Podstawy detekcji promieniowania jonizującego

Transkrypt

1 Podstawy detekcji promieniowania jonizującego Detekcja promieniowania jonizującego jest podstawą wszystkich procedur dozymetrycznych pozwalających wykrywać ekspozycję promieniowania jonizującego i charakteryzować jej parametry. Bez udziału odpowiednich przyrządów człowiek własnymi zmysłami nie potrafi wykryć obecności w otoczeniu tego czynnika fizycznego. Tematyka detekcji promieniowania jonizującego przedstawiona w tym module dotyczyć będzie detektorów promieniowania jonizującego przeznaczonych do pomiarów środowiskowych, czyli wykrywania promieniowania jonizującego i określania jego parametrów. Podstawowym celem detekcji promieniowania jonizującego jest uzyskanie informacji dotyczących parametrów ekspozycji. Uzyskiwane, dzięki zastosowaniu detektorów promieniowania jonizującego, dane dotyczą m. in.: obecności promieniowania w otoczeniu, ilości promieniowania, względnej lub bezwzględnej, w danej chwili, identyfikacji i określenia parametrów nośników lub kwantów promieniowania, energii promieniowania, rodzaju promieniowania itp. Istnieją trzy zasadnicze typy detektorów promieniowania jonizującego: Detektory czynne: charakteryzują się one penetracją nośników lub kwantów promieniowania całej objętości czynnej miernika, a informacja o ekspozycji uzyskiwana jest natychmiast czyli w momencie wykonywania pomiaru. W trakcie rejestracji i odczytu muszą posiadać zewnętrzne źródło energii. Z względu na konstrukcje i zasadę działania wyodrębniamy trzy podstawowe grypy detektorów: o detektory gazowe o detektory scyntylacyjne o detektory półprzewodnikowe Detektory bierne: rejestrują wiele nośników lub kwantów promieniowania jednocześnie. Najczęściej wymagają dodatkowych metod umożliwiających odczytanie zebranych danych, stąd informacja o ekspozycji uzyskiwana jest z opóźnieniem czyli po zakończeniu pomiarów. Detektory bierne najczęściej bazują na zmianach chemicznych lub fizycznych medium detektora zachodzących pod wpływem promieniowania jonizującego. Nie wymagają podłączenia do źródła energii w trakcie wykonywania pomiarów. Z powszechnie stosowanych detektorów do tego typu zaliczamy: o detektory fotometryczne o detektory termoluminescencyjne o elektrometry

2 Detektory śladowe: pozwalają rejestrować i wizualizować drogę rozchodzenia się promieniowania w ośrodku stanowiącym medium miernika. Mierniki te w niewielkim stopniu mają swoje zastosowanie w medycynie, a służą głównie do śledzenia torów cząstek promieniowania. o detektory filmowe o komory Wilsona (mgłowa) o komory pęcherzykowe Zanim przejdziemy do bardziej szczegółowego omówienia rodzajów stosowanych w medycynie detektorów promieniowania jonizującego zajmiemy się ich parametrami technicznymi, od których zależy zarówno zakres ich stosowania jak i dokładność uzyskiwanych wyników. Każdy detektor charakteryzuje się kilkoma parametrami determinującymi jego przydatność w określonych sytuacjach. Parametry te mogą zależeć od technicznych uwarunkowań danego detektora oraz od warunków prowadzenia pomiaru. Czułość detektora Determinuje minimalną wartość energii nośnika lub kwantu promieniowania, wystarczająca do wykrycia sygnału. Zależy ona od przekroju czynnego na oddziaływanie z podstawowym materiałem (medium) detektora, masy tego materiału, wielkości szumu związanego z przetwarzaniem zarejestrowanego sygnału, a także rodzaju obudowy detektora i jego wrażliwości na zakłócenia. Wydajność detektora Określa stosunek liczby zarejestrowanych cząstek do liczby cząstek wpadających do objętości czynnej detektora. Najczęściej określana procentowo jako: liczba zarejestrowanych nośników / kwantów promieniowania W = 100% calkowita liczba nośników / kwantów promieniowania Im wyższa wydajność, tym taki detektor jest bardziej przydatny, gdyż pozwala skrócić czas pomiarów. Wydajność zależy głównie od wartości liniowego współczynnika pochłaniania i objętości czynnej detektora. Wydajność detektora jest szczególnie istotna w aparatach diagnostycznych (np. stosowanych w medycynie nuklearnej) gdyż wpływa na czas akwizycji, a tym samym ma wpływ na powstawanie ewentualnych artefaktów ruchowych. Odpowiedź detektora Określa zależność ładunku lub amplitudy sygnału wyjściowego od energii rejestrowanej cząstki. Detektory o liniowej zależności wykazują najlepszą odpowiedź na dane promieniowanie. Odpowiedź detektora, tj. jego reakcja na promieniowanie postrzegana jako widmo sygnałów generowanych w detektorze może być czasem mocno skomplikowana. Np. dzięki różnorodności oddziaływań promieniowania gamma z materią, detektory germanowe lub scyntylacyjne dają złożone widmo

