Optical electron beam dosimetry with ceramic phosphors as passive sensor material for broad dose ranges

Abstract

Anorganische Leuchtstoffe zeigen nach Anregung mit ultraviolettem oder infrarotem Licht spezifische Emissionseigenschaften, welche teilweise von der Materialhistorie abhängen. Konkret beschreibt dieser Beitrag die Änderung der Lumineszenzabklingzeit von Natriumyttriumfluorid (NaYF4) nach Exposition des Leuchtstoffs gegen Elektronenstrahlung. Die Änderungen sind dosisabhängig, so dass der Leuchtstoff als optisches Dosimetermaterial eingesetzt werden kann. In diesem Artikel fassen wir unsere Untersuchungen dieser Dosisabhängigkeit zusammen und zeigen neue Ergebnisse zur Stabilität des optischen Abfrageverfahrens. Es zeigt sich, dass NaYF4 über einen großen Dosisbereich hinweg einsetzbar ist (0 bis 150 kGy), wobei die höchste Sensitivität im Bereich zwischen 0 und 50 kGy auftritt. Das Material ist daher ein vielversprechender Kandidat für die optische Dosimetrie im Bereich unter 5 kGy. Dieser Bereich kann bisher nur mit komplexeren, nicht-optischen Verfahren abgedeckt werden. Die hohe Stabilität von NaYF4 unter Umgebungsbedingungen befördert außerdem die Eignung für industrielle Dosimetrieanwendungen

Investigations on electron beam irradiated rare-earth doped SrF2 for application as low fading dosimeter material: evidence for and DFT simulation of a radiation-induced phase

“…measured within minutes after irradiation) decay time reduction for 50 kGy amounts to 30%. Comparing these results with the dose response of NaYF 4 :Er,Yb (purchased from Honeywell; refer to Reitzig et al 8 for the dose reponse curve), we see the following: (1) the shapes of the dose response curves are comparable. (2) NaYF 4 :Er,Yb shows a greater initial decrease of its decay time upon radiation (90% for 50 kGy).…”

“…[4][5][6] The transfer of this effect to the upconversion phosphor sodium yttrium fluoride NaYF 4 :Er,Yb and the investigation of this material as a potential dosimetric material is, however, relatively new. 7,8 Although the precise nature of the radiation-induced effect in NaYF 4 :Yb 3+ ,Er 3+ remains to be clarified, the decrease in luminescence decay time is attributed to a higher probability for non-radiative decay of the 2 F 5/2 level in Yb 3+ , in analogy to BaYb 2 F 8 :Er. 5 Nevertheless, the decay time of the luminescence is independent of its intensity, and, in case the phosphor is used as a dose-sensitive component for dosimetry, the measurement signal, in general, is not dependent on the dosimetric layer thickness or the amount of dosimetry material.…”