Dr hab. Marta Wasilewska-Radwańska, Prof. AGH (emerytowany) Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademia Górniczo-Hutnicza Ul. Reymonta 19 30-059 Kraków Kraków, dnia 18 listopada 2016 Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Anny Mrozik pt. Opracowanie luminescencyjnej metody określania dawek w dozymetrii awaryjnej z wykorzystaniem komponentów telefonów komórkowych i banknotów Rozprawa pt. Opracowanie luminescencyjnej metody określania dawek w dozymetrii awaryjnej z wykorzystaniem komponentów telefonów komórkowych i banknotów na stopień doktora nauk fizycznych wykonana została przez mgr inż. Annę Mrozik w Zakładzie Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki (POKL.04.01.01-00-434/08-02) współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej. Promotorem rozprawy była Dr hab. inż. Barbara Marczewska, a Promotorem Pomocniczym był Dr inż. Mariusz Kłosowski. Rozprawę rozpoczynają podziękowania oraz informacja dotycząca jej finansowania. Następnie umieszczono streszczenie w języku polskim i angielskim (abstract) oraz listę skrótów użytych w pracy i spis treści. Spis treści obejmuje dziesięć rozdziałów (str. str. 1-110), spis literatury (str. str.111-116), spis rysunków (str. str. 117-122), spis tabel (str.123), oraz DODATEK 1 Międzylaboratoryjne badania porównawcze (str. str. 125-128) i DODATEK 2 Arkusz kalkulacyjny (str. str. 129-130). W Rozdziale 1 zatytułowanym Wprowadzenie i cel pracy po krótkim opisie promieniowania jonizującego, występującego w środowisku naturalnym i w wypadkach radiacyjnych (w latach 1944-2011 było ich ponad 400), Doktorantka omówiła aktywne i pasywne metody dozymetrii. 1
Jako cel pracy podano: zbadanie właściwości opto- i termoluminescencyjnych komponentów telefonów komórkowych: rezystorów, układów scalonych oraz wyświetlaczy, a także banknotów pod kątem ich wykorzystania jako dozymetrów indywidualnych w sytuacjach awaryjnych oraz stworzenie odpowiedniego protokołu pomiarowego stosowanego po wypadku radiacyjnym dla określenia dawek pochłoniętych przez wyżej wymienione elementy. W Rozdziale 2 omówiona została Struktura pracy, obejmująca rozdziały 3-6 z ogólnymi informacjami dotyczącymi retrospektywnej dozymetrii promieniowania jonizującego oraz rozdziały 7-10, w których przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych przez Doktorantkę oraz podsumowanie. Rozdział 3 zatytułowany jest Dozymetria promieniowania jonizującego i Doktorantka umieściła w nim - po krótkim omówieniu klasyfikacji detektorów aktywnych i pasywnych (biernych)- tylko jeden podrozdział 3.1. pt. Dozymetria retrospektywna, składający się z czterech podpunktów. Jako reprezentanta dozymetrii retrospektywnej podano dozymetrię luminescencyjną (p.3.1.1), w której wykorzystuje się minerały (np. skaleń i kwarc) do datowania (określania wieku)osadów geologicznych. W p.3.1.2 omówiona została dozymetria awaryjna, gdy w wyniku wypadku radiacyjnego często standardowe metody dozymetryczne nie mogą być wykorzystane. Przegląd technik pomiarowych stosowanych do oceny dawek w wypadku radiacyjnym (p.3.1.3) obejmuje zarówno wybrane metody biologiczne (cytogenetyczne, genetyczne, biomarkery) oraz metody fizyczne (Elektronowy Rezonans Paramagnetyczny, aktywacja neutronami np. tkanek biologicznych, luminescencja do określania dawek lokalnych bez możliwości pomiaru dawek indywidualnych). W p.3.1.4 przedstawione zostały wymagania stawiane dozymetrom awaryjnym. Materiały, które mogą być użyte jako dozymetry awaryjne powinny posiadać następujące właściwości: 1) mierzalny sygnał napromienionego materiału; 2) liniową zależność sygnału od dawki nawet do wartości kilku Gy, a minimum detekcji dla dawek ~mgy; 3) tkanko-podobność określana efektywną liczbą atomową Z eff ; 4) znajomość stopnia zaniku sygnału luminescencyjnego w czasie (fading) i taka jego wartość aby niepewność określenia dawki nawet po kilku dniach od wypadku radiacyjnego była mniejsza niż +/- 30%. 2