3 odpowiedzi (fotopik, obszar komptonowski, czy tzw. piki ucieczki pojedynczej i podwójnej). Czasową zdolność rozdzielczą detektora Określa minimalny czas konieczny do rejestracji przez detektor kolejnego nośnika lub kwantu promieniowania. Determinowany jest dwoma parametrami: Czas odpowiedzi, a więc czas pomiędzy wniknięciem cząstki lub kwantu promieniowania, a powstaniem uformowanego sygnału wyjściowego. Czas ten powinien być jak najkrótszy. Czas martwy (dead time), w którym detektor jest zablokowany dla rejestracji kolejnej cząstki lub kwantu promieniowania. Istotna jest tutaj długość trwania sygnału wyjściowego, gdyż ona determinuje wielkość czasu martwego. Niektóre detektory w czasie trwania impulsu są nieczułe na przyjście kolejnej cząstki lub kwantu promieniowania, niektóre zaś dają impuls nakładający się na impuls pierwszej z rejestrowanych cząstek, co prowadzi do deformacji widma. Najkorzystniejsze jest, aby detektor miał zawsze jak najkrótszy czas martwy, gdyż może wtedy zarejestrować wiele cząstek (np. przy promieniowaniu o dużym natężeniu) bez istotnych strat informacji. Energetyczna zdolność rozdzielcza Zdefiniowana jest jako stosunek szerokości połówkowej (FWHM) fotopiku (sygnału wywołanego jonizacją zachodzącą przez efekt fotoelektryczny) do amplitudy sygnału. Im lepsza zdolność rozdzielcza, tym lepiej możemy rozróżnić cząstki lub kwanty o różnych energiach. Na zdolność rozdzielczą detektora mają wpływ takie czynniki, jak fluktuacje w procesie tworzenia się impulsu, niejednorodność materiału detekcyjnego, szumy układu elektronicznego stowarzyszonego z detektorem. Parametrem charakteryzującym energetyczną zdolność rozdzielczą detektora jest tzw. czynnik Fano (F) związany z powstawaniem kolejnych par nośników. Dla scyntylatorów czynnik F jest bliski 1, dla detektorów półprzewodnikowych jest on mniejszy, a więc też zdolność rozdzielcza tych ostatnich jest odpowiednio lepsza. Jak więc widać istotny jest właściwy dobór detektora o odpowiedniej, do warunków promieniowania, charakterystyce. Błędy w tym zakresie często są przyczyną zafałszowania rzeczywistości dotyczącej promieniowania jonizującego i mogą wpływać na bezpieczeństwo radiologiczne wszystkich grup populacyjnych związanych z ekspozycją. Istnieje cała gama przyrządów dozymetrycznych do pomiarów promieniowania jonizującego, które mają zastosowanie w medycynie. Przedstawimy tutaj pokrótce najważniejsze ich rodzaje. DETEKTORY GAZOWE Stanowią najliczniejszą i najbardziej zróżnicowaną grupę detektorów promieniowania. Jak sama nazwa wskazuje we wszystkich tego typu detektorach

