Die Thermolumineszenzdosimetrie (TLD) basiert auf dem Bändermodell für Festkörper. Dieses Modell hilft, die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse zu verstehen. Im Bändermodell wird das höchste, vollständig mit Elektronen besetzte Energieband als Valenzband bezeichnet. Oberhalb des Valenzbandes befindet sich das Leitungsband, das vor der Bestrahlung keine freien Ladungsträger enthält.
Wenn ionisierende Strahlung auf den Festkörper trifft und ausreichend Energie vorhanden ist, um die Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsband zu überwinden, entstehen Elektronen-Loch-Paare. Normalerweise würden diese Paare sofort rekombinieren und dabei charakteristische Strahlung aussenden – ein Phänomen, das als Radiofluoreszenz bekannt ist und innerhalb von Nanosekunden (ns) abläuft.
Um die Rekombination zu verzögern und die absorbierte Energie zu speichern, wird der Festkörper mit Fremdatomen dotiert, d.h., gezielt verunreinigt. Durch diese Dotierung entstehen zwischen Valenz- und Leitungsband metastabile Zwischenzustände, die als „Traps“ für Elektronen und „Rekombinationszentren“ für Löcher bezeichnet werden. Nachdem sich Elektronen-Loch-Paare durch einfallende ionisierende Strahlung gebildet haben, wird ein gewisser Anteil dieser Paare in den Traps bzw. Rekombinationszentren gefangen, wodurch die Strahlungsinformation gespeichert wird.
Beim Auslesevorgang wird dem Thermolumineszenz-Detektor Energie in Form von Wärme zugeführt. Diese Wärmeenergie befreit die Elektronen-Loch-Paare aus den Traps bzw. Rekombinationszentren, was schließlich zur Rekombination der Paare und zur Aussendung der charakteristischen Strahlung führt. Diese Strahlung wird mithilfe eines Photomultipliers in ein elektrisches Signal umgewandelt. Je nach zugeführter Wärmeenergie, also der eingestellten Temperatur, werden unterschiedliche Trap-Niveaus gemessen, was zur Ausbildung der sogenannten Glühkurve führt.
In der nachstehenden Animation ist das Funktionsprinzip eines Thermolumineszenzdosimeters dargestellt.
Verwendete Materialien
Ein häufig verwendetes Material in der Thermolumineszenzdosimetrie ist Lithiumfluorid (LiF), das mit Magnesium und Titan dotiert wird (LiF,Ti).
Anwendungsgebiete
Thermolumineszenzdosimeter finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter:
- Personendosimetrie
- Messtechnische Kontrolle (MTK) in der Strahlentherapie
- Referenzdosimetrie
Vorteile
Die Thermolumineszenzdosimetrie bietet mehrere Vorteile:
- Wiederverwendbarkeit der Dosimeter
- Kalibrierung für unterschiedliche Strahlungsqualitäten und Dosisgrößen, was eine vielseitige Einsetzbarkeit ermöglicht
- Zeitauflösung durch Glühkurvenanalyse bis auf zwei Tage genau
Nachteile
Es gibt jedoch auch einige Nachteile:
- Die Dosimeter sind nicht direkt ablesbar
- Es gibt keine Ortsauflösung
- Sie sind anfällig gegenüber Fading. Dieses Problem lässt sich jedoch durch spezielle Auswertemethoden, wie sie am MPA-Dortmund entwickelt wurden, für einen Messzeitraum von bis zu sechs Monaten eliminieren.
Eine ausführliche Beschreibung der Thermolumineszenz findet ihr auf der folgenden Seite:
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