Экспериментальные установки для исследования термолюминесценции твердых тел

Исследования процесса термолюминесценции проводились на экспериментальной установке (установка 1), которая обеспечивает реализацию трех разновидностей ТАС: в режиме линейного нагрева, в режиме изотермической выдержки и в режиме ФТВ. Диапазон температур от 30 до 650оС, диапазон изменения скоростей линейного нагрева (от 0.1 до 20оС/с). Применение медленного нагрева позволяет обеспечить повышенную точность в определении параметров КТВ. Реализация больших скоростей нагрева (5−20оС/с) дает возможность изучать особенности ТЛ в режимах, используемых в практической термолюминесцентной дозиметрии.

Описание установки приведены в работах [6]. Структурная схема представлена на рисунке 1.1. Блок высвечивания является основной частью установки. Он состоит из нагревательного элемента с термопарой, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), светосостава постоянного действия (СПД) и силового блока. Блок высвечивания конструктивно выполнен в виде отдельного механического устройства, которое предохраняет образцы и регистрирующую часть от действия светового излучения, искажающего результаты измерений. Прямонакальный нагревательный элемент, на который помещается образец, представляет собой пластинку из никелевой фольги толщиной 0.3 мм и обладает малой инерционностью, что позволяет реализовать необходимые режимы изменения температуры образца. Контроль температуры обеспечивается хромель-алюмелевой термопарой, приваренной к нагревательному элементу.

В качестве СПД используется излучатель Ж-19 на основе ??- радионуклида 14С. Абсолютный световой поток его составляет 3108 квантс-1, максимум спектра излучения лmax= 410 нм. Он применяется для калибровки регистрирующего фотоэлектронного тракта. Для управления нагревом в различных режимах служит модуль терморегулятора и силовой блок, обеспечивающий непосредственно работу нагревательного элемента. Термолюминесценция регистрируется с помощью ФЭУ — 130. Для питания ФЭУ применяется высоковольтный блок БНВ2 — 95. Диапазон регулирования напряжения ФЭУ составляет 1000 — 1600 В. Конструкция блока высвечивания предусматривает возможность исследования спектрального состава люминесценции путем установки сменных интерференционных светофильтров или монохроматора. Сигнал с ФЭУ обрабатывается электронным трактом, состоящим из аналого-цифрового преобразователя и счетчика импульсов. Управление ходом эксперимента осуществляется с помощью ПЭВМ IBM PC через интерфейс КАМАК.

Для контроля линейности нагрева предназначены два специальных компаратора, порог срабатывания которых подобран так, что при отклонении от линейности нагрева свыше допустимых пределов они изменяют свое состояние и выставляют запрос на прерывание на шину КАМАК.

Рис. 1.1. Блок-схема экспериментальной установки. 1 — образец, 2 — нагревательный элемент, 3 — термопара.

Экспериментальная установка имеет следующие основные технические характеристики:

Для измерения спектров рентгенолюминесценции (РЛ) образцов использовалась экспериментальная установка (установка 2), оснащенная рентгеновским аппаратом УРС-55А [5,7]. Структурная схема установки приведена на рисунке 1.2. Установка позволяет проводить измерения спектров рентгенолюминесцении твердых тел в ультрафиолетовой и видимой области спектра, т. е. в области длин волн 200 — 800 нм. Спектральный диапазон определяется типом монохроматора и типом фотоэлектронного умножителя. Нижняя граница определяется поглощением ультрафиолетового света в воздухе.

Аппарат для получения рентгеновского излучения типа УРС — 55 А состоит из блока управления, трансформатора и рентгеновской трубки типа БСВ-2 (материал анода трубки — Co, напряжение на трубке 50 кВ, ток 12 мА). Поскольку мощность на трубке более 1 КВт, то требуется водяное охлаждение.

Криостат вакуумный (Кр) предназначен для размещения исследуемого образца и создания необходимых температурных режимов эксперимента. Монохроматор типа МДР-23 (решетка 600 или 1200 штрихов/мм, обратная линейная дисперсия 10 А/мм) обеспечивает сканирование длин волн. Блок управления шаговым двигателем (БУШД) предназначен для управления шаговым двигателем монохроматора. Вращение шагового двигателя обеспечивает развертку по спектру. Фотоэлектронный умножитель типа ФЭУ — 106 (область чувствительности 200 — 800 нм) преобразует свет в электрический сигнал. Прибор Robotron 20 046 обеспечивает дискриминацию нижнего уровня, усиление сигнала с ФЭУ — 1 и формирование выходного сигнала для записи его на графопостроителе. Величина отклонения пера графопостроителя пропорциональна световому потоку, падающему на входную щель монохроматора. Прибор содержит также блок высоковольтного напряжение для высоковольтного питания ФЭУ — 2. Графопостроитель осуществляет запись спектров люминесценции на бумажных носителях. Блок управления нагревателем (БУП) обеспечивает нагрев образца в криостате с определенной скоростью. Вольтметр В7 — 34А предназначен для измерения термоЭДС на концах термопары. Термопара медь-константан контролирует температуру образца (рабочий диапазон измерения температуры 80 — 600 К). ВС — 22 выпрямитель стабилизированный, обеспечивает выдачу на ФЭУ высоковольтного напряжения (1600 — 1800 В).

Рис. 1.2. Структурная схема экспериментальной установки измерения спектров рентгенолюминесценции и термолюминесценции.