4 medium, czyli przestrzeń czynną dla oddziaływania promieniowania jonizującego z materią stanowi gaz. Promieniowanie wchodząc w interakcję z atomami gazu powoduje jego jonizację i powstanie pary elektron-jon, które ulegają separacji w polu elektrycznym. Następnie ilość ładunków jest zliczana i na tej podstawie określane są parametry ekspozycji, która spowodowała tą jonizację. Schemat ideowy detektora gazowego przedstawiono na rysunku Podstawę detektorów gazowych stanowi komora wypełniona gazem stanowiącym jak już wspomniano medium, w którym dochodzi do jonizacji pod wpływem padającego promieniowania. W zależności od napięcia przyłożonego do elektrod detektora gazowego pracuje on w trybie komory jonizacyjnej, licznika proporcjonalnego lub licznika Geigera-Mullera. KOMORA JONIZACYJNA Zadaniem komory jonizacyjnej jest zebranie jonów wytworzonych w ośrodku gazowym przy przejściu przez niego promieniowania jonizującego. Komora jonizacyjna składa się z dwóch elektrod metalowych umieszczonych w zamkniętej przestrzeni na bardzo dobrych izolatorach. Do elektrod przyłącza się źródło napięcia, które ma za zadanie wytworzenie pola elektrycznego miedzy elektrodami. Pod wpływem tego pola jony wytworzone w gazie jako efekt rekombinacji nośników/kwantów promieniowania z medium detektora poruszają się w przestrzeni miedzy elektrodami (tzw. objętość czynna) w odpowiednim kierunku. Przemieszczające się ładunki powodują przepływ prądu elektrycznego. Do pomiarów względnych promieniowania beta, X i gamma oraz strumieni neutronów używane są komory, w których rejestrowane są nie tylko jony powstające w objętości czynnej, lecz także jony docierające do tej objętości z otaczających ją ścianek. W rezultacie znaczna część całkowitego prądu jonizacyjnego jest wytworzona przez jony wybite

5 ze ścianek komory przez padające promieniowanie. Komory te są zwane komorami kondensatorowymi lub komorami naparstkowymi. W obecnie produkowanych komorach stosuje się odpowiedni materiał na ścianki - o efektywnej liczbie atomowej równej powietrzu. Jest to masa plastyczna z domieszką grafitu, magnezu lub aluminium. Ścianki te zapewniają poprawną pracę komory jonizacyjnej niezależnie od energii bądź twardości promieniowania. Napięcie między elektrodami dobierane jest z zakresu V. Komory jonizacyjne charakteryzują się dobrą charakterystyką kątową oraz szerokim zakresem energetycznym mierzonego promieniowania rzędu keV. Innym obszarem wykorzystania komór jonizacyjnych są pomiary aktywności substancji radioaktywnej. Komora jonizacyjna odpowiednio skonstruowana, czyli posiadająca w swojej przestrzeni odpowiednią wnękę do umieszczania próbki radioaktywnej, może być kalibratorem dawki, pozwalającym na pomiar aktywności preparatu bez względu na rodzaj emitowanego promieniowania. Schemat ideowy gazowego kalibratora aktywności przedstawiono na rysunku. LICZNIK PROPOCJONALNY Licznik proporcjonalny, podobnie jak komora jonizacyjna, składa się z dwóch elektrod, które najczęściej tworzą układ cylindryczny. Wzdłuż osi cylindra (obudowy detektora), który stanowi katodę licznika, biegnie cieniutki drut, będący anodą.

6 Ze względu na proporcjonalność amplitudy impulsu do energii nośnika/kwantu promieniowania odpowiedzialnego za pierwotna jonizację liczniki proporcjonalne stosowane są zarówno do zliczania liczby nośników lub kwantów promieniowania jonizującego, jak i do określania ich energii. Znajdują więc zastosowanie do pomiarów promieniowania alfa, beta, gamma, X oraz do pomiarów neutronów termicznych i neutronów prędkich. Ze względu na szczegółowe rozwiązania konstrukcyjne liczników wynikające z ich optymalizacji pod kątem rodzaju pomiaru wyróżnia się: liczniki proporcjonalne przepływowe wykorzystywane do pomiarów całkowitej aktywności izotopów alfapromieniotwórczych lub betapromieniotwórczych, liczniki proporcjonalne wewnętrznego napełniania służące do pomiaru aktywności gazów radioaktywnych, rentgenowskie liczniki proporcjonalne, liczniki proporcjonalne z trójfluorkiem boru służące do detekcji neutronów termicznych (dzięki reakcji neutronów z borem z emisją cząstek alfa), liczniki proporcjonalne protonów odrzutu itd. LICZNIK G-M W licznikach G-M do detekcji promieniowania jonizującego, podobnie jak w licznikach proporcjonalnych, wykorzystuje się zjawisko jonizacji wtórnej. Po przekroczeniu dolnego zakresu napięcia pracy dla tego detektora wraz ze wzrostem różnicy potencjału pola elektrycznego pomiędzy elektrodami następuje nieproporcjonalny wzrost wtórnych jonizacji. Uwolniony wskutek jonizacji pierwotnej elektron porusza się pod wpływem pola elektrostatycznego ruchem przyspieszonym w kierunku anody. Prędkość elektronu rośnie, osiągając wartości pozwalające na wzbudzenie lub zjonizowanie innych atomów lub cząsteczek gazu. W wyniku tych wtórnych aktów jonizacji powstają dalsze elektrony przyspieszane w analogiczny sposób. Przy dostatecznie dużych wartościach natężenia pola elektrostatycznego powoduje to powstanie całej lawiny elektronów i jonów, która rozchodzi się wzdłuż drutu anody. Właśnie takie lawiny powodują powstawanie impulsów w zakresie napięć, odpowiadającym zakresowi pracy licznika G-M. Wyładowanie, jakie powstaje w liczniku G-M, polega wiec na cyklicznym powtarzaniu się zachodzących w objętości czynnej komory zjawisk: akt pierwotnej jonizacji proces wtórnej jonizacji proces tworzenia lawin wygaszenie. Poniżej podsumowano detektory gazowe w aspekcie ich możliwości użytkowych: Komora jonizacyjna sygnał wyjściowy proporcjonalny do energii nośnika/kwantu promieniowania (identyfikacja energii oraz rodzaju cząstki) detekcja promieniowania >10keV okienko dla cząstek alfa oraz beta wykorzystywanym medium jest najczęściej powietrze, rzadziej inny gaz skonstruowana z równoległych płyt bądź z cylindra i umieszczonej wewnątrz elektrody

