Wstęp do dozymetrii promieniowania jonizującego

Transkrypt

1 DOZYMETRIA Wstęp do dozymetrii promieniowania jonizującego Jakub Ośko

2 Dozymetria 2

3 Dozymetria Dział fizyki technicznej obejmujący zagadnienia pomiarów i obliczeń dawek lub innych parametrów promieniowania jonizującego, które mają wpływ na skutki oddziaływania promieniowania z materią, a w szczególności z ciałem człowieka. 3

4 Dozymetria Naukowo uzasadnioną metodologią wykorzystywaną do: pomiaru, obliczeń, oszacowania, oznaczenia, przewidywania i wszelkich innych sposobów ilościowego określenia energii pochłoniętej w ciele człowieka (i przestrzennego rozkładu depozycji energii) na skutek jonizacji i wzbudzenia atomów tkanek wywołanych oddziaływaniem z promieniowaniem jonizującym. 4

5 Dozymetria Kluczowym zagadnieniem dozymetrii jest odpowiedni wybór mierzonych wielkości i metod pomiarowych, tak aby mogły być stosowane w ochronie radiologicznej, poprzez możliwie prosty sposób przeliczania. 5

6 Co mierzymy? Dawka Moc dawki Skażenia promieniotwórcze Widmo energii promieniowania 6

7 Dozymetria Ludzkie zmysły nie wykrywają promieniowania jonizującego Do pomiarów dozymetrycznych stosuje się przyrządy, które oddziałują z promieniowaniem. 7

8 Przyrządy dozymetryczne 8

9 Działanie przyrządów dozymetrycznych oddziaływanie pojedynczej cząstki lub kwantu promieniowania z materiałem detektora γ i X efekt fotoelektryczny, efekt Comptona, generacja par α i β zderzenia neutrony spowalnianie, wychwyt 9

10 Działanie przyrządów dozymetrycznych Wynikiem oddziaływania promieniowania z detektorem jest w większości przypadków generacja ładunku elektrycznego (pośrednio lub bezpośrednio). Komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne, liczniki G-M, detektory półprzewodnikowe, fotopowielacze w układach scyntylacyjnych. 10

11 Uproszczony model detektora Oddziaływanie pojedynczej cząstki lub kwantu promieniowania z materiałem detektora powoduje pojawienie się ładunku elektrycznego w aktywnej części detektora. Ładunek elektryczny Q pojawia się natychmiast po oddziaływaniu (w czasie t=0). 11

12 Uproszczony model detektora Wygenerowany ładunek musi być zebrany, tak aby powstał mierzalny sygnał elektryczny. Na ogół w detektorze wytwarza się pole elektryczne, w którym ładunki dodatnie i ujemne poruszają się w przeciwnych kierunkach. Wpadająca do detektora cząstka tworzy impuls elektryczny. i(t) Q Q t C Q( t) dt czas t c 0 12

13 Uproszczony model detektora Czas zbierania ładunku, t C, zależy od ruchliwości nośników ładunku odległości, którą muszą przebyć w detektorze. Typowe czasy zbierania ładunku w komorach jonizacyjnych kilka ms w diodach półprzewodnikowych kilka ns. 13

14 Uproszczony model detektora W rzeczywistości dochodzi do oddziaływania z wieloma cząstkami. Przy dostatecznie niskiej częstości oddziaływań można rozróżnić impulsy, których wysokość i czas trwania zależą od rodzaju oddziaływania i na ogół od przekazanej przez cząstkę energii. i(t) czas 14

15 Przyrządy dozymetryczne Typ stosowanego przyrządu zależy od: rodzaju promieniowania rodzaju źródła energii promieniowania mierzonej wielkości 15

16 Rodzaje przyrządów Detektory aktywne sygnał detektora jest mierzony w czasie rzeczywistym. Służą do pomiarów parametrów pola promieniowania i prospektywnego wyznaczania (przewidywania) dawki. Do tej grupy zaliczamy m.in. komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne, liczniki Geigera-Muellera (G-M); detektory półprzewodnikowe; liczniki scyntylacyjne. Przyrządy te wymagają zasilania w czasie pomiaru. 16

17 Rodzaje przyrządów Detektory pasywne dostarczają informacji po dokonaniu ekspozycji. Służą do retrospektywnego wyznaczania dawki pochłoniętej. Do tej grupy zaliczamy m.in. detektory TLD; filmowe, folie aktywacyjne. Detektory pasywne nie wymagają zasilania w czasie pomiaru. 17

18 Rodzaje przyrządów pracujące w trybie impulsowym przyrząd zlicza poszczególne impulsy, zazwyczaj stosuje się pewien próg dyskryminacji amplitudy, tzn. impulsy zbyt małe uznawane są za szumy i nie są rejestrowane. 18

19 Rodzaje przyrządów pracujące w trybie licznika zlicza wszystkie impulsy, niezależnie od ich amplitudy. Niektóre przyrządy impulsowe mogą też pracować w układzie spektrometru. Jest to możliwe, jeśli amplituda sygnału detektora jest proporcjonalna do energii padającej cząstki i jeśli impulsy zliczamy w analizatorze wielokanałowym, przyporządkowując każdy impuls do określonego kanału, w zależności od jego amplitudy. 19

20 Rodzaje przyrządów pracujące w trybie prądowym pomiar średniej wartość ładunku generowanego w jednostce czasu, czyli natężenia prądu elektrycznego moc dawki zbieranie uśrednionego ładunku elektryczny w załączonym do przyrządu kondensatorze dawka pochłonięta i(t) I(t) I ( t) 1 T t t T Q( t') dt' t-t czas t 20

21 Rodzaje przyrządów Zjawisko fizyczne Przyrząd Informacja pierwotna Jonizacja gazu Jonizacja w ciele stałym Luminescencja Termoluminescencja Przemiany chemiczne Komory jonizacyjne; Liczniki gazowe; Półprzewodniki Scyntylatory organiczne i nieorganiczne; Ekrany fluorescencyjne Dozymetry termoluminescencyj ne; Emulsje fotograficzne Impulsy elektryczne lub prąd Impulsy elektryczne lub prąd Najczęstsze zastosowania monitoring stanowisk pracy i środowiska naturalnego, układy automatycznej kontroli dawki Spektrometria X i γ, Dozymetria indywidualna Impulsy świetlne Spektrometria α, β, γ. Emisja światła Liczba cząsteczek, które uległy transformacji; Dozymetria indywidualna, monitoring środowiska naturalnego. Dozymetria indywidualna 21

22 Przyrządy dozymetryczne Podstawowe parametry przyrządów dozymetrycznych: zakres pomiarowy zakres energetyczny napięcie pracy detektora podzakresy pomiarowe błąd pomiaru bieg własny zasilanie 22

23 Przyrządy dozymetryczne Podstawowe parametry przyrządów dozymetrycznych: rodzaj detektora wymiary detektora rodzaj moderatora czułość na promieniowanie gamma wymiary przyrządu masa 23

