Page 32 - 网络电信2020年9月刊下

基于光纤和脉冲光释光技术的辐射探测系统

研究

李文博；刘顶峰；沈明明；吴荣俊；李晓玲；邓文康
武汉第二船舶设计研究所

摘要：光释光技术近来在个人剂量等领域取得了成熟应用，光释光探测器通常具有体积小、抗电磁
干扰等优点。传统辐射监测系统使用的探测器体积大、易受电磁干扰、耐辐照性能比较差，使用常常受
限。为此设计了一个基于光释光技术的远程在线辐射剂量（率）监测系统，该系统使用Al2O3：C作为辐
射灵敏物质，采用了光纤传输技术和脉冲测量技术。测试结果表明，该辐射探测系统的剂量测量范围是
79μGy~5Gy，能量响应在±25%以内（60keV~1.5MeV，相对于137Cs），角响应在±10%以内（0°~135°，
相对于0°），耐辐照性能好于1kGy。系统具有探测器体积小、抗电磁干扰、剂量线性范围宽等优点，可用
于核动力舰船等核动力设施的实时辐射剂量（率）监测。
关键词：光释光，Al2O3：C，光纤，辐射探测

光释光（Optically Stimulated Luminescence，OSL） 测系统。该系统所采用的光释光技术实现了小尺寸探测器、抗
是某些材料所具有的特性，当这些材料经电离辐射辐照后再被 电磁干扰、耐辐照性能好等传统辐射探测器所不具备的优点；
特定波段的激发光照射时能够发射荧光，所发射的荧光一般为 脉冲测量技术实现了低测量下限和高信噪比；光纤传输技术实
可见光且波长小于激发光。光释光现象最早在19世纪中期被发 现了光释光荧光的在线远程传输和测量。本文对该辐射探测系
现，并于20世纪末开始在地质学断代领域得到广泛研究和应用 统的主要特性进行了研究，主要包括荧光寿命、剂量线性、测
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，随后扩展至个人剂量 、医学剂量 、事故剂量 量范围、能量响应、角响应、辐照寿命等。
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等辐射监测领域，然而尚未在远程在线剂量（率）监测领
域获得成功应用。 一、光释光产生机理
光释光荧光强度的测量方法主要包括三种：连续光释光测 光释光荧光的产生机理如图1所示。位于辐射场中的光释光
量 ［10］ 、脉冲光释光测量 ［11］ 和线性调制光释光测量 ［12］ 。其中 材料吸收电离辐射能量后被激发，位于价带的电子被激发至导
脉冲光释光测量技术具有本底低、信噪比高、测量下限低等优 带，在导带和价带分别产生自由电子和空穴，自由电子和空穴
点，是目前的主流技术。光释光材料Al2O3：C最早被研制出来 在导带和价带移动至陷阱能级时被陷阱能级俘获，电离辐射的
用于热释光测量，随后作为光释光材料在个人剂量和医学剂量 能量被存储在陷阱能级。当使用激发光照射光释光材料时，位
等领域实现了商业化应用，成为目前商用最为成功的光释光材 于陷阱内的俘获电子被激发至导带形成自由电子，自由电子在
料，具有荧光成分简单、灵敏度高、剂量线性范围宽、可重复 导带移动至复合中心（被陷阱能级俘获的空穴）时与复合中心
使用、退火无需加热等优点，且具有较长的荧光寿命（~35ms 复合，形成激发态，激发态原子退激时发射光释光荧光。
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），可以采用脉冲光释光技术进行测量。
本文采用Al2O3：C作为辐射灵敏物质，基于光释光技术、 二、辐射探测系统组成
脉冲测量技术和光纤传输技术搭建了一个在线远程实时辐射探 基于光纤和脉冲光释光技术的辐射探测系统原理图如图2

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