DOKĄD ZMIERZA DOZYMETRIA TERMOLUMINESCNECYJNA?

Transkrypt

1 DOKĄD ZMIERZA DOZYMETRIA TERMOLUMINESCNECYJNA? Maciej Budzanowski, IFJ PAN IFJ Seminarium XII 2005

2 METODY KONTROLI DAWEK AKTYWNE PASYWNE komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne i GM liczniki scyntylacyjne detektory półprzewodnikowe detektory termoluminescencyjne (TLD) detektory filmowe (tzw. błony) detektory optoluminescencyjne (OSL) detektory bąbelkoweb belkowe detektory śladów cząstek dozymetry Ŝelazowo-Ŝelazawy dozymetry alaninowe dozymetry barwnikowe

3 TERMOLUMINESCENCJA (TL) Zjawisko występujące w niektórych materiałach, polegające na emisji światła pod wpływem dostarczonej energii cieplnej. Świecenie soli kuchennej po podgrzaniu Świecenie detektora TL z LiF:Mg, Ti w czytniku TL.

4 POWSTANIE ZJAWISKA TL B PASMO PRZEWODNICTWA PASMO PRZEWODNICTWA A C pułapka elektronowa D E hν E n A1 A2 D E hν centrum luminescencji PASMO WALENCYJNE PASMO WALENCYJNE Jonizacja powodująca lokalizację elektronów i dziur w centrach powstałych wokół domieszek. Rekombinacja pod wpływem temperatury Model zmian w konfiguracji elektronów i dziur w dielektryku prowadzących do powstania zjawiska TL.

5 HISTORIA TERMOLUMINESCENCJI NA ŚWIECIE 1663 Sir Robert Boyle ( ) Opisał świecenie diamentu w łóŝku pod kołdrą 1904 Maria Skłodowska -Curie ( ) ZauwaŜyła i zinterpretowała zdolność emisji TL po ekspozycji na źródle radowym naturalnego CaF W POLSCE Farington Daniels, Uniw. w Wisconsin, USA Pierwsze zastosowanie w dozymetrii promieniowania jonizującego podczas testów jądrowych 1966 Tadeusz Niewiadomski ( ) Detektory TL na bazie LiF:Cu,Ag i CaF 2 :Mn w rutynowych pomiarach dozymetrycznych w IFJ

6 DETEKTORY TERMOLUMINESCENCYJNE (TLD) Diamenty to najlepsze detektory TLD Marilyn Monroe

7 MATERIAŁY TERMOLUMINESCENCYJNE (TLD) LiF:Mg,Ti LiF:Mg,Cu,P CaSO 4 :Dy Al 2 O 3 :C Li 2 B 4 O 7 :Mn Li2B4O7:Cu CaF 2 :Mn CaF 2 :Dy CaSO 4 :Tm Mg 2 SiO 4 :Tb BeO MgO MgB4O7:Dy MgB4O7:Tm Powszechnie stosowane Rzadko stosowane

8 DETEKTORY TLD W IFJ W IFJ stosujemy własne spiekane detektory TLD na bazie: - LiF:Mg, Ti (MTS-N) - LiF:Mg, Cu, P (MCP-N)

9 ZASTOSOWANIE TERMOLUMINESCENCJI DOZYMETRIA INDYWIDUALNA - kończyny - całe ciało - tkanka ŚRODOWISKOWA - kopalnie - ziemia - kosmos KLINICZNA - diagnostyka radiologiczna - radioterapia WYSOKIE DAWKI - sterylizacja Ŝywności - testowanie materiałów - reaktory jądrowe ARCHEOLOGIA KONTROLA śywności DOZYM. RETROSPEKTYWNA

10 ODCZYT DETEKTORA TL NatęŜenie TL [ imp ] Odczyt detektora TLD w czytniku przy podgrzewaniu liniowym otrzymany wynik to tzw. krzywa termoluminescencyjna charakterystyczna dla danego materiału.