24 Parametry charakteryzujące detektory promieniowania 24

25 Czułość określona dla danego rodzaju promieniowania i jego energii stosunek wartości odpowiedzi (sygnału wyjściowego) detektora do wartości danego parametru źródła lub pola promieniowania działającego na detektor 25

26 Charakterystyka energetyczna zależność odpowiedzi (czułości) detektora od widma energetycznego danego pola promieniowania 26

27 Charakterystyka kierunkowa zależność odpowiedzi (czułości) detektora od kąta (bryłowego) padania wiązki promieniowania na detektor 27

28 Czasowa zdolność rozdzielcza minimalny wymagany dla uzyskania niezależnych efektów rejestracji, odstęp czasu dzielący padające na detektor cząstki promieniowania. Wielkość związana z czasem narastania impulsu w detektorze. 28

29 Rozdzielczość energetyczna IEC 394/95 Energetyczna zdolność rozdzielcza Przy określonej energii miara najmniejszej różnicy, między energią dwóch cząstek, możliwej do rozróżnienia przez spektrometr promieniowania. Uwaga Zwykle energetyczna zdolność rozdzielcza wyrażona jest przez czynnik równy stosunkowi pełnej szerokości krzywej w połowie wysokości piku, podzielonej przez energię piku krzywej rozkładu dla cząstek monoenergetycznych. 29

30 Rozdzielczość energetyczna Y N FWHM Energia H O H R = FWHM / H 0 30

31 Wydajność detekcji (zliczania) stosunek liczby cząstek promieniowania jonizującego zarejestrowanych przez detektor do liczby wszystkich cząstek promieniowania jonizującego padających na detektor 31

32 Wydajność detekcji E T T d e Foton musi dotrzeć do czułej części objętości detektora Prawdopodobieństwo, że to się stanie to wydajność geometrii, E g, która zależy od odległości i powierzchni detektora 32

33 Czas odpowiedzi czas pomiędzy pojawieniem się cząstki lub kwantu promieniowania w obszarze detektora, a pojawieniem się odpowiedzi detektora 35

34 Czas martwy PN-IEC 394 Suma przedziałów czasu po przyjęciu kolejnego sygnału wejściowego, podczas których analizator jest nieczuły na inne sygnały. 36

35 Czas martwy czas, w którym po zarejestrowaniu cząstki promieniowania jonizującego detektor pozostaje nieczuły na kolejne padające cząstki promieniowania związany z czasem przetworzenia zarejestrowanej cząstki lub kwantu na sygnał rejestrowany długość czasu martwego dla danego detektora zależy od napięcia zasilania oraz parametrów pracy układu W skrajnych przypadkach np. dla licznika G-M możliwy jest całkowity brak wskazań w polach promieniowania gamma o bardzo wysokiej mocy dawki. 37

36 Czas martwy Sposoby ograniczenia zwiększenie odległości detektor-źródło zmniejszenie aktywności 38

37 Odpowiedź detektora Odpowiedź (sygnał) detektora w danym polu o gęstości strumienia R R( r,e,ω d ) 0 4π V d dv dω de R(r d, E, Ω) spodziewana (średnia) odpowiedź detektora umieszczonego w punkcie r d, wywołana przez cząstkę o energii E, poruszającą się w kierunku. V d objętość czynna detektora 39

38 Odpowiedź detektora większość detektorów można przybliżyć jednym z uproszczonych modeli: punktowy detektor, skolimowany w ten sposób, że mierzy tylko promieniowanie dochodzące z kierunku 0 punktowy izotropowy detektor punktowy izotropowy detektor o odpowiedzi niezależnej od energii 40

39 Odpowiedź detektora Większość praktycznie używanych detektorów można zaliczyć do detektorów punktowych i izotropowych. Wówczas odpowiedź opisuje funkcja: R 0 0 ( r0 ) R( E) φ( r,e) de 41

40 Stała czasowa Miara osiągania stanu ustalonego przez sygnał wyjściowy, związana z czasem trwania stanu nieustalonego następującego po zmianie sygnału wejściowego 42

41 Stała czasowa Układ RL L R Układ RC R C 43

42 Obszar zastosowań danego detektora jest: określony, jeśli chodzi o rodzaj promieniowania, ograniczony do pewnego zakresu energii tego promieniowania, takiego gdzie charakterystyka energetyczna jest dostatecznie płaska. (interpretacja określenia dostatecznie płaska zależy od dokładności, jaką powinniśmy uzyskać przy pomiarze) 44

43 Dokładność pomiarów w ochronie radiologicznej na ogół nie przekracza 30%. Przy bardzo małych mocach dawki (skutkujących dawką efektywną mniejszą od 1 msv rocznie), wystarczą pomiary z dokładnością do czynnika 2. 45

44 Zasady użytkowania detektorów 46

45 Zasady użytkowania PRZED POMIARAMI zapoznać się z instrukcją przyrządu oraz podstawowymi zasadami obsługi sprawdzić stan źródła zasilania przyrządu sprawdzić bieg własny przyrządu i porównać otrzymany wynik z danymi producenta sprawdzić sprawność przyrządu 47

46 Zasady użytkowania OGÓLNE ZASADY przyrząd nie reaguje natychmiast na zmianę natężenie promieniowania (odczekać co najmniej trzy stałe czasowe) chronić przyrząd (w szczególności detektor) przed wstrząsami, udarami i wilgocią; nie dotykać powierzchnią detektora do powierzchni, które mogą być skażone; 48

47 Zasady użytkowania OGÓLNE ZASADY pamiętać, że niektóre typy detektorów (np. liczniki Geigera-Müllera) w polach o wysokiej mocy dawki mogą zaniżać wskazania (lub w ogóle nie reagować na promieniowanie), powodując narażenie personelu i wpływając zasadniczo na ocenę badanego pola promieniowania; przestrzegać obowiązujących przepisów prawa dotyczących użytkowania i wzorcowania przyrządów dozymetrycznych; w przypadku otwartych komór jonizacyjnych uwzględniać poprawkę na gęstość powietrza 49

48 Wielkości dozymetryczne 50

49 Wielkości stosowane do oceny ryzyka Dawka pochłonięta w narządzie T [Gy] współczynnik wagowy promieniowania w R Dawka równoważna w narządzie T [Sv] współczynnik wagowy tkanki w T Dawka skuteczna/efektywna [Sv] 51

50 Energia przekazana E R in R out Q Jednostka: [ J ] gdzie: R in suma energii, z wyjątkiem energii spoczynkowej cząstek jonizujących, które weszły do danego obszaru; R out suma energii, z wyjątkiem energii spoczynkowej cząstek jonizujących, które wyszły z danego obszaru; Q różnica energii uwolnionej w przemianach jąder i cząstek elementarnych, jakie dokonały się w danym obszarze i energii zużytej na wywołanie tych przemian.

