Wstęp do dozymetrii

Wstęp do dozymetrii

promieniowania jonizującego

DOZYMETRIA

Jakub Ośko

Dozymetria

Dozymetria

Dział fizyki technicznej obejmujący zagadnienia pomiarów i obliczeń dawek lub innych

parametrów promieniowania jonizującego, które mają wpływ na skutki oddziaływania

promieniowania z materią, a w szczególności z ciałem człowieka.

Naukowo uzasadnioną metodologią wykorzystywaną do:

pomiaru, obliczeń, oszacowania, oznaczenia, przewidywania i wszelkich innych sposobów

ilościowego określenia energii pochłoniętej w ciele

człowieka (i przestrzennego rozkładu depozycji energii) na skutek jonizacji i wzbudzenia atomów tkanek

wywołanych oddziaływaniem z promieniowaniem jonizującym.

Dozymetria

Dozymetria

Kluczowym zagadnieniem dozymetrii jest

odpowiedni wybór mierzonych wielkości i metod pomiarowych, tak aby mogły być stosowane w ochronie radiologicznej, poprzez możliwie prosty sposób przeliczania.

Co mierzymy?

• Dawka

• Moc dawki

• Skażenia promieniotwórcze

• Widmo energii promieniowania

Dozymetria

• Ludzkie zmysły nie wykrywają promieniowania jonizującego

• Do pomiarów dozymetrycznych stosuje się przyrządy, które oddziałują z

promieniowaniem.

Przyrządy dozymetryczne

Działanie przyrządów dozymetrycznych

• oddziaływanie pojedynczej cząstki lub kwantu promieniowania z materiałem detektora

γ i X – efekt fotoelektryczny, efekt Comptona, generacja par

α i β – zderzenia

Działanie przyrządów dozymetrycznych

Wynikiem oddziaływania promieniowania z detektorem jest w większości przypadków

generacja ładunku elektrycznego (pośrednio lub bezpośrednio).

Komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne, liczniki G-M, detektory półprzewodnikowe, fotopowielacze w układach scyntylacyjnych.

Uproszczony model detektora

Oddziaływanie pojedynczej cząstki lub kwantu promieniowania z materiałem

detektora powoduje pojawienie się ładunku elektrycznego w aktywnej części detektora.

Ładunek elektryczny Q pojawia się natychmiast po oddziaływaniu (w czasie t=0).

Uproszczony model detektora

Wygenerowany ładunek musi być zebrany, tak aby powstał mierzalny sygnał elektryczny.

Na ogół w detektorze wytwarza się pole elektryczne, w którym ładunki dodatnie i ujemne poruszają się w przeciwnych

kierunkach.

Wpadająca do detektora cząstka tworzy impuls elektryczny.

t_c i(t)

czas

Q ^{Q  t}



0

) (

Uproszczony model detektora

Czas zbierania ładunku, t_C, zależy od ruchliwości nośników ładunku

odległości, którą muszą przebyć w detektorze.

Typowe czasy zbierania ładunku

w komorach jonizacyjnych – kilka ms

Uproszczony model detektora

W rzeczywistości dochodzi do oddziaływania z wieloma cząstkami. Przy dostatecznie niskiej częstości

oddziaływań można rozróżnić impulsy, których wysokość i czas trwania zależą od rodzaju

oddziaływania i na ogół od przekazanej przez cząstkę energii.

i(t)

czas i(t)

czas

Przyrządy dozymetryczne

Typ stosowanego przyrządu zależy od:

• rodzaju promieniowania

• rodzaju źródła

• energii promieniowania

• mierzonej wielkości

Rodzaje przyrządów

Detektory aktywne

sygnał detektora jest mierzony w czasie

rzeczywistym. Służą do pomiarów parametrów pola promieniowania i prospektywnego wyznaczania

(przewidywania) dawki. Do tej grupy zaliczamy m.in.

komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne, liczniki Geigera-Muellera (G-M); detektory

półprzewodnikowe; liczniki scyntylacyjne. Przyrządy te wymagają zasilania w czasie pomiaru.

Rodzaje przyrządów

Detektory pasywne

dostarczają informacji po dokonaniu ekspozycji. Służą do retrospektywnego

wyznaczania dawki pochłoniętej. Do tej grupy zaliczamy m.in. detektory TLD; filmowe, folie aktywacyjne. Detektory pasywne nie

wymagają zasilania w czasie pomiaru.

Rodzaje przyrządów

pracujące w trybie impulsowym

przyrząd zlicza poszczególne impulsy, zazwyczaj stosuje się pewien próg dyskryminacji

amplitudy, tzn. impulsy zbyt małe uznawane są za szumy i nie są rejestrowane.

Rodzaje przyrządów

pracujące w trybie licznika

zlicza wszystkie impulsy, niezależnie od ich amplitudy.

Niektóre przyrządy impulsowe mogą też pracować w układzie spektrometru. Jest to możliwe, jeśli amplituda sygnału detektora jest proporcjonalna do energii

padającej cząstki i jeśli impulsy zliczamy w analizatorze wielokanałowym, przyporządkowując każdy impuls do określonego kanału, w zależności od jego amplitudy.

Rodzaje przyrządów

pracujące w trybie prądowym

pomiar średniej wartość ładunku generowanego w jednostce czasu, czyli natężenia prądu elektrycznego – moc dawki

zbieranie uśrednionego ładunku elektryczny w załączonym do przyrządu kondensatorze – dawka pochłonięta

i(t)

czas

I(t)

t-T t





 ^t

T t

dt t

T Q t

I 1 ( ') ' )

(

Rodzaje przyrządów

Zjawisko fizyczne Przyrząd Informacja pierwotna

Najczęstsze zastosowania

Jonizacja gazu Komory jonizacyjne;

Liczniki gazowe;

Impulsy elektryczne lub

prąd

monitoring stanowisk pracy i środowiska naturalnego, układy automatycznej kontroli

dawki Jonizacja w ciele

stałym

Półprzewodniki Impulsy elektryczne lub

prąd

Spektrometria X i γ,

Dozymetria indywidualna

Luminescencja Scyntylatory organiczne i nieorganiczne;

Ekrany fluorescencyjne

Impulsy świetlne Spektrometria α, β, γ.

