Lata 60-te Lata 70-te Detektory termoluminescencyjne

Transkrypt

1 ZASTOSOWANIE METODY TERMOLUMINESCENCYJNEJ (TLD) W POMIARACH DAWEK M. Budzanowski Instytut Fizyki Jądrowej PAN Lata 60-te Lata 70-te 2007 Detektory termoluminescencyjne Radiologia Wspólna Sprawa, 2014

2 TERMOLUMINESCENCJA Zjawisko występujące w niektórych materiałach, polegające na emisji światła pod wpływem dostarczonej energii cieplnej a wcześniej eksponowanych na promieniowanie jonizujące. Materiał popularny Materiał-detektor profesionalny podgrzany do 360C.

3 DETEKTORY TERMOLUMINESCENCYJNE (TLD) Diamenty są najlepszymi.. detektorami TLD ale najczęściej stosowane są do innych celów Marilyn Monroe ( )

4 DETEKTORY TERMOLUMINESCENCYJNE (TLD) LiF:Mg,Ti LiF:Mg,Cu,P CaSO 4 :Dy Al 2 O 3 :C Stosowane w IFJ PAN Najbardziej popularne materiały termoluminescencyjne na świecie Li 2 B 4 O 7 :Mn Li 2 B 4 O 7 :Cu CaF 2 :Mn CaF 2 :Dy CaSO 4 :Tm Mg 2 SiO 4 :Tb BeO MgO MgB 4 O 7 :Dy MgB 4 O 7 :Tm Rzadziej stosowane

5 JAK MIERZYĆ DAWKI METODĄ TLD? Natężenie światła [jedn. względne] DI-02 PI-01 Wygrzanie KALIBRACJA TŁO WŁASNE UŻYTKO WNIK ODCZYT GRUPY 1.0 Pik Krzywa TL doświadczalna 0.4 CAŁKA (POLE POW.) Z PIKU 4 PROPORCJONALNA DO ZAABSORBOWANEJ DAWKI 0.2 Pik 2 Pik 3 Pik Temperatura [ o C] ANALIZA

6 Detektor MCP-N (LiF:Mg,Cu,P)

7 HISTORIA TERMOLUMINESCENCJI NA ŚWIECIE 1663 Sir Robert Boyle ( ) Opisał świecenie podgrzewanego diamentu w łóżku pod kołdrą. Opis w Brytyjskich Królewskich Zeszytach Naukowych pt. Experiments and Conciderations Touching Colours, (źródło: Maria Skłodowska -Curie ( ) Zauważyła i zinterpretowała zdolność emisji TL po ekspozycji przy źródle radowym naturalnego CaF 2. (źródło :pl.wikipedia.org) 1953 Farington Daniels Uniw. w Wisconsin, USA ( ) Pierwsze zastosowanie w dozymetrii promieniowania jonizującego gamma, beta, X, neutronów oraz podczas testów jądrowych, stosował LiF (źródło: Science 117 (343) 1953, J.Chem. Phys. 27, (1957))

8 HISTORIA TERMOLUMINESCENCJI W POLSCE Prof. Tadeusz Niewiadomski ( ) W 1966 wytworzył i zastosował w rutynowych pomiarach dawek detektory TL na bazie LiF:Cu,Ag and CaF 2 :Mn 25 lat termoluminescencji w IFJ w Krakowie opisał w publikacji: First developments on LiF:Cu,Ag, CaF 2 :Mn, LiF:Mg,Ti and CaSO 4 :Dy Applications in dosimetry (individual, environmental) and special (CaSO 4 :Dy for radon dosimetry in mines) TL instrumentation manual and automatic TL readers First survey of natural radiation background in Poland Environmental dose level during Chernobyl catastrophe

9 HISTORIA DETEKTORÓW TL w KRAKOWIE 1966 Pierwszy detektor z LiF:Cu,Ag + PTFE i spieczony w 360 o C Pierwsze monokryształy z LiF:Mg,Ti używane w rutynowych pomiarach dawek od Pierwsze detektory z LiF:Mg,Ti (MTS-N) i od 1986 LiF:Mg,Cu,P (MCP-N) stosowane do dzisiaj w 70 krajach na świecie