7 możliwość detekcji neutronów Licznik proporcjonalny detekcja dowolnego rodzaju promieniowania oraz jego energii. wykorzystywanym gazem jest hel lub argon, bądź trójfluorek boru (detekcja neutronów) powstawanie swobodnych elektronów na drodze jonizacji wtórnej, interakcji fotoelektrycznych oraz bombardowania elektrody przed dodatnio naładowane jony możliwość detekcji nośników/kwantów promieniowania o niskich energiach (<10keV) ograniczony czas działania degradacja gazu Licznik Geigera-Mullera liczba elektronów jest niezależna od napięcia na elektrodach identyfikacja rodzaju promieniowania jest niemożliwa dostarcza informacji jedynie o ilości nośników/kwantów promieniowania dodatnie jony gromadzące się przy jednej z elektrod powodują spadek napięcia (a tym samym natężenia pola) i blokadę układu pomiarowego ograniczony dla liczników samogasnących alkoholowych czas działania z uwagi na degradację gazu duża czułość, możliwość detekcji słabego promieniowania prosty układ zliczający DETEKTORY SCYNTYLACYJNE Liczniki scyntylacyjne, zwane również głowicami scyntylacyjnymi, lub sondami scyntylacyjnymi są obok komór jonizacyjnych i liczników G-M najczęściej stosowanymi detektorami promieniowania jonizującego. Jak sama nazwa wskazuje głównym elementem odpowiedzialnym za możliwość wykrywania i różnicowania promieniowania jonizującego jest scyntylator. Scyntylator materiał, dzięki któremu następuje konwersja energii promienistej unoszonej za pomocą nośnika lub kwantu promieniowania jonizującego na energię świetlną w akcie luminescencji (fluorescencji lub fosforescencji). Licznik scyntylacyjny składa się kilku podstawowych bloków do których należą: 1. scyntylator - jest substancją przezroczystą o jak największej licznie atomowej Z, która konwertuje promieniowanie jonizujące na błyski świetlne zwane scyntylacjami. Scyntylator jest umieszczony w obudowie wykonanej z aluminium, co skutecznie blokuje wzbudzanie scyntylatora światłem widzialnym. Okienko przez które jest wyprowadzone światło emitowane przez scyntylator wykonane jest z pleksi lub kwarcu. Światłoszczelność zewnętrznej części detektora scyntylatora pozwala na obserwację światła wysyłanego przez scyntylator. Szczelne osłonięcie scyntylatora warstwą metalu pozwala