Termo- luminescencja

Dozymetry

termoluminescencyj ne;

Emisja światła Dozymetria indywidualna, monitoring środowiska

naturalnego.

Przyrządy dozymetryczne

Podstawowe parametry przyrządów dozymetrycznych:

• zakres pomiarowy

• zakres energetyczny

• napięcie pracy detektora

• podzakresy pomiarowe

• błąd pomiaru

• bieg własny

• zasilanie

Przyrządy dozymetryczne

Podstawowe parametry przyrządów dozymetrycznych:

• rodzaj detektora

• wymiary detektora

• rodzaj moderatora

• czułość na promieniowanie gamma

• wymiary przyrządu

• masa

Parametry charakteryzujące

detektory promieniowania

Czułość

• określona dla danego rodzaju promieniowania i jego energii

• stosunek wartości odpowiedzi (sygnału

wyjściowego) detektora do wartości danego parametru źródła lub pola promieniowania działającego na detektor

Charakterystyka energetyczna

zależność odpowiedzi (czułości) detektora od widma energetycznego danego pola

promieniowania

Charakterystyka kierunkowa

zależność odpowiedzi (czułości) detektora od kąta (bryłowego) padania wiązki

promieniowania na detektor

Czasowa zdolność rozdzielcza

minimalny wymagany dla uzyskania

niezależnych efektów rejestracji, odstęp

czasu dzielący padające na detektor cząstki promieniowania.

Wielkość związana z czasem narastania

impulsu w detektorze.

Rozdzielczość energetyczna

IEC 394/95

Energetyczna zdolność rozdzielcza

Przy określonej energii miara najmniejszej różnicy, między energią dwóch cząstek, możliwej do

rozróżnienia przez spektrometr promieniowania.

• Uwaga – Zwykle energetyczna zdolność rozdzielcza wyrażona jest przez czynnik równy stosunkowi pełnej szerokości krzywej w połowie wysokości piku,

podzielonej przez energię piku krzywej rozkładu dla

N

FWHM



H H_O

Y

Rozdzielczość energetyczna

Wydajność detekcji (zliczania)

• stosunek liczby cząstek promieniowania

jonizującego zarejestrowanych przez detektor do liczby wszystkich cząstek promieniowania jonizującego padających na detektor

Wydajność detekcji

 Foton musi dotrzeć do czułej części objętości detektora

 Prawdopodobieństwo, że to się stanie to wydajność geometrii, E_g, która zależy od odległości i powierzchni detektora

e d

T

E  T

Czas odpowiedzi

•czas pomiędzy pojawieniem się cząstki lub

kwantu promieniowania w obszarze detektora, a pojawieniem się odpowiedzi detektora

Czas martwy

PN-IEC 394

Suma przedziałów czasu po przyjęciu

kolejnego sygnału wejściowego, podczas których analizator jest nieczuły na inne sygnały.

Czas martwy

czas, w którym po zarejestrowaniu cząstki promieniowania jonizującego detektor pozostaje nieczuły na kolejne padające cząstki promieniowania

związany z czasem przetworzenia zarejestrowanej cząstki lub kwantu na sygnał rejestrowany

długość czasu martwego dla danego detektora zależy od napięcia zasilania oraz parametrów pracy układu

W skrajnych przypadkach np. dla licznika G-M możliwy jest całkowity brak wskazań w polach promieniowania gamma o bardzo wysokiej mocy dawki.

Czas martwy

Sposoby ograniczenia

• zwiększenie odległości detektor-źródło

• zmniejszenie aktywności

Odpowiedź detektora

• Odpowiedź (sygnał) detektora w danym polu o gęstości strumienia 

• R(r_d, E, Ω) – spodziewana (średnia) odpowiedź detektora

umieszczonego w punkcie r_d, wywołana przez cząstkę o energii E, poruszającą się w kierunku .

dE dΩ

dV ,E,Ω

r R

R _d

0 4π V_d

)

  





Odpowiedź detektora

większość detektorów można przybliżyć jednym z uproszczonych modeli:

• punktowy detektor, skolimowany w ten sposób, że mierzy tylko promieniowanie dochodzące z kierunku ₀

• punktowy izotropowy detektor

• punktowy izotropowy detektor o odpowiedzi niezależnej od energii

Odpowiedź detektora

Większość praktycznie używanych detektorów można zaliczyć do detektorów punktowych i izotropowych.

Wówczas odpowiedź opisuje funkcja:

dE E

, φ r

E R r

R( ₀ ) ( ) ( ₀ )

0





Stała czasowa

Miara osiągania stanu ustalonego przez sygnał wyjściowy, związana z czasem trwania stanu nieustalonego następującego po zmianie

sygnału wejściowego

Stała czasowa

Układ RL

Układ RC

R

 L



C R 

 

Obszar zastosowań danego detektora jest:

• określony, jeśli chodzi o rodzaj promieniowania,

• ograniczony do pewnego zakresu energii tego

promieniowania, takiego gdzie charakterystyka energetyczna jest dostatecznie płaska.

(interpretacja określenia „dostatecznie płaska” zależy od dokładności, jaką powinniśmy uzyskać przy pomiarze)

Dokładność pomiarów w ochronie radiologicznej na ogół nie przekracza 30%.

Przy bardzo małych mocach dawki (skutkujących dawką efektywną mniejszą od 1 mSv rocznie),

wystarczą pomiary z dokładnością do czynnika 2.