11 JAK MIERZY SIĘ SIĘ DAWKI DETEKTORAMI TLD? Przygotowanie wstępne obliczenie IWC indywidualnego współczynnika czułości Opisanie Wygrzanie w piecu Naświetlenie (gamma) Odczyt w czytniku TL Obliczenie IWC dla kaŝdego detektora Detektor gotowy do pomiaru dawki

12 JAK MIERZY SIĘ DAWKI DETEKTORAMI TLD? Pomiar zasadniczy DI-02 PI-01 wygrzanie KALIBRACYJNA TŁA POMIAROWA 1.0 Pik 4 Podział na grupy NatęŜenie światła [jedn. względne] Krzywa TL doświadczalna Pik 1 Pik 2 Pik Temperatura [ o C] Analiza wyników wyznaczenie dawki

13 CO MIERZYMY I WYZNACZAMY? Wielkości mierzalne, mierzalne, czyli czyli takie takie które które moŝna moŝna wyznaczyć wyznaczyćw drodze drodze bezpośredniego bezpośredniego pomiaru: pomiaru: KERMA, KERMA, K w [Gy] [Gy] 1 Gy = 1 J kg -1 Wielkości normatywne, normatywne, czyli czyli takie takie które które są sąmiarą miarązagroŝenia radiacyjnego radiacyjnego człowieka człowieka zdefiniowane zdefiniowane za za pomocą pomocąparametrów parametrów zaleŝnych zaleŝnych od od anatomii anatomii człowieka człowieka bądź bądźumownie dobranych dobranych współczynników współczynników wagowych wagowych promieniowania, promieniowania, w R, R, czy czy tkanek, tkanek, w T : T : Dawka Dawka efektywna efektywna (skuteczna), (skuteczna), E w [Sv] [Sv] Wielkości operacyjne (robocze), czyli czyli takie takie które które moŝna moŝna wyznaczyć, wyznaczyć, zostały zostały tak tak zdefiniowane zdefiniowane aby aby dla dla większości większości pól pól prom. prom. były były większe większe od od wartości wartości dawki dawki efektywnej: efektywnej: Indywidualny Indywidualny równowaŝnik równowaŝnik dawki, dawki, Hp(d) Hp(d) w [Sv] [Sv]

14 PORÓWNANIE POZIOMU DAWEK Detektory TLD od 200 nsv do 1kSv limit zawodowy na dłonie limit zawodowy na całe ciało limit ogół. ludności dawka śmiertelna wycieczka na Mars CT rtg kreg. rtg klatki 0,1 msv 20 msv 1 msv 7 msv 3 msv 500 msv 1 Sv 3 Sv prom. nat. total prom. nat. zew. 2,3 msv 0,8 msv Dawka efektywna E w [msv]

15 POMIARY INDYWIDUALNE

16 DAWKOMIERZE INDYWIDUALNE Dawkomierz DI-86 Proces odczytu DI-86 Dawkomierze do pomiaru dawki od gamma i rtg na całe ciało. Dawkomierz DI-02 Proces odczytu DI-02 Pomiar: Hp(10), Hp(0,07) Zakres dawek: 0,1 msv - 1 Sv Zakres energetyczny: 15keV 3,0 MeV Okres pomiaru: od 1 do 3 miesięcy

17 DAWKOMIERZ DI-02 odczyt Przygotowanie Odczyt w czytnik DOSACUS 2 i 3 czytnik DOSACUS zostanie zakupiony w ramach FS!!

18 DAWKOMIERZE INDYWIDUALNE NA DŁONIE Wodoszczelne dawkomierze PI-01 do pomiaru dawki na dłonie. Przygotowanie do odczytu Pomiar: Hp(10), Hp(0,07) Zakres dawek: 0,1 msv - 1 Sv Zakres energetyczny: 15keV 3,0 MeV Okres pomiaru *) : od 1 do 3 miesięcy *) wybór okresu pomiarowego naleŝy do klienta Odczyt w czytniku TL