8 na obserwacje rozbłysków luminescencyjnych, których natężenie jest kilka rzędu mniejsze od natężenia światła dziennego. 2. Fotopowielacz czyli czuła na światło lampa elektronowa; 3. Układu rejestrującego odpowiada za wydajną rejestrację elektronów fotokatody. Typowa wydajność kwantowa fotokatody to ~15%. DETEKTORY PÓŁPRZEWODNIKOWE Do detekcji promieniowania jonizującego wykorzystuje się także różnego rodzaju kryształy oraz elementy półprzewodnikowe. Ze względu na zasadę działania detektory te można podzielić na dwie grupy: Detektory, w których promieniowanie jonizujące wywołuje emisje promieniowania świetlnego. W tej grupie detektorów energia zaabsorbowanego promieniowania zostaje całkowicie lub częściowo zużyta na uwolnienie elektronów. Uwolnione elektrony po upływie odpowiedniego czasu zostają wychwycone np. przez ośrodki zakłóceń sieci krystalicznej, jak również przez te miejsca, z których został uwolniony elektron. Temu procesowi towarzyszy emisja światła. Zasada detekcji jest tu wiec podobna, jak w licznikach scyntylacyjnych, czyli konieczny jest dla wzmocnienia sygnału powielacz elektronowy. Taką właściwością charakteryzują się zasadniczo kryształy półprzewodnikowe. Detektory, w których promieniowanie jonizujące powoduje wytworzenie ładunku elektrycznego lub zmianę oporności detektora. Detektory tej grupy przypominają w zakresie schematu działania komory jonizacyjne. W tym przypadku bowiem do elementu półprzewodnikowego przykłada się pole elektryczne i zbiera na elektrodach ładunek elektryczny powstały w czasie przejścia promieniowania przez ten element. Ładunek ten jest proporcjonalny do energii traconej przez promieniowanie przechodzące przez element detekcyjny. Do grupy tej należą zarówno detektory krystaliczne o właściwościach izolacyjnych, w których nie występuje wzmocnienie ładunku, jak i kryształy półprzewodnikowe, w których występuje zjawisko wewnętrznego wzmocnienia prądowego. Detektory półprzewodnikowe, szczególnie detektory złączowe, wypierają inne detektory, tzn. detektory gazowe jak: komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne, liczniki G-M, czy nawet liczniki scyntylacyjne. One stanowią najnowszy, a zarazem najbardziej obiecujący system detekcji promieniowania jądrowego dzięki swoim niewątpliwym zaletom m.in.: małe wymiary, ze względu na silna absorpcje promieniowania; liniowa zależność generowanego ładunku od energii nośnika/kwantu promieniowania w szerokim zakresie energii tych cząstek, co możliwa spektrometryczną analizę promieniowania (warunek grubość bariery jest większa od zasięgu badanego promieniowania); duża szybkość zbierania ładunku, a stad duża czasowa zdolność rozdzielcza;

9 polepszenie energetycznej zdolności rozdzielczej przy badaniach spektrometrycznych wskutek wytworzenia większej liczby nośników ładunku, a co za tym idzie - zmniejszenie fluktuacji statystycznych; wyraźne zmniejszenie biegu własnego detektora ze względu na jego małe wymiary; możliwość stosowania niskich napięć zasilających. Głównymi obszarami zastosowań detektorów półprzewodnikowych są: spektrometria ciężkich cząstek naładowanych, takich jak protony, deuterony, jadra trytu, a przede wszystkim cząstki alfa; spektrometria promieniowania gamma; spektrometria promieniowania X (zwłaszcza miękkiego); pomiary gęstości strumienia neutronów termicznych i prędkich oraz ich spektrometria; pomiar dawki i mocy dawki; badania reakcji jądrowych. Jak już wspomniano w grupie detektorów półprzewodnikowych najliczniej reprezentowane są detektory złączowe. Jako podstawowe materiały do ich wytwarzania stosuje się krzem i german. DETEKTORY TERMOLUMINESCENCYJNE Detekcja promieniowania jonizującego metodą termoluminescencji polega na wykorzystaniu niektórych materiałów (zwanych luminoforami) do utrwalania zmian strukturalnych wywołanych oddziaływaniem promieniowania jonizującego. Luminofory termoluminescencyjne zawierają niewielką ilość (0,1g lub mniej) specjalnie domieszkowanego materiału dielektrycznego oraz defekty w siatce krystalicznej, które pełnią rolę pułapek lub metastabilnych poziomów energetycznych. Domieszki i defekty są rozmieszczone w dość dużej odległości od siebie, tak że elektrony nie mogą swobodnie się przemieszczać od jednej pułapki do drugiej. Na skutek pochłaniania energii padającego promieniowania w luminoforze następują przesunięcia elektronów do pasm wzbudzonych metastabilnych, które utrzymują się po zakończeniu ekspozycji. Po ogrzaniu elektrony wydostają się z pułapki na wyższy poziom energetyczny, skąd przechodzą do stanu podstawowego emitując fotony światła widzialnego. Natężenie światła mierzy się za pomocą fotopowielacza w funkcji temperatury. Całkowita energia wyemitowanego światła jest proporcjonalna do zdeponowanej energii nośników/kwantów promieniowania, a więc dawki promieniowania oddziaływującego na detektor. Po wygrzaniu detektory TLD można wykorzystać ponownie. Głównym przeznaczeniem jest pomiar równoważnika dawki stosowany w dozymetrii indywidualnej i w pomiarach środowiskowych. Najczęściej stosowane materiały termoluminescencyjne to LiF, Li 2 B 4 O 7, CaF 2, i CaSO 4.