Zasady użytkowania detektorów

Zasady użytkowania

PRZED POMIARAMI

• zapoznać się z instrukcją przyrządu oraz podstawowymi zasadami obsługi

• sprawdzić stan źródła zasilania przyrządu

• sprawdzić bieg własny przyrządu i porównać otrzymany wynik z danymi producenta

• sprawdzić sprawność przyrządu

Zasady użytkowania

OGÓLNE ZASADY

• przyrząd nie reaguje natychmiast na zmianę natężenie promieniowania (odczekać co

najmniej trzy stałe czasowe)

• chronić przyrząd (w szczególności detektor) przed wstrząsami, udarami i wilgocią;

• nie dotykać powierzchnią detektora do powierzchni, które mogą być skażone;

Zasady użytkowania

OGÓLNE ZASADY

• pamiętać, że niektóre typy detektorów (np. liczniki Geigera-Müllera) w polach o wysokiej mocy „dawki”

mogą zaniżać wskazania (lub w ogóle nie reagować na promieniowanie), powodując narażenie personelu i wpływając zasadniczo na ocenę badanego pola

promieniowania;

• przestrzegać obowiązujących przepisów prawa

dotyczących użytkowania i wzorcowania przyrządów dozymetrycznych;

• w przypadku otwartych komór jonizacyjnych

Wielkości dozymetryczne

Wielkości stosowane do oceny ryzyka

Dawka pochłonięta

w narządzie T [Gy] współczynnik wagowy promieniowania w_R

Dawka równoważna w narządzie T [Sv]

współczynnik wagowy tkanki w_T

Dawka skuteczna/efektywna

Jednostka: [ J ]

gdzie:

 R_in – suma energii, z wyjątkiem energii spoczynkowej cząstek jonizujących, które weszły do danego obszaru;

 R_out – suma energii, z wyjątkiem energii spoczynkowej cząstek jonizujących, które wyszły z danego obszaru;

 Q – różnica energii uwolnionej w przemianach jąder i cząstek elementarnych, jakie dokonały się w danym obszarze i energii zużytej na wywołanie tych





 ^{ }

 R R Q

E

Energia przekazana

Rodzaj promieniowania i zakres energii, R w_R

Fotony, wszystkie energie 1

Elektrony i miony, wszystkie energie 1

Neutrony, energia: poniżej 10 keV 5

od 10 keV do 100 keV 10

od 100 keV do 2 MeV 20

od 2 MeV do 20 MeV 10

powyżej 20 MeV 5

Współczynnik wagowy

promieniowania

1) Wartości wyznaczone dla reprezentatywnej grupy osób, o jednakowej liczbie przedstawicieli obu płci

i o szerokim zakresie przedziału wieku, przy definiowaniu dawki skutecznej, mogą być stosowane niezależnie od płci dla narażonych pracowników oraz ogółu ludności.

2) Do celów obliczeniowych pozycja ”pozostałe” obejmuje następujące tkanki (narządy): nadnercza, mózg, górną część jelita grubego, jelito cienkie, nerki, mięśnie, trzustkę,

śledzionę, grasicę, macicę lub inne, które mogą zostać napromienione selektywnie.

3) W wyjątkowych przypadkach, kiedy pojedyncza tkanka (narząd) należąca do pozycji ”pozostałe” otrzymuje dawkę równoważną przekraczającą największą dawkę w dowolnym z wymienionych w tabeli dwunastu narządów, dla których wyznaczono określone wartości wT należy, dla takiej tkanki (narządu) zastosować czynnik wagowy równy 0,025 oraz czynnik 0,025 do średniej dawki w reszcie tkanek (narządów)z

Współczynnik wagowy tkanki

Tkanka (narząd), T w_T ¹⁾ w_T ICRP2007

Gonady 0,20 0,08

Czerwony szpik

kostny 0,12 0,12

Jelito grube 0,12 0,12

Płuco 0,12 0,12

Żołądek 0,12 0,12

Pęcherz moczowy 0,05 0,04 Gruczoły piersiowe 0,05 0,12

Wątroba 0,05 0,04

Przełyk 0,05 0,04

Tarczyca 0,05 0,04

Skóra 0,01 0,01

Wielkości robocze

Dawka pochłonięta [Gy]

dm D  dE

współczynnik jakości promieniowania Q [Sv/Gy]

Równoważnik dawki [Sv]

D Q H  

Wielkości robocze:

przestrzenny równoważnik dawki

H*(d) kierunkowy równoważnik dawki

H'(d,Ω)

PN 92/J-01003/02:

Współczynnik uwzględniający zależność prawdopodobieństwa wystąpienia stochastycznych skutków biologicznych, od rodzaju

i energii promieniowania, stosowany przy określeniu równoważnika dawki.

Współczynnik jakości jest wielkością bezwymiarową;

przy określeniu równoważnika dawki przypisuje mu się miano Sv/Gy

Współczynnik jakości

promieniowania Q

Liniowe przekazanie energii L, LET

LET w wodzie [ keV μm^-1 ]

Q(LET)

< 10 1

10  100 O,32 LET – 2,2

> 100

1 10 100 1000

0 5 10 15 20 25 30

Współczynnik jakości promieniowania

-1

Współczynnik jakości

promieniowania Q

Równoważnik dawki, który byłby wytworzony przez odpowiednie pole rozciągłe i zorientowane w kuli ICRU na głębokości d wzdłuż promienia ustawionego w kierunku przeciwnym do kierunku pola.

Jednostka: siwert [ Sv ]

Dla promieniowania przenikliwego

zaleca się stosowanie głębokości d = 10 mm,

podstawową wielkością roboczą jest H*(10)

Przestrzenny równoważnik dawki

H*(d)

Równoważnik dawki, który byłby wytworzony przez odpowiednie pole rozciągłe i zorientowane w kuli ICRU wzdłuż promienia

wyznaczającego

określony kierunek .