19 DAWKOMIERZ ŚRODOWISKOWY DS Dawkomierze DS do pomiaru dawek w środowisku pracy Dawkomierz DS Pomiar: K air, H*(10) Zakres dawek: 0,03 mgy- 1 Gy!!! 0,03 msv - 1 Sv!!! Zakres energetyczny: 15keV 3,0 MeV Okres pomiaru: od 1 do 3 miesięcy Dawkomierz DS przeŝył

20 DAWKOMIERZ NEUTRONOWY ALBEDO Dawkomierz ALBEDO do pomiaru dawek od neutronów Detektory z 6 LiF:Mg, Ti i 7 Li:Mg, Ti w osłonie z 10 B. Pomiar: Hp(10) Zakres dawek: 0,1 msv - 1 Sv Okres pomiaru: 1 miesiąc

21 RUTYNOWE POMIARY DAWEK W IFJ PAN opracowano materiał TL, zbadano własności dozymetryczne, wdroŝono do rutynowych pomiarów i zbudowano w najnowocześniejsze akredytowane laboratorium kontroli dawek w Polsce Certyfikat akredytacji

22 POMIAR CZASU EKSPOZYCJI Czy moŝna zmierzyć czas kiedy detektor TLD został naświetlony promieniowaniem jonizującym?

23 TEMPERATUROWY ZANIK NATĘśENIA (fading) NatęŜenie światła [jedn. wzgl.] Pik Pik 1 Pik 2 Pik 3 5 minut 30 minut Czas [h] 1 tydzień 3 miesiące Temperatura [ o C] Budzanowski M., Saez-Vergara J.C., Gomez Ros J.M., Romero A.M., Ryba E. The Fading of Different Peaks in LiF:Mg, Cu, P (MCP-N and GR- 200A) TL Detectors. Radiat.Meas. 29: , 1998

24 SYMULACJA AWARYJNEJ EKSPOZYCJI DETEKTORA Wygrzanie 1 2 MCP-N MCP-N 3 MCP-N γ 1 MCP-N γ 2 MCP-N γ 3 MCP-N Odczyt 1 2 MCP-N MCP-N 3 MCP-N Czas (h)

25 PORÓWNANIE WARTOŚCI CZASU OBLICZONEGO I AKTUALNEGO Czas obliczony t ER (h) Zastosowano R 2/4 Zastosowano R 3/4 Funkcja f(x)=x t = t ER ln( R t ER R = (ln ) ( t) / R 0 2 / 4 A 2 / 4C 2 / 4 A 3 / 4C( t ) ttotal )( 0 R3 / 4B t3 / 4B t3 / 4B t3 / 4 A ) Czas aktualny t akt (h) Budzanowski M., Saez-Vergara J.C., Ryba E., Bilski P., Olko P., Waligórski M.P.R. Estimation of the Elapsed Time Between Exposure and Readout Using Peak Ratios of LiF:Mg, Cu, P. Radiat.Prot.Dosim. 85: , 1999

26 IDENTYFIKACJA TYPU EKSPOZYCJI Czy dawkomierz był eksponowany statycznie czy dynamicznie? Informacja o kącie ekspozycji? Informacja o kierunku wiązki przy ekspozycji statycznej?

27 PICTURE IN STANDARD TL READER MCP-N TL detector during heating Manual TL reader heater

28 CCD CAMERA READER CCD camera Ar flowmeter TL detector ohmic heater CCD camera TL reader-present New CCD camera TL reader (MAESTRO 6FP EU project)

29 A TL 2-D 2 D MOVIE IN CCD CAMERA READER 1,0 Peak 4 TL INTENSITY (a.u.) 0,8 0,6 0,4 0,2 Pik 1 Peak 2 Peak Temperature [ o C] MCP-N (LiF:Mg, Cu, P) detector