10 DETEKTORY FOTOMETRYCZNE (BŁONA FOTOGRAFICZNA) Detektor filmowy pokryty jedno lub dwustronną warstwą emulsji fotograficznej. Podające promieniowanie jonizujące powoduje zmiany chemiczne w warstwie fotoczułej prowadząc do jej zaczernienia. Stopień zaczernienia detektora zależy od energii pochłoniętej przez emulsję detektora w danym punkcie. W celu odczytania należy go wywołać i utrwalić. Stopień zaczernienia detektora będący miara ekspozycji odczytuje się za pomocą densytometru. Należy pamiętać, że detektory fotometryczne są detektorami jednorazowymi. Detektory tego typu głównie stosowane są w dozymetrii indywidualnej. Błona fotograficzna umieszczana jest w specjalnie skonstruowanej kasetce zaopatrzonej w kilka różnego rodzaju filtrów jak na rysunku. Cu 0.5 mm 17 Cu 0.05 mm okienko numer filmu Cu 1.5 mm Pb 1 mm FRONT FRONT Analiza zaczernienia poszczególnych obszarów filmu pozwala ocenić dawkę promieniowania, jego energię, pozwala także odróżnić ekspozycję ciągłą od jednorazowej, a także określić kierunek padającego promieniowania. Dodatkowym elementem kasety jest zatopiona w kasecie metalowa szpilka, która służy do bardziej szczegółowego określania kierunku padania wiązki promieniowania. W przypadku stosowania tych detektorów jako receptorów obrazu diagnostycznego sprzęga się je z foliami wzmacniającymi, które znacząco poprawiają wydajność odpowiedzi receptora na wiązkę promieniowania. Detektory te powoli tracą swoje

11 znaczenie w zakresie dozymetrii na rzecz TLD, a jako analogowe receptory obrazu na rzecz cyfrowych lub półcyfrowych układów rejestrujących. Innym dość istotnym podziałem mierników promieniowania dokonanym ze względu na rodzaj promieniowania dla którego pomiarów są desygnowane jest: dozymetry do pomiarów promieniowania alfa, dozymetry do pomiarów promieniowania beta, dozymetry do pomiarów promieniowania gamma i X dozymetry do pomiarów promieniowania neutronowego. Ponadto ze względu na przeznaczenie przyrządy dozymetryczne stosowane w medycynie możemy podzielić na: kalibratory aktywności spektrometry dozymetry do pomiaru dawki dozymetry do pomiaru mocy dawki dozymetry do pomiaru skażeń promieniotwórczych Na rysunkach przedstawiono obszary zastosowań dla najczęściej stosowanych w medycynie detektorów promieniowania jonizującego. Należy pamiętać, że w medycynie nuklearnej jest prawnie wymagane posiadanie miernika aktywności, niezbędnego do wykonywania pomiarów aktywności radiofarmaceutyków przed ich aplikacja pacjentowi. Miernik taki zgodnie z odpowiednimi przepisami prawnymi podlega procedurze wzorcowania. Często dla potrzeb pomiarów dozymetrycznych jednostki stosujące otwarte źródła promieniowania lub administrujące odpadami radioaktywnymi, szczególnie ciekłymi, posiadają na wyposażeniu spektrometry promieniowania umożliwiające identyfikację oraz zawartość radionuklidów w badanej próbce. Spektrometry te najczęściej bazują na sondach scyntylacyjnych lub detektorach półprzewodnikowych.

12 DOZYMETRIA POMIAR DAWEK INDYWIDULNYCH DOZYMETR TLD INDYWIDUALNY DOZYMETR CYFROWY DAWKOMIERZ FOTOMETRYCZNY DOZYMETRIA MONITOROWANIE OTOCZENIA I ŚRODOWISKA PRACY MIERNIKI DO POMIARU DAWKI I MOCY DAWKI - KOMORY JONIZACYJNE - LICZNIKI PROPROCJONALNE - LICZNIKI G-M - DETEKTORY SCYNTYLACYJNE MIERNIKI DO POMIARU SKAŻEŃ RADIOAKTYWNYCH DOZYMETRY TLD Metody dozymetrii promieniowania jonizującego można także podzielić na dwie zasadnicze kategorie: bezpośrednie (zwane też absolutnymi), pośrednie (zwane też względnymi). Metody bezpośrednie oparte są na schemacie:

13 Promieniowanie jonizujące -> ładunek(prąd) -> odczyt w jednostkach dawki Wg tego schematu działają przyrządy dozymetryczne: komory jonizacyjne, detektory półprzewodnikowe, detektory scyntylacyjne. Metody pośrednie mają w schemacie dodatkowe ogniwo: Promieniowanie jonizujące -> specyficzna zmiana wskaźnika ->przeliczenie na dawkę -> wynik w jednostkach dawki Wg takiego schematu działają: dozymetry filmowe i dawkomierze termoluminescencyjne. W przypadku ekspozycji zewnętrznej na jonizujące promieniowanie elektromagnetyczne MIERZYMY: dawke ekspozycyjną, kermę. (Tylko te i wywodzące się z nich wielkości są dostępne pomiarom.) SZACUJEMY: stąd: dawki równoważną i dawkę skuteczną Dostępne obecnie przyrządy dozymetryczne mierzą nie tylko dawkę ekspozycyjną czy kermę w powietrzu, lecz także: moc dawki (lub kermy), iloczyn dawki (lub kermy) i pola powierzchni pierwotnej wiązki promieniowania X, iloczyn kermy i długości skanowanego odcinka (w rentgenowskiej tomografii komputerowej). Obecnie używanymi miernikami absolutnymi są: komory jonizacyjne (ekspozycja) kalorymetry (dawka) dozymetry chemiczne Frickego (dawka) Inne mierniki promieniowania, np.: liczniki G-M, liczniki proporcjonalne, scyntylacyjne, dozymetry termoluminescencyjne, fotoluminescencyjne, błony fotograficzne, itd. wymagają kalibracji są to metody względne (pośrednie): specyficzna zmiana wskaźnika wywołana działąniem promieniowania musi być wykalibrowana w

14 jednostkach dawki przy użyciu przyrządu referencyjnego (czyli miernika absolutnego). W dozymetrii promieniowania jonizującego możemy się również z pojęciami dotyczące samego pomiaru dozymetrycznego tj. z dokładnością i precyzją miernika. Przez precyzję miernika rozumiemy, że w wielokrotnie powtarzanych w tych samych warunkach pomiarach daje zbliżone wyniki. Im mniejszy rozrzut (mierzony np. odchyleniem średniokwadratowym) tym większa precyzja miernika. Naturalnym ograniczenie precyzji pomiarów promieniowania jest stochastyczny charakter procesów oddziaływania promieniowania z materią (a zatem i z miernikiem). Zwiększanie liczby pomiarów pozwala zwykle zmniejszyć rozrzut wartości średniej, a zatem i precyzję wyniku. Przez dokładność miernika rozumiemy możliwość uzyskania wyniku, którego wartość nie odbiega od (prawdziwej) wartości mierzonej wielkości. Im mniejsza różnica, tym bardziej dokładny miernik. Należy również podkreślić, że w zakresie detekcji promieniowania mierzymy wyłącznie dawkę ekspozycyjna lub kermę i na ich podstawie dzięki doborowi odpowiednich współczynników szacujemy pozostałe wielkości dozymetryczne jak np. dawkę pochłoniętą, równoważna czy skuteczną itp. W ocenie dawki równoważnej bazujemy na pomiarach kierunkowego równoważnika dawki H(0,07Ω) (kontrola otoczenia) lub indywidualnego równoważnika dawki H P (0,07) (kontrola indywidualna), a przypadku dawki skutecznej opieramy się na pomiarach przestrzennego równoważnika dawki H*(10) (kontrola otoczenia) lub indywidualnego równoważnika dawki H P (10) (kontrola indywidualna). Należy również pamiętać o konieczności kompensacji tła promieniowania. Jednym z zasadniczych warunków wiarygodności pomiarów promieniowania jonizującego wykonywanych detektorami jest systematyczne wykonywanie testów podstawowych i specjalistycznych będących elementami Systemu Zapewnienia Jakości. Testy te zasadniczo dotyczą aparatury diagnostyczno-teraputycznej (np. gamma-kamera, aparat rtg, akcelerator) i kontrolno-pomiarowej (np. kalibrator aktywności). Zakres, częstotliwość i wartości referencyjne dla tych testów określa Rozporządzenie Ministra Zdrowia w sprawie warunków bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla wszystkich rodzajów ekspozycji medycznej z 18 lutego 2011r. (Dz.U. z 2011r. nr 51, poz. 265). Ponadto niektóre przyrządy dozymetryczne wymagają okresowego wzorcowania w celu sprawdzenia odpowiedzi detektora na ekspozycję promieniowania jonizującego w zadanych zakresach energetycznych. Prowadzi to do wyznaczenia ewentualnych korekt dla współczynników kalibracyjnych wprowadzanych bezpośrednio do urządzenia lub wykreśla się krzywą odpowiedzi detektor parametr promieniowania. Częstość wykonywania tych procedur jest określona przepisami prawnymi tym niemniej