Jednostka: siwert [ Sv ]

W przypadku promieniowania słabo przenikliwego zaleca się d = 0,07 mm dla oceny dawki równoważnej na skórę

oraz

d = 3 mm dla dawki równoważnej w soczewkach oczu.

Kierunkowy równoważnik dawki

H’(d,Ω)

Fantom symulujący ciało ludzkie.

Kula z o średnicy 30 cm i gęstości 1 g/cm³, wykonana z materiału równoważnego tkance o składzie masowym:

76,2% tlenu, 11,1% węgla, 10,1% wodoru i 2,6% azotu.

W kuli tej określa się punkt odniesienia a następnie definiuje się pewna sytuację modelową, zakładającą że w całej kuli panują warunki pola rozciągłego i zorientowanego, czyli pola

promieniowania, gdzie fluencja i jej rozkład energetyczny

Kula ICRU

PN 92/J-01003/02:

Hipotetyczne pole promieniowania, w którym fluencja cząstek, ich rozkład energii oraz ich rozkład kątowy wewnątrz określonej objętości pomiarowej są takie same jak w rzeczywistym polu promieniowania w rozpatrywanym punkcie.

Pole rozciągłe

PN-92/J-01003/02:

Hipotetyczne pole promieniowania, w którym wszystkie cząstki poruszają się w jednym kierunku.

Pole zorientowane

Wzorcowanie przyrządów

dozymetrycznych

Wzorcowanie

Wzorcowanie to zbiór operacji ustalających, w określonych warunkach, relację między

wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy lub układ pomiarowy albo

wartościami reprezentowanymi przez wzorzec miary lub przez materiał odniesienia, a odpowiednimi

wartościami wielkości realizowanymi przez wzorce jednostki miary.

Międzynarodowy Słownik Podstawowych i Ogólnych

Wzorcowanie

Jakość procesu wzorcowania ma wpływ na wiarygodność wyników pomiarów.

Jest to szczególnie istotne w przypadku wzorcowania dozymetrów mających na celu wskazywanie mocy dawki lub dawki pochłoniętego promieniowania jonizującego, co pozwala na określenie narażenia.

Warunki oraz wymagania jakie powinny spełniać jednostki wzorcujące określa Prezes PAA.

Naczelnym dokumentem określającym wymagania stawiane jednostkom wzorcującym jest ustawa „Prawo atomowe” z dnia 29 listopada 2000r.

Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 23 grudnia 2002r. „w sprawie wymagań dotyczących sprzętu dozymetrycznego”

Dokumenty wewnętrzne Polskiego Centrum Akredytacyjnego.

Wzorcowanie

RozporządzenieRady Ministrów z dnia 23 grudnia 2002r. „w

sprawie wymagań dotyczących sprzętu dozymetrycznego”.

„Wzorcowanie sprzętu dozymetrycznego przeprowadza się nie rzadziej niż:

1) w przypadku sprzętu dozymetrycznego nieposiadającego kontrolnego źródła promieniotwórczego – raz na 12

miesięcy;

2) 2) w przypadku sprzętu dozymetrycznego posiadającego kontrolne źródło promieniotwórcze – raz na 24 miesiące.”

Świadectwo wzorcowania

Art. 27 ust. 1 ustawy „Prawo atomowe” z dnia 29 listopada 2000r

„Przyrządy dozymetryczne stosowane do kontroli i

oceny narażenia, niepodlegające obowiązkowi kontroli metrologicznej określonej w przepisach o miarach,

powinny posiadać świadectwo wzorcowania.”

Świadectwo wzorcowania

dokument wydany przez upoważnioną jednostkę, zawierający opis procesu wzorcowania oraz wyniki z pomiarów wykonanych podczas wzorcowania.

Świadectwo wzorcowania

Art. 27 ust. 2 ustawy „Prawo atomowe” z dnia 29 listopada 2000r

„Świadectwo wzorcowania, o którym mowa w ust. 1, wydaje laboratorium pomiarowe posiadające akredytację otrzymaną na podstawie odrębnych przepisów.”

„Odrębne przepisy”

ustalenia Polskiego Centrum Akredytacyjnego, dotyczące wymagań jakie muszą spełnić laboratoria ubiegające się o uzyskanie akredytacji w dziedzinie wzorcowania przyrządów dozymetrycznych, które zapisane są w

wewnętrznych dokumentach PCA. Dokumentem bezpośrednio opisującym system zarządzania wymagany w jednostkach wzorcujących na którym opiera się również PCA, jest Polska Norma PN-EN ISO/IEC 17025:2005 „Ogólne

wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących”.

Świadectwo wzorcowania

PN-EN ISO/IEC 17025:2005 „Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących”

określa jakie elementy należy uwzględnić podczas organizacji laboratorium wzorcującego:

– wymagania stawiane pracownikom – proces współpracy z klientem

– sposób przechowywania wzorcowanych przyrządów – ciągłe szkolenie pracowników

– ciągły nadzór nad wyposażeniem

Świadectwo wzorcowania

Świadectwo wzorcowania

• zakaz powielania,

• świadectwo jest przypisane do jednego przyrządu, którego nazwa i numer seryjny widnieje na pierwszej stronie świadectwa.

• świadectwo jest przez 12 lub 24 miesiące od daty jego wystawienia (zgodnie z wymienionym Rozporządzeniem Rady Ministrów)

• na pierwszej stronie świadectwa znajduje się opis przyrządu, opis jednostki używającej ten przyrząd, informacja o metodzie wzorcowania, o wielkości niepewności, o spójności pomiarowej

• świadectwo jest ważne tylko z oryginalną pieczątką Laboratorium z jego numerem akredytacji

• w zależności od przyrządu i potrzeby klienta na kolejnej stronie

świadectwa umieszczone są wyniki wzorcowania cechy liniowości pomiaru mocy dawki przyrządu, jego charakterystyki energetycznej, pomiaru

skażeń powierzchniowych lub też pomiaru dawki

• świadectwie jest zawsze sprawdzane przez osobę, która nie wypisywała danego świadectwa

Pomiary dawki i mocy dawki

Dawka i moc dawki

t

D

 D

Dawka i moc dawki

Cel:

ocena w długich okresach czasu (od kilku godzin do kilku miesięcy).

