POLSKA DOZYMETRIA TERMOLUMINESCENCYJNA DLA ENERGETYKI JĄDROWEJ Maciej Budzanowski i Marek Jeżabek, IFJ PAN MĄDRALIN 2013 Politechnika Warszawska, 13-15 Luty 2013
TERMOLUMINESCENCJA (TL) Zjawisko występujące w niektórych materiałach, polegające na emisji światła pod wpływem dostarczonej energii cieplnej a wcześniej eksponowanych na promieniowanie jonizujące. Standardowy detektor termoluminescencyjny typu LiF:Mg, Ti (fi 4,5 mmx0,9 mm). Świecenie detektora TL typu LiF:Mg, Ti (MTS-N) podczas podgrzewania w temperaturze 360 o C.
Detektor MCP-N (LiF:Mg,Cu,P)
HISTORIA TERMOLUMINESCENCJI NA ŚWIECIE Sir Robert Boyle (1672 1691) 1663 Opisał świecenie podgrzewanego diamentu w łóżku pod kołdrą Maria Skłodowska 1904 -Curie (1867-1934) Zauważyła i zinterpretowała zdolność emisji TL po ekspozycji na źródle radowym naturalnego CaF 2 1953 Farington Daniels, Uniw. w Wisconsin, USA (1889-1972) Pierwsze zastosowanie w dozymetrii promieniowania jonizującego gamma, beta, X, neutronów oraz podczas testów jądrowych, stosował LiF W POLSCE 1966 Tadeusz Niewiadomski (1920 1996) Detektory TL na bazie LiF:Cu,Ag i CaF 2 :Mn w rutynowych pomiarach dozymetrycznych w IFJ
DETEKTORY TERMOLUMINESCENCYJNE (TLD) Diamonds are the best... TL detectors, but they are often used for other purposes... Marilyn Monroe www.wikipedia.org
DETEKTORY TERMOLUMINESCENCYJNE (TLD) LiF:Mg,Ti LiF:Mg,Cu,P CaSO 4 :Dy Al 2 O 3 :C Stosowane w Polsce w IFJ PAN, CLOR i IMP Najbardziej popularne materialy termoluminescnencyjne 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
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 - 200 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 STOSOWANE W 45 KRAJACH NA ŚWIECIE
STOSOWANE DAWKOMIERZE Detektory z 6 LiF:Mg, Ti i 7 Li:Mg, Ti w osłonie z 10 B. Standard individual dosemeters: - DI-02 (4xMTS-N TLD s) made by RADOS, Finland, - PI-01 (1xMTS-N) made by GSF, Germany
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 P. Anna Nowak, pracownik LADIS Na głębokości 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.
WIELKOŚĆI W POMIARACH ŚRODOWISKOWYCH Kair - KERMA w powietrzu w mgy H*(10) - przestrzenny równoważnik dawki w msv Najczęściej w Polsce stosowana jest Kair. Monitorowane są miejsca pracy w narażeniu na promieniowanie jonizujące, oraz dla tzw. ogółu ludności przebywającej w pobliżu tych miejsc.
PORÓWNANIE POZIOMU DAWEK Detektory TLD od 200 nsv do... 1 MSv limit zawodowy na dłonie limit zawodowy na soczewki oczu limit zawodowy na całe ciało limit ogół. ludności dawka śmiertelna wycieczka na Mars CT rtg kreg. rtg klatki prom. nat. total prom. nat. zew. 0,1 msv 500 msv 150 msv 20 msv 1 msv 1 Sv 7 msv 3 msv 2,3 msv 0,8 msv 3 Sv 3 Sv 0,1 1 10 100 1000 Dawka efektywna [msv]
HISTORYCZNE POMIARY TLD ŚRODOWISKA W POLSCE Pomiary tła gamma na terenie IBJ z użyciem m.in. TLD Moc dawki w 300 punktach, pomiary kwartalne lata 75-77, detektory MTS-N Moc dawki w 250 punktach, pomiary PAA/CLOR
WYNIKI POMIARÓW PO AWARII CZARNOBYLSKIEJ 29.04-06.05.1986 440 ngy/h W 1992 roku moc dawki od promieniowania naturalnego spadła do wartości z przed awarii 35 ngy/h Niewiadomski T., 25 Years of TL osimetry At The Institute of Nuclear Physics, Kraków, Rad. Prot. Dosim. 65, (1996)
POMIARY DAWEK w IFJ PAN (I kw 2013) Osób lub punktów pomiarowych: 34 000 osób, dawkomierze DI-02 (X, gamma) 6 000 osób, dawkomierze PI-01 (X, gamma) 2 600 punktów środowiskowych w kraju 1 000 punktów środowiskowych w CERN 150 osób, dawkomierze ALBEDO (neutrony) Instytucje: 5 600 ośrodków (szpitale, centra onkologii, stomatologia, instytuty badawcze i uczelnie, przemysł ciężki, przemysł spożywczy, przemysł naftowy i samochodowy, geologia i geofizyka, muzea, straż graniczna, celna, areszty, wiezienia, sądy i wszędzie tam gdzie promieniowanie jonizujace x i gamma jest używane do prześwietlania )
CO NOWEGO DLA POLSKIEJ ENERGETYKI JĄDROWEJ