51 Współczynnik wagowy promieniowania Rodzaj promieniowania i zakres energii, R w R Fotony, wszystkie energie 1 Elektrony i miony, wszystkie energie 1 Neutrony, energia: poniżej 10 kev 5 od 10 kev do 100 kev 10 od 100 kev do 2 MeV 20 od 2 MeV do 20 MeV 10 powyżej 20 MeV 5 Protony z wyłączeniem protonów odrzutu, energia powyżej 2 MeV 5 Cząstki alfa, fragmenty rozszczepienia, ciężkie jądra 20

52 Współczynnik wagowy tkanki Tkanka (narząd), T w T 1) w T ICRP2007 Gonady 0,20 0,08 Czerwony szpik kostny 0,12 0,12 Jelito grube 0,12 0,12 Płuco 0,12 0,12 Żołądek 0,12 0,12 Pęcherz moczowy 0,05 0,04 Gruczoły piersiowe 0,05 0,12 Wątroba 0,05 0,04 Przełyk 0,05 0,04 Tarczyca 0,05 0,04 Skóra 0,01 0,01 Powierzchnia kości 0,01 0,01 Pozostałe 0,05 2), 3) 0,012 1) Wartości wyznaczone dla reprezentatywnej grupy osób, o jednakowej liczbie przedstawicieli obu płci i o szerokim zakresie przedziału wieku, przy definiowaniu dawki skutecznej, mogą być stosowane niezależnie od płci dla narażonych pracowników oraz ogółu ludności. 2) Do celów obliczeniowych pozycja pozostałe obejmuje następujące tkanki (narządy): nadnercza, mózg, górną część jelita grubego, jelito cienkie, nerki, mięśnie, trzustkę, śledzionę, grasicę, macicę lub inne, które mogą zostać napromienione selektywnie. 3) W wyjątkowych przypadkach, kiedy pojedyncza tkanka (narząd) należąca do pozycji pozostałe otrzymuje dawkę równoważną przekraczającą największą dawkę w dowolnym z wymienionych w tabeli dwunastu narządów, dla których wyznaczono określone wartości wt należy, dla takiej tkanki (narządu) zastosować czynnik wagowy równy 0,025 oraz czynnik 0,025 do średniej dawki w reszcie tkanek (narządów)z pozycji pozostałe.

53 Wielkości robocze Dawka pochłonięta [Gy] D de dm współczynnik jakości promieniowania Q [Sv/Gy] Równoważnik dawki [Sv] H Q D Wielkości robocze: przestrzenny równoważnik dawki H*(d) kierunkowy równoważnik dawki H'(d,Ω) indywidualny równoważnik dawki Hp(d) 55

54 Współczynnik jakości promieniowania Q PN 92/J-01003/02: Współczynnik uwzględniający zależność prawdopodobieństwa wystąpienia stochastycznych skutków biologicznych, od rodzaju i energii promieniowania, stosowany przy określeniu równoważnika dawki. Współczynnik jakości jest wielkością bezwymiarową; przy określeniu równoważnika dawki przypisuje mu się miano Sv/Gy

55 Liniowe przekazanie energii L, LET

56 Współczynnik jakości promieniowania Q LET w wodzie [ kev μm -1 ] Q(LET) < O,32 LET 2,2 > 100 Współczynnik jakości promieniowania LET, kevµm -1

57 Przestrzenny równoważnik dawki H*(d) Równoważnik dawki, który byłby wytworzony przez odpowiednie pole rozciągłe i zorientowane w kuli ICRU na głębokości d wzdłuż promienia ustawionego w kierunku przeciwnym do kierunku pola. Jednostka: siwert [ Sv ] Dla promieniowania przenikliwego zaleca się stosowanie głębokości d = 10 mm, podstawową wielkością roboczą jest H*(10)

58 Kierunkowy równoważnik dawki H (d,ω) Równoważnik dawki, który byłby wytworzony przez odpowiednie pole rozciągłe i zorientowane w kuli ICRU wzdłuż promienia wyznaczającego określony kierunek. Jednostka: siwert [ Sv ] W przypadku promieniowania słabo przenikliwego zaleca się d = 0,07 mm dla oceny dawki równoważnej na skórę oraz d = 3 mm dla dawki równoważnej w soczewkach oczu.

59 Kula ICRU Fantom symulujący ciało ludzkie. Kula z o średnicy 30 cm i gęstości 1 g/cm 3, wykonana z materiału równoważnego tkance o składzie masowym: 76,2% tlenu, 11,1% węgla, 10,1% wodoru i 2,6% azotu. W kuli tej określa się punkt odniesienia a następnie definiuje się pewna sytuację modelową, zakładającą że w całej kuli panują warunki pola rozciągłego i zorientowanego, czyli pola promieniowania, gdzie fluencja i jej rozkład energetyczny są takie same jak wartości dla pola rzeczywistego w punkcie odniesienia, ale pole jest równoległe, o wyróżnionym kierunku.

60 Pole rozciągłe PN 92/J-01003/02: Hipotetyczne pole promieniowania, w którym fluencja cząstek, ich rozkład energii oraz ich rozkład kątowy wewnątrz określonej objętości pomiarowej są takie same jak w rzeczywistym polu promieniowania w rozpatrywanym punkcie.

61 Pole zorientowane PN-92/J-01003/02: Hipotetyczne pole promieniowania, w którym wszystkie cząstki poruszają się w jednym kierunku.

62 Wzorcowanie przyrządów dozymetrycznych 64

63 Wzorcowanie Wzorcowanie to zbiór operacji ustalających, w określonych warunkach, relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy lub układ pomiarowy albo wartościami reprezentowanymi przez wzorzec miary lub przez materiał odniesienia, a odpowiednimi wartościami wielkości realizowanymi przez wzorce jednostki miary. Międzynarodowy Słownik Podstawowych i Ogólnych Terminów Metrologii (VIM) 65

64 Wzorcowanie Jakość procesu wzorcowania ma wpływ na wiarygodność wyników pomiarów. Jest to szczególnie istotne w przypadku wzorcowania dozymetrów mających na celu wskazywanie mocy dawki lub dawki pochłoniętego promieniowania jonizującego, co pozwala na określenie narażenia. Warunki oraz wymagania jakie powinny spełniać jednostki wzorcujące określa Prezes PAA. Naczelnym dokumentem określającym wymagania stawiane jednostkom wzorcującym jest ustawa Prawo atomowe z dnia 29 listopada 2000r. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 23 grudnia 2002r. w sprawie wymagań dotyczących sprzętu dozymetrycznego Dokumenty wewnętrzne Polskiego Centrum Akredytacyjnego. 66

65 Wzorcowanie RozporządzenieRady Ministrów z dnia 23 grudnia 2002r. w sprawie wymagań dotyczących sprzętu dozymetrycznego. Wzorcowanie sprzętu dozymetrycznego przeprowadza się nie rzadziej niż: 1) w przypadku sprzętu dozymetrycznego nieposiadającego kontrolnego źródła promieniotwórczego raz na 12 miesięcy; 2) 2) w przypadku sprzętu dozymetrycznego posiadającego kontrolne źródło promieniotwórcze raz na 24 miesiące. 67