Dawkę i moc dawki mierzy się w miejscu pracy, w pomieszczeniu, na danym terenie lub

dawki indywidualne za pomocą dawkomierzy

Dawka i moc dawki

Dawkomierz lub miernik mocy dawki powinien być umieszczony w takim miejscu, żeby wynik pomiaru można było łatwo przełożyć na dawkę obciążającą na całe ciało osoby pracującej w

monitorowanym miejscu lub kontrolowanej za pomocą dawkomierza indywidualnego.

Dawka

Sygnał detektora jest miarą energii przekazanej przez promieniowanie materiałowi detektora, który ma inną gęstość i skład atomowy niż jego otoczenie.

Dawka, absorbowana przez detektor jest inna, niż dawka jaką zaabsorbowałby w tym miejscu ośrodek (np. tkanka) po usunięciu detektora.

Dawka

W przypadku promieniowania jonizującego pośrednio istotny jest rodzaj i widmo energii cząstek naładowanych, generowanych w

materiale przez to promieniowanie.

Pomiar dawki pochłoniętej i widma energii promieniowania

w polach promieniowania

elektromagnetycznego (X lub γ)

Komora jonizacyjna

• wnęka gazowa, w której wytworzone zostało pole elektryczne

Komora jonizacyjna

Założenie:

• ścianki komory są całkowicie przezroczyste dla promieniowania γ, a wnęka gazowa

wypełniona jest powietrzem

Komora jonizacyjna

• sytuacja we wnęce detektora jest identyczna jak w otaczającym ośrodku

• jeśli zaniedbamy osłabienie promieniowania, to liczba i widmo elektronów, generowanych w jednostkowej masie powietrza we wnęce, będą takie same jak w jej otoczeniu

• energia wnoszona do wnęki przez elektrony przychodzące z zewnątrz będzie dokładnie kompensowana przez energię

elektronów generowanych we wnęce i wychodzących z niej na zewnątrz

• we wnęce jest ustalony stan równowagi cząstek

naładowanych lub równowagi elektronowej, jeśli rozważania ograniczymy do promieniowania elektromagnetycznego

„Duży detektor”

• elektrody są rozsunięte na tak dużą odległość, że elektrony przychodzące z zewnątrz wnoszą do wnęki znikomo małą energię, w porównaniu z energią elektronów wytwarzanych we wnęce.

• elektrony wytworzone we wnęce tracą swoją energię w jej wnętrzu

• w detektorze wytwarza się nowe widmo elektronów, charakterystyczne dla materiału detektora

• detektor musi być na tyle mały, aby można było przyjąć, że nie powoduje on istotnej zmiany strumienia fotonów.

„Duży detektor”

• dawka pochłonięta w „dużym detektorze” jest równa sumie energii wygenerowanych w niej cząstek

naładowanych, czyli kermie, a jeśli uwzględnić tylko energię przekazaną ośrodkowi przez cząstki

naładowane – kermie zderzeniowej

„Duży detektor”

D_g – dawka w gazie w dużym detektorze

D_m – dawka w innym ośrodku w tym samym polu µ_a –masowy współczynnik pochłaniania

promieniowania

m g m

g



 





 







 

 

a a

D D

„Duży detektor”

W praktyce nie można zaniedbać wpływu ścianek detektora lub otaczającego detektor ośrodka.

„Duży detektor”

• brak równowagi elektronowej (część

elektronów jonizujących gaz generowana jest we wnęce detektora, a część w jego ściankach)

• problemy przy interpretacji pomiaru i

wyznaczaniu wielkości dozymetrycznych.

Dlatego, na ogół wykorzystuje się „małe

detektory” lub „detektory homogeniczne”.

„Mały detektor”

• Elektrony generowane w ściance detektora mogą dotrzeć do wnęki gazowej tylko wtedy, gdy odległość jaką mają do

przebycia jest mniejsza od ich zasięgu.

• Analogiczny wniosek można sformułować dla dowolnego punktu w ośrodku, niezależnie od tego, czy jest tam wnęka gazowa, czy jej nie ma.

• W otoczeniu danego punktu w ośrodku zawsze dochodzi do ustalenia się równowagi elektronowej, jeśli ośrodek ten jest jednorodny we wszystkich kierunkach od rozpatrywanego punktu, w odległości co najmniej równej maksymalnemu zasięgowi elektronów (zaniedbujemy osłabienie

promieniowania γ w ośrodku).

„Mały detektor”

• Jeśli do ośrodka, w którym ustaliła się równowaga elektronowa, wprowadzimy niewielką wnękę gazową o wymiarach

znacznie mniejszych od zasięgu elektronów, to możemy uzyskać detektor, który nie zaburza równowagi elektronowej.

„Mały detektor”

• widmo elektronowe nie ulega zmianie w obrębie detektora

• cała jonizacja we wnęce wywołana jest przez elektrony, które powstały w otoczeniu

detektora

• elektrony wygenerowane przez fotony w

obrębie wnęki mają zaniedbywalny udział w całkowitej dawce pochłoniętej we wnęce

„Mały detektor”

D_g – dawka w gazie w małym detektorze

D_m – dawka w innym ośrodku w tym samym polu

S –zdolność hamowania elektronów

m g m

g



 





 







 S

S D

Prawo D

Bragga-Graya

„Mały detektor”

W teorii Spencera-Attixa uwzględniono fakt

istnienia wysokoenergetycznych elektronów δ, a zatem zdolności hamowania zastąpiono

ograniczonym LET.