30 DOSEMETERS Standard In this work Filter details 1 mmpb 1mmCu 1 mmpb needle PMMA 1 mm filter Pb needle 1 mm y mm 0.9 mm TLD 4.5 mm

31 RESULTS FOR DIFFERENT X-RAY X ENERGIES Static exposure 28 kev X-rays Dynamic exposure 80 kev X-rays 125 kev X-rays Static exposure Dynamic exposure Static exposure Dynamic exposure 28 kev X-rays, 20 mgy, Cu filter 80 kev X-rays, 20 mgy, Cu filter 125 kev X-rays, 20 mgy, Cu filter 28 kev X-rays, 20 mgy, Pb filter 80 kev X-rays, 20 mgy, Pb filter 125 kev X-rays, 20 mgy, Pb filter 28 kev X-rays, 20 mgy, Al filter 80 kev X-rays, 20 mgy, Al filter 125 kev X-rays, 20 mgy, Al filter Static irradiation Dynamic irradiation X M. Budzanowski, P. Olko, N. Golnik, A Method for Distinguishing Between Static and Dynamic X-Ray Exposure of a personal Tl-Badge Using the CCD Camera Reader, Radiat.. Prot. Dosim.. (2006) (w druku)

32 3-D D images, 28keV, 1 mm Pb filter TL intensity (counts) Lenght (a.u.) Width (a.u.) 55,00 48,13 41,25 34,38 27,50 20,63 13,75 6,875 0 TL intensity (counts) Lenght (a.u.) Width (a.u.) 8 55,00 48,13 41,25 34,38 27,50 20,63 13,75 6,875 0 Static exposure Dynamic exposure

33 IMAGES FOR 33 kev X-RAY ENERGY Angle 0 o Angle 30 o Angle 60 o Filter Pb with holes Cu with holes Pb needle M. Budzanowski, P. Olko, R. Kopeć,, B.Obryk Obryk,, H. Dzikiewicz-Sapiecha i R. Siwicki, Identifiaction of Static Exposure of Standard Dosimetric Badge with Thermoluminescent Detectors, Radiat.. Prot. Dosim.. (w druku)

34 PLANS FOR USE IN ROUTINE DOSIMETRY Third filter in standard badge will be replaced with one of tested and detector will be readout in only for verification of abnormal dose levels.

35 POMIARY ŚRODOWISKOWE

36 DOZYMETRIA ŚRODOWISKOWA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO Pomiar dawki lub mocy dawki w danym punkcie pomiarowym Fot. Dawkomierz DS-86 w punkcie środowiskowym i elementy składowe

37 POMIARY ŚRODOWISKOWE NA TERENIE IFJ PAN Z UśYCIEM DETEKTORÓW TLD Rutynowe pomiary w ok. 60 punktach pomiarowych na terenie otwartym i w budynkach od 1992 roku Okresy pomiarowe od 1 doby do 3 miesięcy Stosowane detektory MTS-N (LiF:Mg, Ti) i wysokoczułe MCP-N (LiF:Mg, Cu, P)

38 DOBOWE POMIARY ŚRODOWISKOWE NA TERENIE IFJ PAN Z UśYCIEM DETEKTORÓW MCP-N Moc kermy w powietrzu K air w [ngy/h] M ie js c e p o m ia ru : k la tk a m e te o IF J O k re s : (1-4 5 ) I-III ( ) V I-V II N u m e r p o m ia ru [d zień] M. Budzanowski, P. Olko, E.Ryba i U. Woźnicka, A System for Rapid Large-Area Monitoring of Gamma Dose Rates in the Environment Based on MCP-N N (LiF( LiF:Mg,Cu,P) TL Detectors, Radiat.. Prot. Dosim.. Vol. 101, Nos. 1-4, 1 pp (2002)