66 Świadectwo wzorcowania Art. 27 ust. 1 ustawy Prawo atomowe z dnia 29 listopada 2000r Przyrządy dozymetryczne stosowane do kontroli i oceny narażenia, niepodlegające obowiązkowi kontroli metrologicznej określonej w przepisach o miarach, powinny posiadać świadectwo wzorcowania. Świadectwo wzorcowania dokument wydany przez upoważnioną jednostkę, zawierający opis procesu wzorcowania oraz wyniki z pomiarów wykonanych podczas wzorcowania. 68

67 Świadectwo wzorcowania Art. 27 ust. 2 ustawy Prawo atomowe z dnia 29 listopada 2000r Świadectwo wzorcowania, o którym mowa w ust. 1, wydaje laboratorium pomiarowe posiadające akredytację otrzymaną na podstawie odrębnych przepisów. Odrębne przepisy ustalenia Polskiego Centrum Akredytacyjnego, dotyczące wymagań jakie muszą spełnić laboratoria ubiegające się o uzyskanie akredytacji w dziedzinie wzorcowania przyrządów dozymetrycznych, które zapisane są w wewnętrznych dokumentach PCA. Dokumentem bezpośrednio opisującym system zarządzania wymagany w jednostkach wzorcujących na którym opiera się również PCA, jest Polska Norma PN-EN ISO/IEC 17025:2005 Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących. 69

68 Świadectwo wzorcowania PN-EN ISO/IEC 17025:2005 Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących określa jakie elementy należy uwzględnić podczas organizacji laboratorium wzorcującego: wymagania stawiane pracownikom proces współpracy z klientem sposób przechowywania wzorcowanych przyrządów ciągłe szkolenie pracowników ciągły nadzór nad wyposażeniem 70

69 Świadectwo wzorcowania 71

70 Świadectwo wzorcowania zakaz powielania, świadectwo jest przypisane do jednego przyrządu, którego nazwa i numer seryjny widnieje na pierwszej stronie świadectwa. świadectwo jest przez 12 lub 24 miesiące od daty jego wystawienia (zgodnie z wymienionym Rozporządzeniem Rady Ministrów) na pierwszej stronie świadectwa znajduje się opis przyrządu, opis jednostki używającej ten przyrząd, informacja o metodzie wzorcowania, o wielkości niepewności, o spójności pomiarowej świadectwo jest ważne tylko z oryginalną pieczątką Laboratorium z jego numerem akredytacji w zależności od przyrządu i potrzeby klienta na kolejnej stronie świadectwa umieszczone są wyniki wzorcowania cechy liniowości pomiaru mocy dawki przyrządu, jego charakterystyki energetycznej, pomiaru skażeń powierzchniowych lub też pomiaru dawki świadectwie jest zawsze sprawdzane przez osobę, która nie wypisywała danego świadectwa 72

71 Pomiary dawki i mocy dawki 73

72 Dawka i moc dawki D D t 74

73 Dawka i moc dawki Cel: ocena w długich okresach czasu (od kilku godzin do kilku miesięcy). Dawkę i moc dawki mierzy się w miejscu pracy, w pomieszczeniu, na danym terenie lub dawki indywidualne za pomocą dawkomierzy osobistych. 75

74 Dawka i moc dawki Dawkomierz lub miernik mocy dawki powinien być umieszczony w takim miejscu, żeby wynik pomiaru można było łatwo przełożyć na dawkę obciążającą na całe ciało osoby pracującej w monitorowanym miejscu lub kontrolowanej za pomocą dawkomierza indywidualnego. 76

75 Dawka Sygnał detektora jest miarą energii przekazanej przez promieniowanie materiałowi detektora, który ma inną gęstość i skład atomowy niż jego otoczenie. Dawka, absorbowana przez detektor jest inna, niż dawka jaką zaabsorbowałby w tym miejscu ośrodek (np. tkanka) po usunięciu detektora. 77

76 Dawka W przypadku promieniowania jonizującego pośrednio istotny jest rodzaj i widmo energii cząstek naładowanych, generowanych w materiale przez to promieniowanie. 78

77 Pomiar dawki pochłoniętej i widma energii promieniowania w polach promieniowania elektromagnetycznego (X lub γ) 79

78 Komora jonizacyjna wnęka gazowa, w której wytworzone zostało pole elektryczne 80

79 Komora jonizacyjna Założenie: ścianki komory są całkowicie przezroczyste dla promieniowania γ, a wnęka gazowa wypełniona jest powietrzem 81

80 Komora jonizacyjna sytuacja we wnęce detektora jest identyczna jak w otaczającym ośrodku jeśli zaniedbamy osłabienie promieniowania, to liczba i widmo elektronów, generowanych w jednostkowej masie powietrza we wnęce, będą takie same jak w jej otoczeniu energia wnoszona do wnęki przez elektrony przychodzące z zewnątrz będzie dokładnie kompensowana przez energię elektronów generowanych we wnęce i wychodzących z niej na zewnątrz we wnęce jest ustalony stan równowagi cząstek naładowanych lub równowagi elektronowej, jeśli rozważania ograniczymy do promieniowania elektromagnetycznego 82

81 Duży detektor elektrody są rozsunięte na tak dużą odległość, że elektrony przychodzące z zewnątrz wnoszą do wnęki znikomo małą energię, w porównaniu z energią elektronów wytwarzanych we wnęce. elektrony wytworzone we wnęce tracą swoją energię w jej wnętrzu w detektorze wytwarza się nowe widmo elektronów, charakterystyczne dla materiału detektora detektor musi być na tyle mały, aby można było przyjąć, że nie powoduje on istotnej zmiany strumienia fotonów. 83

82 Duży detektor dawka pochłonięta w dużym detektorze jest równa sumie energii wygenerowanych w niej cząstek naładowanych, czyli kermie, a jeśli uwzględnić tylko energię przekazaną ośrodkowi przez cząstki naładowane kermie zderzeniowej 84

83 Duży detektor D D g m a a g m D g dawka w gazie w dużym detektorze D m dawka w innym ośrodku w tym samym polu µ a masowy współczynnik pochłaniania promieniowania ρ gęstość detektora lub ośrodka 85

84 Duży detektor W praktyce nie można zaniedbać wpływu ścianek detektora lub otaczającego detektor ośrodka. 86

85 Duży detektor brak równowagi elektronowej (część elektronów jonizujących gaz generowana jest we wnęce detektora, a część w jego ściankach) problemy przy interpretacji pomiaru i wyznaczaniu wielkości dozymetrycznych. Dlatego, na ogół wykorzystuje się małe detektory lub detektory homogeniczne. 87