Odcięcie energetyczne Δ dobrane jest w ten sposób, że elektrony o tej energii maja zasięg równy rozmiarom wnęki detektora.

„Mały detektor”

g

m m

g





 



 



L D

D

Narost dawki

Jeśli małą komorę jonizacyjną umieścimy w fantomie wodnym i wykonamy pomiary w

różnych odległościach od ściany fantomu (na różnych głębokościach w wodzie), to na

początku sygnał komory będzie narastał, aż do osiągnięcia wartości maksymalnej, a dalej będzie malał wykładniczo, wskutek osłabienia

padającego promieniowania γ.

Narost dawki

0 5 10 15 20

0 20 40 60 80 100

60Co 250 kV

9 MV 23 MV

procentowa dawka na głębokości

głębokość (cm)

Narost dawki

Przy małych odległościach od ściany fantomu, do wnęki komory docierają elektrony z powietrza, których jest znacznie mniej, niż generowanych w wodzie.

Na głębokości, odpowiadającej maksymalnemu zasięgowi elektronów generowanych w wodzie, ustala się równowaga elektronowa i dalej sygnał maleje zgodnie ze współczynnikiem osłabienia promieniowania w wodzie.

Narost dawki

W warunkach równowagi elektronowej dawka

pochłonięta jest równa kermie w danym ośrodku.

Po uwzględnieniu osłabienia promieniowania γ, to pełne osiągnięcie równowagi elektronowej staje się niemożliwe, gdyż elektronów za wnęką jest mniej niż przed wnęką i nie dochodzi do pełnej kompensacji energii w samej wnęce.

Osiąga się natomiast stan quasi równowagi

elektronowej, w którym dawka jest proporcjonalna

Narost dawki

Komora jonizacyjna musi mieć ściankę o minimalnej grubości równej maksymalnemu zasięgowi

elektronów generowanych w danym polu promieniowania.

Jest to warunek prawidłowości pomiarów w polach o dużej energii.

Zbyt gruba ścianka powodowałaby nadmierne

osłabienie promieniowania w polach o niskiej energii.

Dlatego wiele komór jonizacyjnych ma nakładki, z materiału równoważnego materiałowi ścianki, co umożliwia dopasowanie grubości ścianki do

warunków pomiaru.

Komora jonizacyjna

• Pojęcia „dużego” i „małego” detektora zależą od

energii promieniowania. Detektor, który jest „duży”

dla niskiej energii promieniowania może stać się detektorem „małym” dla promieniowania o dużo wyższej energii.

• Zmniejszanie objętości komory można uzyskać

poprzez wykorzystanie detektorów homogenicznych,

Komora jonizacyjna

TWIERDZENIE FANO:

jeśli ośrodek materialny napromieniany jest jednorodnym strumieniem promieniowania pierwotnego, to widmo elektronów wtórnych, generowanych w tym ośrodku jest:

jednorodne,

nie zależy od gęstości ośrodka

nie zależy od zmian gęstości ośrodka

Komora jonizacyjna

• Zgodnie z twierdzeniem Fano można skonstruować komorę o dowolnych

rozmiarach i będzie ona nadal spełniała warunki małego detektora, jeśli skład

atomowy ścianek i gazu komory jest taki sam jak skład atomowy ośrodka, w którym

wykonujemy pomiar (detektor homogeniczny).

Komora jonizacyjna

• W rzeczywistości spełnienie warunków

twierdzenia Fano nie wymaga restrykcyjnego dopasowania składu atomowego komory do składu ośrodka. Promieniowanie γ czy X

oddziałuje podobnie wieloma atomami o zbliżonych wartościach Z i np. zastąpienie tlenu przez węgiel umożliwia uzyskanie

materiałów równoważnych dozymetrycznie powietrzu, wodzie i tkance, ale o konsystencji ciała stałego.

Moc dawki

iloczyn

współczynnika wzorcowania przyrządu w warunkach odniesienia, podanego w świadectwie wzorcowania,

i wskazania przyrządu w danym punkcie pomiarowym po odjęciu biegu własnego przyrządu

Moc dawki

BILANS NIEPEWNOŚCI

• niepewność położenia detektora;

• niepewność odczytu wielkości mierzonej

• niepewność współczynnika wzorcowania

Niepewność całkowitą określa się jako

pierwiastek kwadratowy z sumy kwadratów niepewności składowych.

Moc dawki - przyrządy

RKP-1-2

• pomiar skażeń powierzchni roboczych nuklidami beta i gama

promieniotwórczymi oraz pomiar mocy dawki promieniowania gamma.

• detektory: liczniki G-M (skażenia - trzy równolegle liczniki o powierzchni czynnej 150 cm2, moc dawki gamma - licznik środkowy

• zakres pomiaru skażeń: 7 ÷ 2000 s-1 (do 20 000 s-1 przy stosowaniu przystawki osłabiającej)

• zakres dla pomiaru mocy dawki gamma: 0,7 ÷ 200 μGy/h

• zakres energii promieniowania beta: >500 keV

• błąd pomiaru mocy dawki ± 20%

• bieg własny: ≤ 5,5 s-1

• zasilanie: 4÷6V (4x ogniwo AA/LR6)

• masa: ≤ 2kg

Moc dawki - przyrządy

VAJ-15 / Robotron

• Detektor: komora jonizacyjna

• zakres pomiarowy: 1 mR/h ÷ 300 R/h

• podzakresy pomiarowe: 1; 3; 10; 30; 100; 300

• błąd pomiaru: < 15%

• zakres mierzonych energii: 8 keV ÷ 100MeV (bez osłony). 40keV ÷ 7,5 MeV (z osłoną)

• źródło kontrolne: 90Sr / 90Y

• objętości czynna detektora: 600 cm3

• temperaturowy zakres pracy: -10 °C ÷ +45 °C

• zasilanie: 6 x ogniwo R 20

• wymiary pulpitu: 240 x 120 x 176 mm

• wymiary sondy: Φ 100 x 210 mm

Moc dawki - przyrządy

EKO C

• wykrywanie i pomiar promieniowania jonizującego , ,  i X.

