻射探測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于α=5%，β=5%的最小可探測(cè)累積劑量約為79 μGy，測(cè)量上限約為5 Gy。如果用來(lái)測(cè)量空氣比釋動(dòng)能，則所用樣品在低能端（150 keV以下）的響應(yīng)過(guò)高，可以采用1.5 mm厚的鐵端蓋改善其能量響應(yīng)（相對(duì)偏差小于±25%）；如果用來(lái)測(cè)量周?chē)鷦┝慨?dāng)量，則所用樣品的能量響應(yīng)較好，但是為了減小端蓋對(duì)低能射線的阻擋，探測(cè)器端蓋應(yīng)采用低原子序數(shù)材料并且很薄。該輻射探測(cè)系統(tǒng)在0°～135°范圍內(nèi)具有非常好的角響應(yīng)（相對(duì)偏差小于±10%），但是在135°以后響應(yīng)迅速降低。試驗(yàn)結(jié)果表明：所用光釋光樣品的輻照壽命不小于1 kGy。該輻射探測(cè)系統(tǒng)經(jīng)工程化改進(jìn)后可用于輻射場(chǎng)劑量（率）的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線測(cè)量，并且具有探測(cè)器尺寸小、抗電磁干擾、測(cè)量下限低、劑量線性范圍寬、耐輻照性能好等優(yōu)點(diǎn)。