10 NASZE DETEKTORY TL: LiF:Mg,Ti i LiF:Mg,Cu,P WŁASNOŚCI DOZYMETRYCZNE LiF:Mg,Ti (MTS-N) Sygnał TL w wysokiej temperaturze pik główny w temp. 210 o C Tkankopodobność - Zeff=8.2 Dobra czułość na prom. jonizujące, poziom detekcji = 10mGy Dobra powtarzalność- 2% (1SD) Liniowość wskazań do 3 Gy Charakterystyka energetyczna 30keV-1.3MeV <30% Fading termiczny <5%/rok w temp. pokojowej Stosowanie wielokrotnego użytku Trwałe mechanicznie WŁASNOŚCI DOZYMETRYCZNE LiF:Mg,Cu,P (MCP-N) Czułość na prom. gamma - 30 razy większa niż MTS-N Poziom detekcji ngy Liniowość wskazań do 10 Gy Charakterystyka energetyczna 30keV-1.3MeV <20% Inne parametry podobne do MTS-N WYKONYWANE OD KILKUDZIESIĘCIU LAT W IFJ PAN

11 HISTORIA DAWKOMIERZY W IFJ Indywidualne Środowiskowe

12 STOSOWANE DAWKOMIERZE Detektory z 6 LiF:Mg, Ti i 7 Li:Mg, Ti w osłonie z 10 B. Standardowe dozymetry indywidualne: - DI-02 (4xMTS-N) produkowane przez RADOS, Finlandia, - PI-01 (1xMTS-N) produkowane przez GSF, Niemcy

13 INDYWIDUALNE RÓWNOWAŻNIKI DAWKI Hp(10), Hp(0,07) i Hp(3) Indywidualne równoważniki dawki NOWOŚĆ od 2012!!! Na głębokości 3 mm (na soczewki oczu) Hp(3) w msv Na głębokości 10 mm Dla prom. silnie przenikliwego (organy wew.) Hp(10) w msv 0,07mm dla prom. słabo przenikliwego (skóra) Hp(0,07) w msv P. mgr inż. Anna Piaskowska doktorantka Wielkości operacyjne Hp(10), Hp(0,07) i Hp(3) wyznaczamy na drodze pomiarowej i przybliżają konserwatywnie dawkę efektywną E. Zostały opracowane przez ICRU.

14 APARATURA 1965 very simple device for reading of TL pellets 1968 first complete manual TL reader 1970 TL reader model first automatic TL reader Model Commercially available automatic reader ASTL810 produced by Polon Zielona Góra, sold to Bulgaria, Romania, Hungary fully computerised automatic reader ACARD 1994 computerised manual reader Model RA new automatic reader DOSACUS made by RADOS Technology Oy, Finland Prototyp z lat 60-tych Czytnik laboratoryjny Czytnik lab. model RA94

15 CZYTNIKI AUTOMATYCZNE Automatyczny czytnik ACARD do 2006 (prod. IFJ i POLON Zielona Góra) Automatyczny czytnik DOSACUS (2 szt.) (wycofane 2010) Automatyczne czytniki RE2000 (4 szt.)

16 ZASTOSOWANIA W MEDYCYNIE Pin-worm type TLD s successfully used in Australia for checking doses in prostate brachytherapy Dose distribution in head-phantom during BNCT treatment at Studsvik reactor Dose distribution in phantom on board of ISS Dose distribution measurements for eye using miniature TLD s

17 DOSE DISTRIBUTION FOR ORGANS IN FREE SPACE MATROSHKA PHANTOM

18 Dr Gunter Reitz from DLR, GERMANY and Matrioszka fantom 3140 detektorów z IFJ PAN

19 FIRST RESULTS FROM MATROSCHKA EXPERIMENT Inside phantom: dose: mgy dose rate: mgy/d Poncho: dose: mgy dose rate: mgy/d Skin dose: dose: mgy dose rate: mgy/d Neutron signal: dose : 0-64 mgy dose rate: mgy/d 640 days in cosmos, 539 days out of ISS