• Detektor: jest G-M

• zakres pomiarowy dla promieniowania : 0,1 ÷ 100 imp/s (cps)

• zakres pomiarowy dla promieniowania : 0, 1 ÷ 1000 Bq/cm2

• zakres pomiarowy dla mocy dawki prom.  i X: 0,01 ÷ 99,99 μSv/h

• podstawowy błąd pomiaru mocy dawki prom.  i X: ≤ 15%

• podstawowy błąd pomiaru skażenia: ≤ 50%

• zakres energetyczny  i X: 30keV ÷ 1,5 MeV

• zakres energetyczny promieniowania : > 100 keV

• zakres energetyczny promieniowania : > 4 MkeV

• powierzchnia czynna okna okna detektora: ok. 50 cm2

• gęstość powierzchniowa okna detektora: 2÷3 mg/cm2

• bieg własny licznika: ≤ 180 imp/s

• zasilanie: wewnętrzne akumulatory Cd-Ni 1,2V 0,7Ah

Moc dawki - przyrządy

DP-66

• wykrywanie i ilościowe oznaczanie stopnia skażenia różnych powierzchni emiterami beta promieniotwórczymi oraz do wykrywania i pomiaru mocy dawki promieniowania gamma.

• detektory: trzy liczniki G-M

• zakres pomiarowy dla promieniowania : 103 ÷ 107 rozp./min..cm2

• zakres pomiarowy dla promieniowania gamma: 0,05 mR/h ÷ 200 R/h

• energetyczny zakres pomiaru dla promieniowania : 0,5 ÷ 3 MeV

• energetyczny zakres pomiaru dla promieniowania : 0,1 ÷ 3 MeV

• źródło kontrolne: 90Sr / 90Y (A = 10 μCi)

• zasilanie: 2x ogniwo LR20

• uchyb pomiaru: ≤ 25%

• wymiar pulpitu: 100 x 180 x 120 mm

• wymiar sondy: Φ 45 x 300 mm

•

Moc dawki - przyrządy

FH 40 G-10

• detektor licznik proporcjonalny

• zakres pomiarowy H*(10): 10nSv/h – 100 mSv/h

• zakres pomiarowy D*(10): 0 – 100 mSv/h

• zakres energetyczny: 33 keV – 3 Mev

• typowy błąd pomiaru: <5%

• maksymalny błąd pomiaru: 20% dla 137Cs

• zasilanie: 2x ogniwo AA/LR6

• wymiary detektora: Φ 25 mm x 25,8 mm

Dawka i moc dawki – wzorcowanie

Wzorcowania dokonuje się we wzorcowych wiązkach promieniowania gamma lub X o parametrach zgodnych z:

PN-ISO 4037-1:2002 „Wzorcowe promieniowanie rentgenowskie i gamma do kalibracji dawkomierzy i mierników mocy dawki oraz do określania ich charakterystyk energetycznych - Część 1: Charakterystyki promieniowania oraz metody jego wytwarzania”

PN-ISO 4037-2:2002 „Wzorcowe promieniowanie rentgenowskie i gamma do kalibracji dawkomierzy i mierników mocy dawki oraz do określania ich charakterystyk energetycznych - Część 2: Dozymetria w ochronie przed promieniowaniem w zakresie energii od 8 keV do 1,3 MeV oraz od 4 MeV do 9 MeV”

PN-ISO 4037-3:2004 „Wzorcowe promieniowanie rentgenowskie i gamma do kalibracji dawkomierzy i mierników mocy dawki oraz do określania ich charakterystyk energetycznych - Część 3: Wzorcowanie dawkomierzy otoczenia i dawkomierzy indywidualnych oraz

określanie ich charakterystyk energetycznych i kierunkowych”

PN-ISO 4037-4:2007 „Wzorcowe promieniowanie rentgenowskie i gamma do kalibracji dawkomierzy i mierników mocy dawki oraz do określania ich charakterystyk energetycznych - Część 4: Wzorcowanie dawkomierzy otoczenia i dawkomierzy indywidualnych we

wzorcowych polach promieniowania rentgenowskiego niskiej energii”.

Źródła wzorcowe

GAMMA

• ⁶⁰Co (energia 1250 keV)

• ¹³⁷Cs (energia 662 keV)

• ²⁴¹Am (energia 59,5 keV)

Wybór źródła zależy od konstrukcji przyrządu i jego charakterystyki energetycznej.

Źródła wzorcowe

Promieniowanie X

• lampy rentgenowskie z zestawem przesłon,

umożliwiających uzyskiwanie promieniowania X w szerokim zakresie energetycznym

Wzorcowanie

Wielkość wyjściowa: bezwymiarowy współczynnik kalibracyjny, będący ilorazem wartości wzorcowej i wartości mierzonej.

Współczynnik kalibracyjny jest bezpośrednio wykorzystywany przez użytkownika, aby podczas pomiaru mocy dawki uzyskać wartość prawdziwą należy odczytaną wielkość pomnożyć przez współczynnik kalibracyjny.

Pomiaru dawki dokonuje się naświetlając badany przyrząd wzorcową

wartością dawki, którą otrzymuje się mnożąc znaną wartość mocy dawki w ustalonym punkcie pomiarowym przez zadany czas naświetlania.

Warunki środowiskowe, ogólne warunki pomiarowe takie jak stabilność wiązki wzorcowej, niezawodność metody pomiarowej oraz inne czynniki wpływające, muszą być tak ustalone aby nie miały wpływu na wynik

Wzorcowanie

0,1 1 10 100 1000

0,1 1 10 100 1000

Wartości mierzone, Sv/h Wartości wzorcowe mocy przestrzennego równoważnika dawki, Sv/h

Dawka

Monitoring indywidualny – dawkomierz w postaci kasety z test- filmem lub detektorami TLD jest umieszczany na piersi

pracownika.