15 każdorazowo w przypadku napraw, zużycia detektora czy jego regulacji wymagane jest przeprowadzenie wzorcowania. Co mówią przepisy w zakresie tej materii? Kwestie przyrządów dozymetrycznych regulowane są w kilku aktach prawnych. Podstawowym aktem jest w tym przypadku Ustawa Prawo o miarach (Dz.U. z 2004r, Nr 243, poz. 2441) oraz Ustawa Prawo Atomowe (Dz.U. z 2007r. Nr 42 poz. 276 z póź. zm.) gdzie w art. 27 mamy napisane: 1. Przyrządy dozymetryczne stosowane do kontroli i oceny narażenia, niepodlegające obowiązkowi kontroli metrologicznej określonej w przepisach o miarach, powinny posiadać świadectwo wzorcowania. 2. Świadectwo wzorcowania, o którym mowa w ust. 1, wydaje laboratorium pomiarowe posiadające akredytację otrzymaną na podstawie odrębnych przepisów. Zgodnie z tym artykułem przyrządami wymagającymi wzorcowania są radiometry i dawkomierze promieniowania jonizującego (pomiar dawki pochłoniętej, mocy dawki pochłoniętej oraz wartości równoważnych) oraz mierniki skażeń radioaktywnych. Częstość wzorcowania określa załącznik do Rozporządzenia Rady Ministrów w sprawie wymagań dotyczących sprzętu dozymetrycznego (Dz.U. z 2002r. Nr 239, poz. 2032): Wzorcowanie sprzętu dozymetrycznego przeprowadza się nie rzadziej niż: w przypadku sprzętu dozymetrycznego nieposiadającego kontrolnego źródła promieniotwórczego - raz na 12 miesięcy; w przypadku sprzętu dozymetrycznego posiadającego kontrolne źródło promieniotwórcze - raz na 24 miesiące. Dokonując pomiarów dozymetrycznych należy przestrzegać kilku podstawowych zasad postępowania wymienionych poniżej: zapoznać się z danymi technicznymi dozymetru sprawdzając przede wszystkim: o typ dozymetru i jego przeznaczenie o rodzaj promieniowania które może być mierzone o zakres energetyczny o zakres pomiarowy zapoznać się z instrukcją obsługi zapoznać się ze świadectwem wzorcowania przyrządu sprawdzić i ocenić stan źródła zasilania przyrządu dla dozymetrów wielofunkcyjnych ustawić właściwe jednostki odczytu oraz rodzaj mierzonego promieniowania dla dozymetrów z sondami zewnętrznymi sprawdzić poprawność podłączeń oraz rodzaj stosowanej sondy do warunków pomiaru sprawdzić i ocenić bieg własny przyrządu porównując otrzymany wynik z danymi producenta sprawdzić sprawność przyrządu (optymalnie źródłem kontrolnym) w tym również brak występowania uszkodzeń mechanicznych

16 pamiętać, że przyrząd nie reaguje natychmiast na zmianę natężenia promieniowania chronić przyrząd przed wstrząsami, udarami i wilgocią nie dotykać powierzchnią detektora do powierzchni, które mogą być skażone niektóre typy detektorów w polach o wysokiej mocy dawki mogą zaniżać wskazania, wpływając zasadniczo na ocenę ekspozycji w przypadku przenoszenia dozymetrów opartych na otwartych komorach gazowych, pomiędzy miejscami o znacznych różnicach temperatury lub wilgotności powietrza wymagane jest odczekanie z wykonywanie pomiarów do czasu odparowania z przestrzeni czynnej detektora w przypadku dozymetrów opartych o zamknięte (ciśnieniowe) komory gazowe monitorować szczelność (ciśnienie gazu) komory należy bezwzględnie przestrzegać obowiązujących przepisów prawa dotyczących użytkowania i wzorcowania przyrządów dozymetrycznych