86 Mały detektor Elektrony generowane w ściance detektora mogą dotrzeć do wnęki gazowej tylko wtedy, gdy odległość jaką mają do przebycia jest mniejsza od ich zasięgu. Analogiczny wniosek można sformułować dla dowolnego punktu w ośrodku, niezależnie od tego, czy jest tam wnęka gazowa, czy jej nie ma. W otoczeniu danego punktu w ośrodku zawsze dochodzi do ustalenia się równowagi elektronowej, jeśli ośrodek ten jest jednorodny we wszystkich kierunkach od rozpatrywanego punktu, w odległości co najmniej równej maksymalnemu zasięgowi elektronów (zaniedbujemy osłabienie promieniowania γ w ośrodku). 88

87 Mały detektor Jeśli do ośrodka, w którym ustaliła się równowaga elektronowa, wprowadzimy niewielką wnękę gazową o wymiarach znacznie mniejszych od zasięgu elektronów, to możemy uzyskać detektor, który nie zaburza równowagi elektronowej. 89

88 Mały detektor widmo elektronowe nie ulega zmianie w obrębie detektora cała jonizacja we wnęce wywołana jest przez elektrony, które powstały w otoczeniu detektora elektrony wygenerowane przez fotony w obrębie wnęki mają zaniedbywalny udział w całkowitej dawce pochłoniętej we wnęce 90

89 Mały detektor Prawo Bragga-Graya D D g m S S g m D g dawka w gazie w małym detektorze D m dawka w innym ośrodku w tym samym polu S zdolność hamowania elektronów ρ gęstość detektora lub ośrodka 91

90 Mały detektor W teorii Spencera-Attixa uwzględniono fakt istnienia wysokoenergetycznych elektronów δ, a zatem zdolności hamowania zastąpiono ograniczonym LET. Odcięcie energetyczne Δ dobrane jest w ten sposób, że elektrony o tej energii maja zasięg równy rozmiarom wnęki detektora. 92

91 Mały detektor D D g m L g m 93

92 Narost dawki Jeśli małą komorę jonizacyjną umieścimy w fantomie wodnym i wykonamy pomiary w różnych odległościach od ściany fantomu (na różnych głębokościach w wodzie), to na początku sygnał komory będzie narastał, aż do osiągnięcia wartości maksymalnej, a dalej będzie malał wykładniczo, wskutek osłabienia padającego promieniowania γ. 94

93 Narost dawki procentowa dawka na głębokości MV 9 MV 60 Co 250 kv głębokość (cm) 95

94 Narost dawki Przy małych odległościach od ściany fantomu, do wnęki komory docierają elektrony z powietrza, których jest znacznie mniej, niż generowanych w wodzie. Na głębokości, odpowiadającej maksymalnemu zasięgowi elektronów generowanych w wodzie, ustala się równowaga elektronowa i dalej sygnał maleje zgodnie ze współczynnikiem osłabienia promieniowania w wodzie. 96

95 Narost dawki W warunkach równowagi elektronowej dawka pochłonięta jest równa kermie w danym ośrodku. Po uwzględnieniu osłabienia promieniowania γ, to pełne osiągnięcie równowagi elektronowej staje się niemożliwe, gdyż elektronów za wnęką jest mniej niż przed wnęką i nie dochodzi do pełnej kompensacji energii w samej wnęce. Osiąga się natomiast stan quasi równowagi elektronowej, w którym dawka jest proporcjonalna do kermy zderzeniowej. 97

96 Narost dawki Komora jonizacyjna musi mieć ściankę o minimalnej grubości równej maksymalnemu zasięgowi elektronów generowanych w danym polu promieniowania. Jest to warunek prawidłowości pomiarów w polach o dużej energii. Zbyt gruba ścianka powodowałaby nadmierne osłabienie promieniowania w polach o niskiej energii. Dlatego wiele komór jonizacyjnych ma nakładki, z materiału równoważnego materiałowi ścianki, co umożliwia dopasowanie grubości ścianki do warunków pomiaru. 98

97 Komora jonizacyjna Pojęcia dużego i małego detektora zależą od energii promieniowania. Detektor, który jest duży dla niskiej energii promieniowania może stać się detektorem małym dla promieniowania o dużo wyższej energii. Zmniejszanie objętości komory można uzyskać poprzez wykorzystanie detektorów homogenicznych, w których ścianki i gaz maja taki sam skład atomowy. 99

98 Komora jonizacyjna TWIERDZENIE FANO: jeśli ośrodek materialny napromieniany jest jednorodnym strumieniem promieniowania pierwotnego, to widmo elektronów wtórnych, generowanych w tym ośrodku jest: jednorodne, nie zależy od gęstości ośrodka nie zależy od zmian gęstości ośrodka 100

99 Komora jonizacyjna Zgodnie z twierdzeniem Fano można skonstruować komorę o dowolnych rozmiarach i będzie ona nadal spełniała warunki małego detektora, jeśli skład atomowy ścianek i gazu komory jest taki sam jak skład atomowy ośrodka, w którym wykonujemy pomiar (detektor homogeniczny). 101

100 Komora jonizacyjna W rzeczywistości spełnienie warunków twierdzenia Fano nie wymaga restrykcyjnego dopasowania składu atomowego komory do składu ośrodka. Promieniowanie γ czy X oddziałuje podobnie wieloma atomami o zbliżonych wartościach Z i np. zastąpienie tlenu przez węgiel umożliwia uzyskanie materiałów równoważnych dozymetrycznie powietrzu, wodzie i tkance, ale o konsystencji ciała stałego. 102

101 Moc dawki iloczyn współczynnika wzorcowania przyrządu w warunkach odniesienia, podanego w świadectwie wzorcowania, i wskazania przyrządu w danym punkcie pomiarowym po odjęciu biegu własnego przyrządu 103

102 Moc dawki BILANS NIEPEWNOŚCI niepewność położenia detektora; niepewność odczytu wielkości mierzonej niepewność współczynnika wzorcowania Niepewność całkowitą określa się jako pierwiastek kwadratowy z sumy kwadratów niepewności składowych. 105

103 Moc dawki - przyrządy RKP-1-2 pomiar skażeń powierzchni roboczych nuklidami beta i gama promieniotwórczymi oraz pomiar mocy dawki promieniowania gamma. detektory: liczniki G-M (skażenia - trzy równolegle liczniki o powierzchni czynnej 150 cm2, moc dawki gamma - licznik środkowy zakres pomiaru skażeń: s-1 (do s-1 przy stosowaniu przystawki osłabiającej) zakres dla pomiaru mocy dawki gamma: 0,7 200 μgy/h zakres energii promieniowania beta: >500 kev błąd pomiaru mocy dawki ± 20% bieg własny: 5,5 s-1 zasilanie: 4 6V (4x ogniwo AA/LR6) masa: 2kg wymiary: 240x115x145 mm 106