ROZRÓŻNIANIE TYPU EKSPOZYCJI Kasetka standardowa Zmodyfikowana Filtr 1 mmpb 1mmCu 1 mmpb needle PMMA 1 mm filter Pb needle 1 mm y mm 0.9 mm TLD 4.5 mm Metoda identyfikacji ekspozycji statycznej termoluminescencyjnego dawkomierza promieniowania rentgenowskiego dla celów ochrony radiologicznej, Grant KBN nr 3P05D05925
WYNIKI DLA RÓŻNYCH ENERGII PROM. X 28 kev X-rays 80 kev X-rays 125 kev X-rays Static exposure Dynamic exposure 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 Ekspozycja statyczna Ekspozycja dynamiczna 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. 119:259-262, (2006)
WYNIKI EKSPOZYCJI STATYCZNEJ dla 33 kev 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, H. Dzikiewicz-Sapiecha i R. Siwicki, Identifiaction of Static Exposure of Standard Dosimetric Badge withthermoluminescent Detectors, Radiat. Prot. Dosim. 125 (1-4):213-216, (2007) Grant, Technologie wspomagające rozwój bezpiecznej energetyki jądrowej Rozwój metod zapewnienia bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej dla bieżących i przyszłych potrzeb energetyki jądrowej, NCBiR,
POWTÓRNY ODCZYT DAWKI Z DETEKTORA TLD I odczyt (50 mgy) II odczyt (po naśw. UV) 1600 160 1400 140 1200 120 Liczba impulsów 1000 800 600 Liczba impulsów 100 80 60 400 40 200 20 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Temperatura 0 0 50 100 150 200 250 300 350 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 Grant, Technologie wspomagające rozwój bezpiecznej energetyki jądrowej Rozwój metod zapewnienia bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej dla bieżących i przyszłych potrzeb energetyki jądrowej, NCBiR,
BADANIE SYSTEMU MCP-N W SYMULOWANYM POLU Dose rate [ngy/h] 800 700 600 500 400 300 200 100 TLD PMS GT 226 Ra (dist. 7 m) 137 Cs (dist. 3 m) 137 Cs (dist. 4 m) 137 Cs (dist. 5 m) 60 Co (dist. 1.5 m) 60 Co (dist. 3.5 m) Poziom po awarii w Czarnobylu w IFJ 241 Am (dist. 1 m) 10.05.1986 IFJ 18.05.1986 IFJ 0 day of measurement K. Kozak, M. Budzanowski and P. Gaca, Response of Permanent Monitoring Station (PMS) to increased radioactivity level in comparison with thermoluminescent detectors and gamma tracer monitor, NUKLEONIKA. Vol. 46 (2001)
POMIAR CZASU EKSPOZYCJI AWARYJNEJ Czy można mierzyć czas kiedy wystąpiła ekspozycja awaryjna detektorem TLD? TAK, analizując sygnał TL 1.0 Pik 4 Natężenie światła [jedn. wzgl.] 0.8 0.6 0.4 0.2 Pik 1 Pik 2 Pik 3 5 minut 30 minut Czas [h] 1 tydzień 3 miesiące 100 250 200 150 Temperatura [ o C]
POMIAR CZASU EKSPOZYCJI AWARYJNEJ Czas obliczony t ER (h) 1000 100 Zastosowano R 2/4 Zastosowano R 3/4 Funkcja f(x)=x 10 100 1000 Czas aktualny t akt (h) Porównanie wartości czasu wystąpienia ekspozycji awaryjnej i czasu obliczonego na podstawie analizy pików sygnału TL.
PODSUMOWANIE W latach 70-80-tych opracowano w Polsce detektory termoluminescencyjne oparte o LiF:Mg, Ti i LiF:Mg, Cu, P. Od wielu lat są stosowane z powodzeniem w wielu elektrowniach jądrowych na świecie; metodę TL w Polsce stosuje IFJ PAN, CLOR i INP; IFJ PAN otrzymało środki inwestycyjne i strukturalne na zbudowanie nowoczesnego systemu dozymetrycznego; IFJ PAN wykonuje pomiary dawek dla 42000 osób z ponad 5500 instytucji w Polsce i posiada możliwości techniczne do objęcia pracowników EJ oraz szeroko pojętego monitoringu środowiska; W ramach projektów badawczych, projektu strategicznego oraz środków własnych opracowano unikalne rozwinięcie metody termoluminescencyjnej z rozróżnianiem ekspozycji statycznej i dynamicznej dawkomierza, powtórnym odczytem dawki w detektorze termoluminescencyjnym oraz procedurę dla zakresu dawek awaryjnych do 10 Sv ; W związku z międzynarodowymi zaleceniami od 2012 IFJ PAN wdrożył pomiary dawek na soczewki oczu.
PRAWDOPODOBNIE NAJLEPSZE DAWKOMIERZE W POLSCE IFJ PAN jest gotowy do wsparcia merytorycznego oraz pomiarów dawek indywidualnych i monitoringu środowiska dla polskiej energetyki jądrowej w całym zakresie na poziomie światowym www.ifj.edu.pl A. Kruk, pracownik LADIS IFJ PAN