Więcej na wykładzie o narażeniu zewnętrznym

Pomiary skażeń

SKAŻENIA PROMIENIOTWÓRCZE

• niezamierzone zanieczyszczenie substancjami promieniotwórczymi

terenu,

wody,

powietrza,

różnego rodzaju powierzchni

ciała człowieka

• Sposób pomiaru zależy od badanego obiektu oraz rodzaju promieniowania emitowanego przez substancje

promieniotwórcze.

Pomiary skażeń powierzchni

Aktywność powierzchniowa nuklidu promieniotwórczego

Średnia liczba samoistnych przemian jądrowych z danego

stanu energetycznego, dokonujących się w danej ilości nuklidu w przedziale czasowym dt, podzielona przez ten przedział oraz przez powierzchnię.

Samoistna przemiana jądrowa – zmiana nuklidu lub przejście izomeryczne.

Jednostka aktywności powierzchniowej Bq/cm².

W niektórych przyrządach jako jednostka stosowana jest cps

Pomiary skażeń powierzchni

• duża powierzchnia detektora

• zbliżenie detektora do badanej powierzchni.

Należy ustawić włączony detektor w takiej odległości od badanej powierzchni, aby nie rejestrował żadnych skażeń, a następnie powoli go przybliżać.

Pozwoli to na uniknięcie sytuacji, w której po uruchomieniu detektora w bliskiej odległości od badanej powierzchni do detektora będzie docierała zbyt duża ilość cząstek.

Procedura pomiaru oraz rodzaj przyrządu pomiarowego zależą także od rodzaju mierzonego promieniowania.

Pomiary skażeń powierzchni

Jeśli mierzony obiekt znajduje się w pobliżu źródeł promieniotwórczych, zewnętrznych powierzchni pojemników z substancjami promieniotwórczymi, obudów źródeł

promieniotwórczych

Pomiary nie mogą być wykonane bezpośrednio za pomocą detektora umieszczonego w pobliżu skażonej powierzchni.

Pomiary skażeń powierzchni

Aktywność substancji promieniotwórczej

znajdującej się w sąsiedztwie lub z po drugiej stronie badanej powierzchni powoduje

zawyżenie wyniku pomiaru.

Należy pobrać próbę w postaci wymazu z

badanej powierzchni i poddać ją odpowiedniej procedurze pomiarowej.

Pomiary skażeń powierzchni - przyrządy

RKP-1-2

• pomiar skażeń powierzchni roboczych nuklidami beta i gama

promieniotwórczymi oraz pomiar mocy dawki promieniowania gamma.

• detektory: liczniki G-M (skażenia - trzy równolegle liczniki o powierzchni czynnej 150 cm2, moc dawki gamma - licznik środkowy

• zakres pomiaru skażeń: 7 ÷ 2000 s-1 (do 20 000 s-1 przy stosowaniu przystawki osłabiającej)

• zakres dla pomiaru mocy dawki gamma: 0,7 ÷ 200 μGy/h

• zakres energii promieniowania beta: >500 keV

• błąd pomiaru mocy dawki ± 20%

• bieg własny: ≤ 5,5 s-1

• zasilanie: 4÷6V (4x ogniwo AA/LR6)

• masa: ≤ 2kg

Pomiary skażeń powierzchni - przyrządy

EKO C

• wykrywanie i pomiar promieniowania jonizującego , ,  i X.

• Detektor: jest G-M

• zakres pomiarowy dla promieniowania : 0,1 ÷ 100 imp/s (cps)

• zakres pomiarowy dla promieniowania : 0, 1 ÷ 1000 Bq/cm2

• zakres pomiarowy dla mocy dawki prom.  i X: 0,01 ÷ 99,99 μSv/h

• podstawowy błąd pomiaru mocy dawki prom.  i X: ≤ 15%

• podstawowy błąd pomiaru skażenia: ≤ 50%

• zakres energetyczny  i X: 30keV ÷ 1,5 MeV

• zakres energetyczny promieniowania : > 100 keV

• zakres energetyczny promieniowania : > 4 MkeV

• powierzchnia czynna okna okna detektora: ok. 50 cm2

• gęstość powierzchniowa okna detektora: 2÷3 mg/cm2

• bieg własny licznika: ≤ 180 imp/s

• zasilanie: wewnętrzne akumulatory Cd-Ni 1,2V 0,7Ah

• wymiar bez uchwytu: 100 x 85 mm

• waga: 600g

Pomiary skażeń powierzchni - przyrządy

RUST-3

W zależności od zastosowanej sondy pozwala na:

• pomiar równoważnika dawki i mocy równoważnika dawki promieniowania  i X;

• wykrywanie i pomiar skażeń powierzchni nuklidami , ,  - promieniotwórczymi.

• zasilanie: 6 ogniw LR20 lub zasilacz sieciowy

• gniazdo wejściowe: BNC-2,5

• błąd pomiaru: ± 10%

• czułość wejściowa: 50 mV ± 10% dla impulsów wejściowych:

• czas trwania: 30 μs

• czas narastania: ≤ 0,2 μs

• polaryzacja: ujemna

• rezystancja wejścia: 50 kΩ ± 20%

• wymiary: 261 x 102 x 192 mm

• masa (bez ogniw zasilających): 3,8 kg

Pomiary skażeń powierzchni - przyrządy

Sonda scyntylacyjna SSA-1P

• Sonda scyntylacyjna do pomiaru skażeń powierzchni substancjami  -

promieniotwórczymi.

• napięcie zasilania: 750 ÷ 1400 V

• czułość sondy: 21 imp. s-1 / s-1 cm-2

• powierzchnia czynna: 85 cm2

• gęstość powierzchniowa powierzchni czynnej: 1 mg/cm2