Pii: S0969-806X(01)00487-X

Proton stopping power (keV/
µ
m)
Luminescence yield (a.u.)
62 MeV-PSI
24 MeV-LNS
Linear
responce
∆
x=0.1 mm
∆
E
Eo
Eo-
∆
E
0
4
5
3
7
6
Fig. 2. Luminescence yields as a function of the proton
stopping powers.
Table 1
Physical characteristics of the polyvinyltoluene scintillator
Monomer
C
9
H
10
Effective mass number
0.542
Density (g/cm
3
)
1.032
Maximum light emission (nm)
423
Refraction index
1.58
Attenuation length (cm)
250
Specific heat (J/g 1C)
1.7
Softening temperature (1C)
70
L. Torrisi / Radiation Physics and Chemistry 63 (2002) 89–92
90

---

The radiation damage effect increases with the
stopping power of the incident particle and with the
ion dose. The damage produces a decrease in lumines-
cence. For 60 MeV proton irradiation (stopping power
1.1 keV/mm), this reduction is about 15% at a dose
of 1 kGy. The same decrement is obtained with
300 keV protons (stopping power 65.8 keV/mm) at about
60 kGy dose and with 300 keV argon (stopping power
705 keV/mm) at about 500 kGy dose.
Fig. 4 shows a comparison between the emission
spectra from PVTas a function of the irradiation dose
for 300 keV protons and 300 keV argon beams. All
spectra are induced by a 300 nm excitation wavelength.
In conclusion, ion irradiation of PVTdrastically
produces polymer modifications. Damage appears at
doses of the order of 10
12
ions/cm
2
, at which a low
hydrogen desorption occurs. It becomes predominant at
doses of about 10
13
ions/cm
2
, at which hydrogen and
C
x
H
y
groups are ejected. At higher values, correspond-
ing to MGy absorber doses, the polymer transforms in
hydrogenated amorphous carbon and loosens its lumi-
nescence characteristics, according to the literature
(Torrisi et al., 1997b).
References
Beddar, A.S., 1994. A new scintillator detector system for the
quality assurance of
60
CO and high-energy therapy
machines. Phys. Med. Biol. 39, 253–263.
Torrisi, L., 1998. Radiation damage in PVT (polyvinyltoluene)
induced by energetic ions. Rad. Eff. Def. Solids 145,
271–284.
Torrisi, L., 1999. Density enhancement in ion implantated
PVT(polyvinyltoluene). Rad. Eff. Def. Solids 147 (4),
241–253.
Torrisi, L., Desiderio, A., Foti, G., 2000. High energy proton
induced luminescence in F-doped polyvinyltoluene. Nucl.
Instrum. Methods Phys. Res. B 166–167, 664–668.
Torrisi, L., Cuttone, G., Rovelli, A., Rifuggiato, D., Imbiscuso,
R., Raffaele, L., 1997a. Bragg-curve measurements for
24 MeV protons irradiating plastic-water. Phys. Med. XIII
(3), 117.
Torrisi, L., Cuttone, G., Rovelli, A., Bellia, G., Barone
Tonghi, L., Raffaele, L., Licandro, M., 1997b. Energy
loss
measurements
of
27 MeV
protons
irradiating
Fig. 4. Spectra comparison of PVTwavelength emission as a
function of the implanted dose for proton and argon ions.
Fig. 3. MQS spectra relative to the kinetics of masses 2, 26 and
41, at the beam ON and beam OFF irradiation switches.
L. Torrisi / Radiation Physics and Chemistry 63 (2002) 89–92
91

---

water-equivalent materials. Nucl. Instrum. Methods Phys.
Res. B 129, 147.
Venkatesan, T., Calcagno, L., Elman, B.S., Foti, G., 1987. Ion
beam effects in organic molecular solids and polymers. In:
Mazzoldi, P., Arnold, G.W. (Eds.), From Ion Beam
Modification of Insulators. Elsevier, Amsterdam, pp. 301
(Chapter 8).
Ziegler, J.F., Biersak, J.P., Littmark, U., 1985. In: Ziegler, J.F.,
Biersak, J.P., Littmark, U. (Eds.), The Stopping and Range
of Ions in Solids. Pergamon Press, New York.
L. Torrisi / Radiation Physics and Chemistry 63 (2002) 89–92
92