39 KWARTALNE POMIARY MOCY DAWEK NA TERENIE IFJ PAN Z UśYCIEM DETEKTORÓW TLD Kerma rate ( ngyh -1 ) South (site no. 53) East (site no. 54) West (site no. 55) North (site no. 56) /95 1/96 2/96 3/96 4/96 1/97 2/97 3/97 4/97 1/98 2/98 3/98 4/98 1/99 2/99 3/99 4/99 1/00 2/00 3/00 4/00 1/01 2/01 3/01 4/01 1/02 2/02 3/02 4/02 1/03 2/03 Period (quarter/year) Teren otwarty IFJ PAN M. Budzanowski, P. Olko, B. Obryk,, E.Ryba i A. Nowak Long-term environmental monitoring based on MTS-N N (LiF( LiF:Mg,Ti) and MCP-N N (LiF( LiF:Mg,Cu,P) Thermoluminescent Detectors, Radiat. Measurements 38, (2004)

40 KWARTALNE POMIARY MOCY DAWEK NA TERENIE IFJ PAN Z UśYCIEM DETEKTORÓW TLD 2500 Site no /92 2/92 3/92 4/92 1/93 2/93 3/93 4/93 1/94 2/94 3/94 4/94 1/95 2/95 3/95 4/95 1/96 2/96 3/96 4/96 1/97 2/97 3/97 4/97 1/98 2/98 3/98 4/98 1/99 2/99 3/99 4/99 1/00 2/00 3/00 4/00 1/01 2/01 3/01 4/01 1/02 2/02 3/02 4/02 1/03 2/03 Kerma rate (ngh -1 ) Period (quarter/year) Drzwi wejściowe do magazynu izotopów promieniotwórczych IFJ PAN

41 KWARTALNE POMIARY MOCY DAWEK NA TERENIE IFJ PAN Z UśYCIEM DETEKTORÓW TLD 4000 Site no Kerma rate (ngh -1 ) /92 2/92 3/92 4/92 1/93 2/93 3/93 4/93 1/94 2/94 3/94 4/94 1/95 2/95 3/95 4/95 1/96 2/96 3/96 4/96 1/97 2/97 3/97 4/97 1/98 2/98 3/98 4/98 1/99 2/99 3/99 4/99 1/00 2/00 3/00 4/00 1/01 2/01 3/01 4/01 1/02 2/02 3/02 4/02 1/03 2/03 Period (quarter/year) Magazyn odpadów promieniotwórczych IFJ PAN M. Budzanowski, P. Olko, B. Obryk,, E.Ryba i A. Nowak Long-term environmental monitoring based on MTS-N N (LiF( LiF:Mg,Ti) and MCP-N N (LiF( LiF:Mg,Cu,P) Thermoluminescent Detectors, Radiat. Measurements 38, (2004)

42 KWARTALNE POMIARY MOCY DAWEK NA TERENIE IFJ PAN Z UśYCIEM DETEKTORÓW TLD Site no Kerma rate (ngyh -1 ) /95 1/96 2/96 3/96 4/96 1/97 2/97 3/97 4/97 1/98 2/98 3/98 4/98 1/99 2/99 3/99 4/99 1/00 2/00 3/00 4/00 1/01 2/01 3/01 4/01 1/02 2/02 3/02 4/02 1/03 2/03 Period (quarter/year) Pomieszczenie cyklotronu M. Budzanowski, P. Olko, B. Obryk,, E.Ryba i A. Nowak Long-term environmental monitoring based on MTS-N N (LiF( LiF:Mg,Ti) and MCP-N N (LiF( LiF:Mg,Cu,P) Thermoluminescent Detectors, Radiat. Measurements 38, (2004)

43 MAŁOPOLSKA PRZED I PO CZARNOBYLU K air (ngh -1 ) year 1976 year Kr-W. Justowska Maków P. Zawoja Miechów Sielec Borusowa Wieliczka Igo³omia Libertów Rabka Obidowa Jab³onka Zakopane Site Bukowina T. Poronin opuszna Kroœcienko ¹cko Piwniczna Muszyna Krynica Ptaszkowa Nowy S¹cz Limanowa M. Budzanowski, P. Olko, E.Ryba i U. Woźnicka, A System for Rapid Large-Area Monitoring of Gamma Dose Rates in the Environment Based on MCP-N N (LiF( LiF:Mg,Cu,P) TL Detectors, Radiat.. Prot. Dosim.. Vol. 101, Nos. 1-4, 1 pp (2002)