W Rozdziale 4 pt. Podstawy dozymetrii luminescencyjnej po krótkim ogólnym wstępie dotyczącym zjawiska luminescencji Doktorantka, korzystając z poprawnie dobranej bibliografii, wyjaśniła podstawy fizyczne zjawiska optycznie stymulowanej luminescencji, jak i zjawiska termoluminescencji w oparciu o teorię pasmową ciał stałych. W Rozdziale 5 Wyznaczanie dawek z wypadków radiacyjnych wykorzystano zalecenia EURADOS z 2014 wprowadzając klasyfikację dawek dla oceny stanu zdrowia osób (tzw. segregacja medyczna) na trzy grupy w zależności od wielkości dawki pochłoniętej: dawka niska 0-1Gy; dawka średnia 1-2Gy; dawka wysoka >2Gy (uwaga recenzenta: należałoby wspomnieć o systemie Radiation Event Medical Management REMM Dose Estimator, wprowadzonym przez National Health Institute USA) Wyznaczenie dawki pochłoniętej przez człowieka musi być przeprowadzone przy wykorzystaniu odpowiednich procedur (protokołów). W niniejszej rozprawie Doktorantka wykorzystała protokół SAR (Single-Aliquot-Regeneration-dose) oraz protokół FP (Fast Protocol). W protokole SAR stosuje się interpolację dawki (pomiar dawki awaryjnej, pomiar dawki kalibracyjnej regeneracyjnej ze źródłem promieniotwórczym np. 90 Sr/ 90 Y) oraz następujące testy: test powtarzalności (recycling test), test jakości wygaszania sygnału (recuperation test), test jakości odtwarzania (dose recovery test), test czułości (sensitivity test) oraz dodatkowo test plateau. Test plateau dla metody OSL polega na pomiarze czasu, a dla metody TL na pomiarze zakresu temperatury, dla których wartość dawki awaryjnej jest stała. Rzeczywista wartość dawki awaryjnej otrzymywana jest po uwzględnieniu zjawiska fadingu (zaniku sygnału w czasie) dla dawki odczytanej z krzywej wzrostu tj. z zależności mierzonego sygnału (wyrażonego w jednostkach względnych) od dawki kalibracyjnej [Gy]. Protokół FP zaproponowany został przez European Radiation Dosimetry Group EURADOS, w której Doktorantka jest członkiem Working Group 10: Retrospective Dosimetry. Protokół ten ma na celu skrócenie czasu pomiaru dawki awaryjnej. Dawka awaryjna wyznaczona zostaje w oparciu o pomiar dawki awaryjnej i dawki kalibracyjnej z uwzględnieniem zaniku sygnału luminescencyjnego w czasie (fading). Rozdział 6 zatytułowany Aparatura pomiarowa zawiera szczegółowy opis czytnika Riso Tl/OSL model DA-20 oraz użytych 3
układów pomiarowych do stymulacji termicznej (TL), jak i stymulacji optycznej (OSL). Do napromieniania detektorów użyto trzech źródeł promieniotwórczych: 90 Sr/ 90 Y (promieniowanie β; moc dawki 0.0645Gy/s na dzień 29.09.2016), 137 Cs (promieniowanie γ o energii 0.662MeV; moc dawki 0.7Gy/h na dzień 14.07.2016) i 60 Co (energia promieniowania γ 1.17MeV i 1.33MeV; moc dawki 0.26Gy/min na dzień 11.07.2016). W Rozdziale 7 pt. Materiały wykorzystane w pracy Doktorantka wybrała na dozymetry awaryjne: a) rezystory, układy scalone oraz szkła wyświetlaczy 27 telefonów komórkowych różnych modeli i marek (Sony Ericsson, Nokia, Motorola, Samsung, LG, Myphone, iphone). Dla każdego z tych elementów przedstawiono sposób przygotowania próbek do detekcji promieniowania jonizującego; b) polskie banknoty o nominałach 10PLN i 20PLN (w tym wprowadzone przez Narodowy Bank Polski od kwietnia 2014 oraz stare wyemitowane wcześniej, ale nadal ważne). Dla banknotów o nominale 10PLN przygotowano 84 ponumerowane próbki, a 98 próbek dla banknotów o nominale 20PLN. Każda próbka była wycięta z banknotu (uwaga recenzenta: na str.41 nie podano informacji czy zniszczenie banknotów wymagało uprzedniego uzyskania zgody Prezesa Narodowego Banku Polskiego). Rozdział 8 zawiera Aktualny stan badań literaturowych, w którym Doktorantka przedstawiła omówienie rodzajów materiałów zarówno biologicznych (np. szkliwo zębów, kości), jak i technicznych (w tym np. telefony komórkowe starej generacji, banknoty), których badania metodami fizycznymi prowadzone w latach 2008-2015 umożliwiły pomiar dawek awaryjnych. Równocześnie podkreślając brak dogłębnych badań dotyczących układów scalonych stosowanych w telefonach komórkowych (uwaga recenzenta: na str.43 nie podano informacji o możliwości wykorzystania cyfrowych aparatów fotograficznych z matrycą CCD lub CMOS nie tylko do rejestracji promieniowania jonizującego, ale i do określenia jego rodzaju. Istnieje w Google Play aplikacja Radiation Alarm, której autorami są Michał Gumiela i Rafał Kozik zamieniająca telefon komórkowy na detektor promieniowania). W Rozdziale 9 Wyniki badań doświadczalnych omówione w pięciu podrozdziałach stanowią bogaty materiał badawczy z zakresu wykorzystania luminescencji optycznej (OSL) i termicznej (TL) do pomiaru 4
