Dans de nombreux domaines tels que l'utilisation de l'énergie nucléaire, la radiothérapie médicale, les essais non destructifs industriels et les expériences de recherche scientifique, les radiations sont omniprésentes. Mesurer avec précision la dose de rayonnement reçue par le corps humain et assurer la sécurité radiologique personnelle est devenu un enjeu crucial. Le dosimètre thermoluminescent, en tant qu'outil de détection des radiations classique et fiable, joue un rôle essentiel à cet égard. Cet article vous emmènera dans une exploration approfondie des dosimètres thermoluminescents, de leur principe fondamental de « luminescence cristalline » à leur position clé dans les systèmes de protection de la sécurité radiologique personnelle.
I. Phénomène de thermoluminescence et matériaux cristallins
Le principe de fonctionnement des dosimètres thermoluminescents repose sur les propriétés thermoluminescentes de certains matériaux cristallins spécifiques. Ces cristaux, tels que le fluorure de lithium (LiF) et le sulfate de calcium (CaSO₄), possèdent des structures de réseau cristallin uniques. Lorsqu'ils sont irradiés par des rayonnements ionisants, l'énergie du rayonnement amène les électrons du cristal à acquérir suffisamment d'énergie pour se libérer du noyau atomique et sauter dans la bande de conduction, formant des électrons libres. Simultanément, des trous sont laissés dans la bande de valence. Au cours de ce processus, certains électrons sont capturés par des « pièges » formés par des impuretés ou des défauts dans le cristal, restant dans un état métastable. À ce stade, bien que le cristal ait absorbé l'énergie du rayonnement, il n'y a pas de changement d'apparence évident, stockant essentiellement l'information du rayonnement sous la forme d'une « image latente ».
II. Processus de mesure : excitation par chauffage, libération de lumière
Pour lire les informations de dose de rayonnement stockées dans le cristal, un chauffage est nécessaire. Lorsque le cristal irradié est chauffé lentement, les électrons capturés par les « pièges » retournent dans la bande de conduction en raison de l'énergie thermique suffisante. Par la suite, ces électrons se recombinent avec les trous, et au cours du processus de recombinaison, l'excès d'énergie est libéré sous forme de photons—c'est la thermoluminescence que nous observons. De plus, l'intensité de la lumière émise est directement proportionnelle à la dose de rayonnement précédemment reçue par le cristal. En mesurant ce signal lumineux avec un tube photomultiplicateur très sensible ou un autre photodétecteur, puis en effectuant un étalonnage et une conversion complexes, la valeur de dose de rayonnement correspondante peut être obtenue. L'ensemble du processus est comme raconter l'histoire du rayonnement « mémorisée » par le cristal en utilisant le langage de la lumière. III. Avantages dans les applications de sécurité radiologique personnelle
1. Large plage de mesure et haute précision : Il peut couvrir une large gamme d'environnements, des environnements à faible débit de dose tels que la surveillance du rayonnement de fond dans les zones publiques ordinaires aux scénarios à dose élevée tels que les salles de radiothérapie. Dans sa plage d'application, il fournit des résultats de mesure très précis avec une faible marge d'erreur, répondant aux besoins de différents groupes professionnels, tels que les travailleurs des centrales nucléaires et le personnel médical de radiologie interventionnelle, pour un contrôle précis de la dose cumulative personnelle.
2. Bonne équivalence tissulaire : Étant donné que les matériaux cristallins thermoluminescents couramment utilisés ont des propriétés physiques similaires aux tissus mous humains, cela signifie que leur réponse aux radiations est plus proche de la situation d'exposition réelle du corps humain. Comparé à certains dispositifs qui ne mesurent que des paramètres indirects tels que le kerma dans l'air, il peut refléter plus précisément la dose absorbée réelle du corps humain, fournissant une base fiable pour évaluer les dommages potentiels des radiations sur la santé humaine.
3. Réutilisabilité et stabilité à long terme : Après un traitement de recuit approprié, les éléments thermoluminescents peuvent être réutilisés plusieurs fois. Une fois une mesure terminée, la « mémoire » précédente est éliminée par un recuit à haute température, et elle peut être utilisée à nouveau pour la prochaine tâche de surveillance de la dose de rayonnement. En même temps, des matériaux cristallins de haute qualité et des processus de fabrication matures garantissent que l'instrument reste stable même après avoir été stocké pendant une longue période, éliminant le besoin d'étalonnage fréquent, réduisant les coûts d'exploitation et de maintenance et assurant la continuité et la fiabilité des données de surveillance continue.
4. Petit, portable et adapté au port individuel : Les appareils modernes sont conçus pour être compacts et légers, et peuvent facilement être transformés en formes de cartes, permettant au personnel de les porter facilement sur leur poitrine, dans leurs poches ou à d'autres endroits. Sans affecter les activités professionnelles normales, il peut surveiller le niveau de rayonnement dans l'environnement environnant en temps réel. En cas de surexposition accidentelle, il peut rapidement émettre une alarme pour rappeler au personnel d'évacuer la zone dangereuse, évitant ainsi efficacement les dommages inutiles à la santé.
En bref, les dosimètres thermoluminescents, avec leurs principes uniques, jouent un rôle important dans la protection de la sécurité radiologique personnelle. Que ce soit pour la protection professionnelle quotidienne ou la surveillance d'urgence en réponse à des incidents radiologiques soudains, il protège silencieusement mais fidèlement la santé et les droits de tous ceux qui sont exposés aux radiations, servant de pont vital reliant le monde microscopique des radiations à la protection macroscopique de la sécurité.
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