104 Moc dawki - przyrządy VAJ-15 / Robotron Detektor: komora jonizacyjna zakres pomiarowy: 1 mr/h 300 R/h podzakresy pomiarowe: 1; 3; 10; 30; 100; 300 błąd pomiaru: < 15% zakres mierzonych energii: 8 kev 100MeV (bez osłony). 40keV 7,5 MeV (z osłoną) źródło kontrolne: 90Sr / 90Y objętości czynna detektora: 600 cm3 temperaturowy zakres pracy: -10 C +45 C zasilanie: 6 x ogniwo R 20 wymiary pulpitu: 240 x 120 x 176 mm wymiary sondy: Φ 100 x 210 mm 107

105 Moc dawki - przyrządy EKO C wykrywanie i pomiar promieniowania jonizującego,, i X. Detektor: jest G-M zakres pomiarowy dla promieniowania : 0,1 100 imp/s (cps) zakres pomiarowy dla promieniowania : 0, Bq/cm2 zakres pomiarowy dla mocy dawki prom. i X: 0,01 99,99 μsv/h podstawowy błąd pomiaru mocy dawki prom. i X: 15% podstawowy błąd pomiaru skażenia: 50% zakres energetyczny i X: 30keV 1,5 MeV zakres energetyczny promieniowania : > 100 kev zakres energetyczny promieniowania : > 4 MkeV powierzchnia czynna okna okna detektora: ok. 50 cm2 gęstość powierzchniowa okna detektora: 2 3 mg/cm2 bieg własny licznika: 180 imp/s zasilanie: wewnętrzne akumulatory Cd-Ni 1,2V 0,7Ah wymiar bez uchwytu: 100 x 85 mm waga: 600g 108

106 Moc dawki - przyrządy DP-66 wykrywanie i ilościowe oznaczanie stopnia skażenia różnych powierzchni emiterami beta promieniotwórczymi oraz do wykrywania i pomiaru mocy dawki promieniowania gamma. detektory: trzy liczniki G-M zakres pomiarowy dla promieniowania : rozp./min..cm2 zakres pomiarowy dla promieniowania gamma: 0,05 mr/h 200 R/h energetyczny zakres pomiaru dla promieniowania : 0,5 3 MeV energetyczny zakres pomiaru dla promieniowania : 0,1 3 MeV źródło kontrolne: 90Sr / 90Y (A = 10 μci) zasilanie: 2x ogniwo LR20 uchyb pomiaru: 25% wymiar pulpitu: 100 x 180 x 120 mm wymiar sondy: Φ 45 x 300 mm waga sonda + pulpit: 3,8 kg 109

107 Moc dawki - przyrządy FH 40 G-10 detektor licznik proporcjonalny zakres pomiarowy H*(10): 10nSv/h 100 msv/h zakres pomiarowy D*(10): msv/h zakres energetyczny: 33 kev 3 Mev typowy błąd pomiaru: <5% maksymalny błąd pomiaru: 20% dla 137Cs zasilanie: 2x ogniwo AA/LR6 wymiary detektora: Φ 25 mm x 25,8 mm 110

108 Dawka i moc dawki wzorcowanie Wzorcowania dokonuje się we wzorcowych wiązkach promieniowania gamma lub X o parametrach zgodnych z: PN-ISO :2002 Wzorcowe promieniowanie rentgenowskie i gamma do kalibracji dawkomierzy i mierników mocy dawki oraz do określania ich charakterystyk energetycznych - Część 1: Charakterystyki promieniowania oraz metody jego wytwarzania PN-ISO :2002 Wzorcowe promieniowanie rentgenowskie i gamma do kalibracji dawkomierzy i mierników mocy dawki oraz do określania ich charakterystyk energetycznych - Część 2: Dozymetria w ochronie przed promieniowaniem w zakresie energii od 8 kev do 1,3 MeV oraz od 4 MeV do 9 MeV PN-ISO :2004 Wzorcowe promieniowanie rentgenowskie i gamma do kalibracji dawkomierzy i mierników mocy dawki oraz do określania ich charakterystyk energetycznych - Część 3: Wzorcowanie dawkomierzy otoczenia i dawkomierzy indywidualnych oraz określanie ich charakterystyk energetycznych i kierunkowych PN-ISO :2007 Wzorcowe promieniowanie rentgenowskie i gamma do kalibracji dawkomierzy i mierników mocy dawki oraz do określania ich charakterystyk energetycznych - Część 4: Wzorcowanie dawkomierzy otoczenia i dawkomierzy indywidualnych we wzorcowych polach promieniowania rentgenowskiego niskiej energii. 111

109 Źródła wzorcowe GAMMA 60 Co (energia 1250 kev) 137 Cs (energia 662 kev) 241 Am (energia 59,5 kev) Wybór źródła zależy od konstrukcji przyrządu i jego charakterystyki energetycznej. 112

110 Źródła wzorcowe Promieniowanie X lampy rentgenowskie z zestawem przesłon, umożliwiających uzyskiwanie promieniowania X w szerokim zakresie energetycznym 113

111 Wzorcowanie Wielkość wyjściowa: bezwymiarowy współczynnik kalibracyjny, będący ilorazem wartości wzorcowej i wartości mierzonej. Współczynnik kalibracyjny jest bezpośrednio wykorzystywany przez użytkownika, aby podczas pomiaru mocy dawki uzyskać wartość prawdziwą należy odczytaną wielkość pomnożyć przez współczynnik kalibracyjny. Pomiaru dawki dokonuje się naświetlając badany przyrząd wzorcową wartością dawki, którą otrzymuje się mnożąc znaną wartość mocy dawki w ustalonym punkcie pomiarowym przez zadany czas naświetlania. Warunki środowiskowe, ogólne warunki pomiarowe takie jak stabilność wiązki wzorcowej, niezawodność metody pomiarowej oraz inne czynniki wpływające, muszą być tak ustalone aby nie miały wpływu na wynik wzorcowania. 114

112 Wzorcowanie Wartości wzor cowe mocy p rzestrzenneg równoważnika dawki, Sv/h ,1 0, Wartości mierzone, Sv/h 115

113 Dawka Monitoring indywidualny dawkomierz w postaci kasety z testfilmem lub detektorami TLD jest umieszczany na piersi pracownika. Więcej na wykładzie o narażeniu zewnętrznym 116

114 Pomiary skażeń SKAŻENIA PROMIENIOTWÓRCZE niezamierzone zanieczyszczenie substancjami promieniotwórczymi terenu, wody, powietrza, różnego rodzaju powierzchni ciała człowieka Sposób pomiaru zależy od badanego obiektu oraz rodzaju promieniowania emitowanego przez substancje promieniotwórcze. 117

115 Pomiary skażeń powierzchni Aktywność powierzchniowa nuklidu promieniotwórczego Średnia liczba samoistnych przemian jądrowych z danego stanu energetycznego, dokonujących się w danej ilości nuklidu w przedziale czasowym dt, podzielona przez ten przedział oraz przez powierzchnię. Samoistna przemiana jądrowa zmiana nuklidu lub przejście izomeryczne. Jednostka aktywności powierzchniowej Bq/cm 2. W niektórych przyrządach jako jednostka stosowana jest cps (counts per secound) czyli ilość zliczeń na sekundę. 118