20 CZYTNIK TL Z KAMERĄ CCD i FOLIA TL Czytnik CCD opracowany w IFJ PAN Gietka folja TL na bazie LiF:Mg,Cu,P i PTFE

21 ZASTOSOWANIA FOLI TL Dose distribution from opthalhmic Ru-106 source

22 POMIAR ROZKŁADU DAWKI WOKÓŁ IGŁY FOTONOWEJ Dawka [Gy] 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 Dawka [Gy] 0,50 0,94 1,4 1,8 2,3 2,7 3,1 3,3 3,6 4,0 1,0 40 0, Dlugosc [mm] Szerokosc [mm] water X-ray needle TL sheet geometry Results in Gy Measurements of dose distribution from X-ray needle in water using TL sheets (LiF:Mg,Cu,P) and readout in CCD camera reader

23 IDENTYFIKACJA EKSPOZYCJI STATYCZNEJ Standard W tej pracy Szczegóły filtra 1 mmpb 1mmCu 1 mmpb needle PMMA 1 mm filter Pb needle 1 mm y mm 0.9 mm TLD 4.5 mm

24 RESULTS FOR DIFFERENT X-RAY ENERGIES (dose=20msv) 28 kev X-rays Static exposure 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 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. 119: (2006)

25 3-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

26 IDENTIFICATION OF EXPOSURE Hp(10) = 20 msv; Angles: O o, 30 o, 45 o, 60 o. Hp(10) = 5 msv, 10 msv, 15 msv and 20 msv; ekspozycja dynamiczna. Filtration Pb, d=1 mm; E= 40 kev. Quantitative analysis of TLD static and dynamic radiation exposure Renata Kopec, Maciej Budzanowski, Pawe1 Olko, Piotr Pawlik, Radiation Measurements 45 (2010)

27 POWTÓRNY ODCZYT DAWKI Z DETEKTORA TLD I odczyt (50 mgy) II odczyt (po naśw. UV) Liczba impulsów Liczba impulsów Temperatura Temperatura Pierwszy odczyt dawki Powtórny odczyt dawki z tego samego detektora po ekspozycji UV 254 nm przez 2h Jest metoda powtórnego odczytu w sytuacjach wątpliwych!!!! Gran, Technologie wspomagające rozwój bezpiecznej energetyki jądrowej Rozwój metod zapewnienia bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej dla bieżących i przyszłych potrzeb energetyki jądrowej, NCBiR,

28 ZASTOSOWANIE DO ODCZYTU DUŻYCH DAWEK TL signal (arb. units) MCP-N Peak B 0.01 kgy 0.02 kgy 0.06 kgy 0.75 kgy 10 kgy 120 kgy 470 kgy 1000 kgy Temperature ( o C) Obryk, B., Bilski, P., Glaser, M. et al., The response of TL lithium fluoride detectors to 24 GeV/c protons for doses ranging up to 1 MGy, Radiation Measurements, in print, doi: /j.radmeas

29 PODSUMOWANIE Historia termoluminescencji w Polsce zaczęła się w IFJ w latach 60-tych; W IFJ PAN opracowano detektory do rutynowych pomiarów dawek; Od 2002 LADIS IFJ PAN posiada akredytację na pomiary dawek metodą TLD i jest obecnie największym laboratorium dozymetrii w EU stosującym metodę TLD; Od roku 2007 wprowadzono do pomiarów dawek i rozkładów dawek folie termoluminescencyjne; Opracowano metodę identyfikacji ekspozycji statycznej; Opracowano metodę powtórnego odczytu dawki z detektora TL; Termoluminescencja jest nadal modna a zakres obecnie mierzonych dawek tą metodą to od ngy do MGy.

30 PRAWDOPODOBNIE NAJLEPSZA KONTROLA DAWEK W POLSCE dawki.ifj.edu.pl Anna Kruk, pracownik LADIS IFJ PAN