44 POMIARY ŚRODOWISKOWE W CERN ie Od 2006 r. ruszają pomiary Kontrakt z IFJ PAN na 3+2 lata, ok. 600 punktów pomiarowych

45 POMIARY W KOPALNIACH

46 POMIARY w KOPALNII ASSE Zbadano bieg własny detektorów, który jest na poziomie 1,1 msv/h czyli 70 razy mniejszy niŝ tło na powierzchni ziemi Budzanowski M., Burgkhardt B., Olko P., Peβara W, Waligórski M.P.R. Long-term investigation on self-irradiation and sensitivity to cosmic rays of TL detectors types TLD-200, TLD-700, MCP-N and new phosphate glass dosemeters. Radiat.Prot.Dosim. 66: , 1996

47 POMIARY w POLKOWICACH (KGHM) Czerwiec przygotowanie Listopad 2005 odczyt TLD Portret zespołu IFJ PAN i UŚ Zmierzono moc kermy = 1,8 ngy/h Jest miejsce niskotłowe w Polsce

48 ZASTOSOWANIA KLINICZNE

49 MINIATUROWE DETEKTORY w RADIOTERAPII Miniaturowe (fi2mm) detektory z 6 LiF:Mg,Ti Miniaturowe vel owsiki (fi0,5mmx3mm) detektory z LiF:Mg,Cu,Poficjalnie stosowane w potwierdzaniu dawek w brachyterapii nowotworów ślinianek i prostaty w Australii Badanie rozkładu dawki w fantomie głowy na stanowisku do terapii neutronowej w Studsvik P. Bilski, M. Budzanowski, E. Ochab, P. Olko i Ł. Czopyk Dosimetry of BNCT Beams with Novel Thermoluminescent Detectors Radiat. Prot. Dosim. (2004), Vol. 110, pp

50 MINIATUROWE DETEKTORY w RADIOTERAPII Dose rate (Gy/min) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 Stationary beam Scanned beam Height (mm) ,49 0,21 0,39 0,11 0,77 0,30 0,68 0,58 0,020 0,11 0,21 0,30 0,39 0,49 0,58 0,68 0,77 0,86 0,96 1,1 1,1 1,2 1,3 1,4 0, Azimuthal angle (degrees) Width (mm) Miniaturowe detektory z LiF:Mg,Cu,P w pomiarze rozkładu dawki wokół igły fotonowej z IPJ, zdjęcie fantomu i wyniki. Cienkowarstwowe detektory z LiF:Mg,Cu,P w pomiarze rozkładu dawki wokół igły fotonowej z IPJ, zdjęcie układu pomiarowego oraz wyniki. M. Budzanowski, P. Olko, B, Marczewska, Ł. Czopyk, M. Słapa, W.Straś, M. Traczyk, M. Talejko Dose Distribution Around a Needle-Like Anode X-ray Tube:Dye-Film vs Planar Thermoluminescent Detectors, Radiat. Prot. Dosim. (2006), w druku

51 PODSUMOWANIE DOKĄD ZMIERZA DOZYMETRIA TERMOLUMINESCNCYJNA? W DOBRYM KIERUNKU zorganizowano najnowocześniejsze niejsze laboratorium w Polsce uzyskano FS na rozwój dozymetrii TL ok. 1,6 mln zł prowadzi się wiele prac badawczych z dziedziny TL - granty stosuje się w pomiarach niskotłowych owych (kopalnie) stosuje się w pomiarach terapeutycznych stosuje się w CERN (trudne pola prom.) stosuje się na pokładzie samolotów (trudne pola pom.) stosuje się w kosmosie (trudne pola prom.)