116 Pomiary skażeń powierzchni duża powierzchnia detektora zbliżenie detektora do badanej powierzchni. Należy ustawić włączony detektor w takiej odległości od badanej powierzchni, aby nie rejestrował żadnych skażeń, a następnie powoli go przybliżać. Pozwoli to na uniknięcie sytuacji, w której po uruchomieniu detektora w bliskiej odległości od badanej powierzchni do detektora będzie docierała zbyt duża ilość cząstek. Procedura pomiaru oraz rodzaj przyrządu pomiarowego zależą także od rodzaju mierzonego promieniowania. 119

117 Pomiary skażeń powierzchni Jeśli mierzony obiekt znajduje się w pobliżu źródeł promieniotwórczych, zewnętrznych powierzchni pojemników z substancjami promieniotwórczymi, obudów źródeł promieniotwórczych Pomiary nie mogą być wykonane bezpośrednio za pomocą detektora umieszczonego w pobliżu skażonej powierzchni. 120

118 Pomiary skażeń powierzchni Aktywność substancji promieniotwórczej znajdującej się w sąsiedztwie lub z po drugiej stronie badanej powierzchni powoduje zawyżenie wyniku pomiaru. Należy pobrać próbę w postaci wymazu z badanej powierzchni i poddać ją odpowiedniej procedurze pomiarowej. 121

119 Pomiary skażeń powierzchni - przyrządy RKP-1-2 pomiar skażeń powierzchni roboczych nuklidami beta i gama promieniotwórczymi oraz pomiar mocy dawki promieniowania gamma. detektory: liczniki G-M (skażenia - trzy równolegle liczniki o powierzchni czynnej 150 cm2, moc dawki gamma - licznik środkowy zakres pomiaru skażeń: s-1 (do s-1 przy stosowaniu przystawki osłabiającej) zakres dla pomiaru mocy dawki gamma: 0,7 200 μgy/h zakres energii promieniowania beta: >500 kev błąd pomiaru mocy dawki ± 20% bieg własny: 5,5 s-1 zasilanie: 4 6V (4x ogniwo AA/LR6) masa: 2kg wymiary: 240x115x145 mm 122

120 Pomiary skażeń powierzchni - przyrządy EKO C wykrywanie i pomiar promieniowania jonizującego,, i X. Detektor: jest G-M zakres pomiarowy dla promieniowania : 0,1 100 imp/s (cps) zakres pomiarowy dla promieniowania : 0, Bq/cm2 zakres pomiarowy dla mocy dawki prom. i X: 0,01 99,99 μsv/h podstawowy błąd pomiaru mocy dawki prom. i X: 15% podstawowy błąd pomiaru skażenia: 50% zakres energetyczny i X: 30keV 1,5 MeV zakres energetyczny promieniowania : > 100 kev zakres energetyczny promieniowania : > 4 MkeV powierzchnia czynna okna okna detektora: ok. 50 cm2 gęstość powierzchniowa okna detektora: 2 3 mg/cm2 bieg własny licznika: 180 imp/s zasilanie: wewnętrzne akumulatory Cd-Ni 1,2V 0,7Ah wymiar bez uchwytu: 100 x 85 mm waga: 600g 123

121 Pomiary skażeń powierzchni - przyrządy RUST-3 W zależności od zastosowanej sondy pozwala na: pomiar równoważnika dawki i mocy równoważnika dawki promieniowania i X; wykrywanie i pomiar skażeń powierzchni nuklidami,, - promieniotwórczymi. zasilanie: 6 ogniw LR20 lub zasilacz sieciowy gniazdo wejściowe: BNC-2,5 błąd pomiaru: ± 10% czułość wejściowa: 50 mv ± 10% dla impulsów wejściowych: czas trwania: 30 μs czas narastania: 0,2 μs polaryzacja: ujemna rezystancja wejścia: 50 kω ± 20% wymiary: 261 x 102 x 192 mm masa (bez ogniw zasilających): 3,8 kg 124

122 Pomiary skażeń powierzchni - przyrządy Sonda scyntylacyjna SSA-1P Sonda scyntylacyjna do pomiaru skażeń powierzchni substancjami - promieniotwórczymi. napięcie zasilania: V czułość sondy: 21 imp. s-1 / s-1 cm-2 powierzchnia czynna: 85 cm2 gęstość powierzchniowa powierzchni czynnej: 1 mg/cm2 125

123 Pomiary skażeń powierzchni - wzorcowanie Za pomoca wzorcowych źródeł powierzchniowych, posiadających certyfikat wydawany przez producenta, określający aktywność powierzchniową wyrażoną w Bq/cm 2. Wzorcowanie polega na umieszczeniu sondy przyrządu lub samego przyrządu nad źródłem powierzchniowym i odczytanie wartości wskazanej przez przyrząd. Wartość odczytana porównywana jest z wartością wzorcową podaną w certyfikacie źródła. Na tej podstawie określany jest współczynnik kalibracyjny wykorzystywany przez użytkownika. W zależności od potrzeb klienta, przyrządy wzorcuje się przy użyciu źródeł promieniowania α np. 241 Am lub źródeł promieniowania β np. 14 C, 90 Sr. 126

124 Pomiary skażeń ciała człowieka W podobny sposób można zmierzyć skażenia znajdujące się na powierzchni ciała człowieka mierzymy podobnie jak skażenia innych powierzchni. Inną kategorią pomiarów są skażenia wewnętrzne. Więcej na wykładzie o narażeniu wewnętrznym 127

125 Pomiary skażeń środowiska woda, gleba, trawa próbki zebrane zgodnie z procedurami umieszcza się w specjalnych pojemnikach tak, aby ich masa i objętość były zawsze jednakowe najczęściej wykorzystuje się metody spektrometryczne Więcej na wykładzie o monitoringu środowiska 128

126 Pomiary skażeń powietrza Pomiar filtrów powietrza umieszczanych w miejscach gdzie istnieje potencjalna możliwość skażenia lotnymi substancjami promieniotwórczymi. Cząsteczki radionuklidów osadzają się na powierzchni filtra, a następnie po jego zdemontowaniu, mierzona jest aktywność zgromadzonych radionuklidów. Pomiar jest wykonywany najczęściej metodami spektrometrycznymi, które pozwalają na identyfikację osadzonych na filtrze radionuklidów. Więcej na wykładzie o monitoringu środowiska 129

127 Spektrometria 130

128 Spektrometria Rejestracja widma energii promieniowania w postaci funkcji liczby zarejestrowanych cząstek od energii tych cząstek. Identyfikacja radionuklidów. 131