dawki pochłoniętej i jej rekonstrukcji, z uwzględnieniem zaniku sygnału w czasie (fading). Badaniami objęto następujące elementy telefonów komórkowych: rezystory (metoda OSL), układy scalone (metoda OSL i metoda TL), szkła (metoda TL) dla 27 telefonów komórkowych różnych modeli i marek (Sony Ericsson, Nokia, Motorola, Samsung, LG, Myphone, iphone). W przypadku banknotów zastosowano metodę OSL badania prowadzono w temperaturze pokojowej dla starych i nowych nominałów o wartości 10PLN i 20PLN, przy czym dla nowych banknotów zaobserwowano sygnał początkowy, który wymagał opracowania procedury, wykorzystującej różnicę między kształtem krzywej OSL z sygnałem początkowym i kształtem krzywej OSL z sygnałem dozymetrycznym. Procedura ta zaproponowana została przez S. Sholom i wsp. w 2011r. (uwagi recenzenta: a)na str.57 we wzorze (9.1) nie podano opisu występujących wielkości: y, y 0, A 1, x, t 1, A 2, t 2 ; b) na str.73 na Rys.9.31 przedstawiającym zależność znormalizowanego OSL od czasu po napromienieniu brak opisu osi na rysunku umieszczonym w prawym górnym rogu; str.75, str.77, str.78 podobne uwagi odpowiednio do Rys.Rys.9.32, 9.33, 9.34). Rekonstrukcja nieznanych dawek promieniowania jonizującego przeprowadzana była przy wykorzystaniu procedury SAR (Single-Aliquot- Regeneration-dose)oraz procedury FP (Fast Protocol). Doktorantka opracowała specjalny arkusz kalkulacyjny (Dodatek 2) dla szybkiego obliczania dawki awaryjnej według procedury SAR i procedury FP wraz z instrukcją obsługi. W Rozdziale 10 Doktorantka przedstawiła Podsumowanie, w którym nawiązując do celu pracy podkreśliła, że dla każdego z badanych materiałów określono cechy charakterystyczne krzywych zaniku optycznie stymulowanej luminescencji (OSL) oraz krzywych świecenia termicznie stymulowanej luminescencji (TL). Badane materiały charakteryzują się liniową zależnością mierzonego sygnału od dawki promieniowania jonizującego do 10Gy, ale różnią się dolną granicą detekcji np. 0.01 Gy (rezystory)i 0.2Gy (banknoty). Wadą przebadanych materiałów jest zanik sygnału w czasie (fading). Dodatek 1 pt. Międzylaboratoryjne badania porównawcze zawiera cenne informacje dotyczące współpracy Zakładu Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii Instytutu Fizyki Jądrowej PAN z 13 laboratoriami w Europie zorganizowanej przez Grupę Dozymetryczną EURADOS w zakresie międzylaboratoryjnych badań porównawczych w ramach odzysku 5
metodą OSL nieznanej dawki pochłoniętej przez rezystory telefonów komórkowych. Doktorantka uczestniczyła w trzech edycjach tych badań. Uzyskane wyniki pomiaru dawki awaryjnej pokrywały się w granicach niepewności z wartościami dawek, którymi telefony komórkowe zostały napromienione. W rozprawie doktorskiej mgr inż. Anny Mrozik pt. Opracowanie luminescencyjnej metody określania dawek w dozymetrii awaryjnej z wykorzystaniem komponentów telefonów komórkowych i banknotów wykorzystano 3 prace opublikowane w recenzowanych czasopismach naukowych Radiation Physics and Chemistry (2014), Radiation Measurements (2014) z listy JCR (Journal Citation Reports) oraz 3 zaprezentowane na konferencjach międzynarodowych: ICDA 1 (Praga, Czechy, 23-28.07.2013), SSD 17 (Brazylia, 22-27.09.2013), IM (Belgia, 20-24.04.2015). Ponadto Doktorantka ze wsp. wysłała dwa kolejne artykuły do czasopisma Radiation Measurements. Składam wniosek o przyjęcie rozprawy doktorskiej mgr inż. Anny Mrozik pt. Opracowanie luminescencyjnej metody określania dawek w dozymetrii awaryjnej z wykorzystaniem komponentów telefonów komórkowych i banknotów na stopień doktora nauk fizycznych do dalszego procedowania. Marta Wasilewska-Radwańska, Dr hab., Prof.AGH (emerytowany) Kraków, 18 listopada 2016 6
7