129 Spektrometria Detektory scyntylacyjne Detektory półprzewodnikowe 132

130 Spektrometria Detektor Wzmacniacz A/C Analizator amplitudy 133

131 Detektory scyntylacyjne NaI(Tl) CsI(Tl) CsI(Na) Długość fali (nm) Stała zaniku ( s) Higroskopijność tak nie niewielka Gęstość (kg/m 3 ) Skład (% wagowy) Sygnał wyjściowy w odniesieniu do NaI(Tl) Rozdzielczość energetyczna dla 622 kev (FWHM) 15.3 Na 84.6 I Tl 51.1 Cs 48.8 I Tl 5l.l Cs 48.8 I Na

132 Spektrometria Źródło Ω r d Detektor 136

133 Spektrometria Padające na scyntylator promieniowanie γ, o energii hν 0 może wygenerować elektron wtórny poprzez efekt fotoelektryczny, rozproszenie komptonowskie. generację par elektron-pozyton (hν 0 > 1,022 MeV) 137

134 Spektrometria Z punktu widzenia pomiarów spektrometrycznych jedynym pożądanym oddziaływaniem jest efekt fotoelektryczny - energia jaką uzyskuje elektron jest równa całkowitej energii promieniowania gamma, pomniejszonej o energię wiązania elektronu na orbicie. Elektrony te tworzą w rejestrowanym widmie tzw pik całkowitej energii. Liczba zliczeń w piku jest proporcjonalna do liczby fotonów o danej energii, padających na scyntylator. 138

135 Spektrometria Przy rozproszeniu komptonowskim foton zachowuje część swojej energii. Suma energii rozproszonego fotonu i elektronu komptonowskiego musi być równa hν 0, więc elektron komptonowski ma określoną energię maksymalną: 2 h T max h m c e 139

136 Spektrometria Energia T max odpowiada krawędź comptonowska 1.8 ilość elektronów komptonowskich / de (10-27 cm 2 /kev.elektron) h 0 =0.5 MeV h 0 =1.0 MeV h 0 =1.5 MeV h 0 =2.0 MeV h 0 =2.5 MeV h 0 =3.0 MeV Energia elektronu (MeV) 140

137 Spektrometria hν 0 > 1,022 MeV w widmie mogą pojawić się linie pochodzące od elektronu i pozytonu, generowanych przez konwersję energii fotonu na parę cząstek. Energia unoszona przez elektron pozostaje w scyntylatorze, natomiast pozyton najpierw traci swoją energię kinetyczną, a potem anihiluje, w wyniku czego emitowane są dwa fotony o energii 0,511 MeV każdy. Na ogół co najmniej jeden z fotonów opuszcza scyntylator bez oddziaływania. 141

138 Spektrometria W scyntylatorze pozostaje energia: hν' = hν0 0,511 MeV w rejestrowanym widmie pojawia się tzw. linia pojedynczej ucieczki jeśli oba fotony opuściłyby detektor, pozostawiona energia byłaby równa: hν' = hν MeV, co odpowiada linii podwójnej ucieczki 142

139 Spektrometria Przed rozpoczęciem pomiarów należy wkonać kalibrację energetyczną i wydajnościową przyrządu pomiarowego. KALIBRACJA ENERGETYCZNA wyznaczenie zależności energii od numeru kanału analizatora KALIBRACJA WYDAJNOŚCIOWA wyznaczenie zależności pola powierzchni pików energetycznych od mierzonej aktywności promieniowania Kalibracja wydajnościowa jest określona jedynie dla geometrii pomiarowej, w jakiej została wykonana. 143

140 Spektrometria Kalibracja energetyczna 144

141 Spektrometria Kalibracja wydajnościowa 145

142 Spektrometria GEOMETRIA POMIARU ustawienie źródła/próbki względem detektora kształt źródła/próbki gęstość źródła/próbki jak największa wydajność jak najmniejszy czas martwy duża liczba zarejestrowanych cząstek 146

143 Spektrometria Liczba rejestrowanych cząstek maleje z kwadratem odległości detektor-próbka, a wzrasta wraz z wydłużaniem czasu trwania pomiaru. Dobór odpowiedniej odległości detektor-próbka jest kompromisem między zwiększeniem wydajności pomiaru, a zbytnim wydłużeniem czasu martwego. 147

144 Spektrometria Jeśli wynikiem pomiaru ma być określenie aktywności próbki, czas trwania każdego pomiaru musi być identyczny jak czas trwania kalibracji wydajnościowej. 148

145 Spektrometria 149

146 Spektrometria Detektory półprzewodnikowe germanowe krzemowe CdTe HgI 2 150

147 Spektrometria 151

148 Spektrometria 152

149 Spektrometria Porównanie detektorów NaI(Tl) i HPGe NaI(Tl) HPGe wydajność + - rozdzielczość - + obsługa ciągła brak chłodzenie 153

150 Spektrometria α detektory półprzewodnikowe z diodami krzemowymi skomplikowana preparatyka badanego materiału w celu uzyskania czystości chemicznej 154

151 Spektrometria β skomplikowana preparatyka badanego materiału w celu uzyskania czystości chemicznej liczniki ciekłoscyntylacyjne 155

152 Spektrometria β próbka ciekła jest mieszana ze scyntylatorem (materiał na bazie toluenu) należy dobrać odpowiednie proporcje mieszaniny promieniowanie emitowane z próbki powoduje scyntylacje w materiale scyntylatora licznik rejestruje impulsy i widmo promieniowania 156

153 Detekcja neutronów Metody detekcji neutronów zależą od widma energetycznego detekowanych neutronów. Nie istnieje jeden detektor, który umożliwia detekcję neutronów w całym widmie energetycznym. 157

154 Detekcja neutronów liczniki proporcjonalne wypełnione BF 3 lub helem 3 He; albo z pokryciem borem (np. węglikiem boru B 4 C) liczniki proporcjonalne wypełnione wodorem H detektory scyntylacyjne oparte na licie: LiI(Eu); ZnS(Ag) detektory rozszczepień detektory aktywacyjne 158

155 Detekcja neutronów przyrządy FH 40 G-L10 + sonda neutronowa FHT 752 licznik proporcjonalny wypełniony BF 3 otoczonym moderatorem zakres pomiarowy H*(10): 0, μsv/h zakres energetyczny: 0, kev typowy błąd pomiaru: < 5 % maksymalny błąd pomiaru: 20 % dla 137 Cs wymiary sondy: Φ208 mm x 435 mm waga sondy: 11,5 kg 159

156 Detekcja neutronów przyrządy Monitor neutronów 2202D licznik proporcjonalny wypełniony BF 3 umieszczony w cylindrycznym moderatorze polietylenowym z dodatkową wewnętrzna warstwą z perforowanego boroplastu, pochłaniającą częściowo neutrony termiczne zakres pomiarowy H*(10): μsv/h czułość neutronowa: 3,3 cps / 10 μsv/h zasilanie: 9 x 1,5 V (ogniwa LR14) zasilacz sieciowy wymiary sondy: Φ 2158 mm x 325 mm waga sondy: 11,5 kg 160

157 Obliczenia Dawka pochłonięta Dawka skuteczna/efektywna Metody numeryczne 161

158 Dziękuję za uwagę 162