Mjerenje ionizirajueg zraenja( Svjetlana unji, Medicinski fiziar, Sluba za Medicinsku fiziku i radijacijsku sigurnost)

UVODDa bi mogli procijeniti tetni uinak zraenja i provoditi mjere zatite, doze se moraju izmjeriti. Mjeri se apsorbirana doza zraenja u zraku, a iz dobivenih vrijednosti izraunavaju se ekvivalentna i efektivna doza. U sluaju kad imamo izvor zraenja i kad poznamo njegovu aktivnost, kao i vrstu radioaktivnog izvora (npr. Cezij-137) te njegove karakteristike, moemo i raunski odrediti dozu. No, u pravilu se mjere apsorbirane doze u zraku u nekoj toki gdje se oekuje da se nalazi osoba koja moe biti ili je izloena zraenju i preraunavanju na tkivo ili na cijelo tijelo. Ureaji koji za to slue zovu se dozimetri. Zraenje moemo zapaziti samo posredno, preko pojava koje zraenje uzrokuje u tvarima Mjerenjem tih pojava, mjere se i pojedina svojstva zraenja. Prilikom djelovanja zraenja svaka pojava moe posluiti za zapaanje i mjerenje zraenja.

1. UREAJI ZA DETEKCIJU I MJERENJE ZRAENJAPostoje razne vrste dozimetara pa tako i njihovih podjela. No, svi oni rade na principu mjerenja uinaka ionizacije koje u njima proizvodi zraenje. Tako imamo elektrine ureaje za mjerenje doza u prostoru (Geiger Muller brojae i ionizacijske komore) i osobne dozimetre (filmska znaka ili termoluminiscentne dozimetre) koji slue za mjerenje osobnog zraenja primljenog tijekom rada u polju zraenja od nekog izvora. Tipovi dozimetara: elektrini i neelektrini u ovisnosti od toga koji konani efekti ( impuls ili struja) slue kao indikacija prolaska zraenja. Dozimetri koji daju pojedinane informacije o prolasku ionizirajueg zraenja kroz efikasnu zapreminu nazivaju se brojai. Tu spadaju ureaji poput GM brojaa, scintilacijskog brojaa, poluvodikog brojaa. Brojai direktno broje estice zraenja koje su stupile u interakciju s sredinom bez obzira na njihovu energiju.

1.1 IONIZACIJSKA KOMORAIonizacijske komore imaju slinu grau kao i brojai, ali drugaije el. polje i drugaiji nain badarenja. One mjere apsorbiranu dozu u zraku. Ionizacijska komora je u osnovi upljina okruena vanjskim provodnim zidom i ima centralnu elektrodu - kolektor ( slika 1.1).

Slika 1.1 Shematski prikaz ionizacijske Farmer tipa

Zid i kolektor razdvojene su izolatorom visoke kvalitete da bi se reduciralo curenje struje kada se komora prikljui na polarizirajui napon. Ako znamo masu zraka u komori (odnosno njen volumen), zraenje prolazom kroz tu komoru predaje odreenu koliinu energije za ionizaciju tog zraka u komori te ako znamo tu energiju znamo i apsorbiranu dozu u zraku u toki na kojoj se nalazi komora. To je, podsjetimo se, omjer energije i mase zraka u komori. Nadalje, iz eksperimenta je poznato koliko energije je potrebno da u zraku nastane 1 par elektron-ion: 34 eV. Dovoljno je, dakle, mjeriti broj impulsa u komori i svaki impuls pomnoiti s 34 eV te dobijemo ukupnu energiju predanu od zraenja komori. Ta energija podijeljena s masom zraka u komori daje apsorbiranu dozu. Badarenjem se to moe postii tako da je elektronika podeena na nain da izravno moemo oitati dozu na skali ureaja (elektrometar) (slika 1.2).

Slika 1.2 Elektrometar i ionizacijska komora

Ionizacijske komore koriste se za mjerenje X-zraka, gama zraka i beta estica.

1.2 GEIGER-MLLEROV BROJAOvi ureaji sastoje se u biti od komore ispunjene zrakom ili nekim gasom (najee nekim od plemenitih gasova: helij, argon ili neon) u kojoj je uspostavljeno elektrino polje. Zidovi cilindra predstavljaju negativnu elektrodu (katodu), a anoda je tanka ica koja prolazi kroz sredinu cilindra (slika 1.4).

Slika 1.4 Shematski prikaz GM brojaa

Zraenje prolazom kroz komoru izaziva ionizaciju. Pozitivni ioni odlaze u elektrinom polju na elektrodu (katodu), a negativni (elektroni) ioni odlaze na +elektrodu (anodu). Time u strujnom krugu nastaju el. impulsi koji oznaavaju da je dolo do prijma estice koja je nastala raspadom. Ti impulsi se obrauju u el. krugu ureaja i na brojaniku se pokazuju odreene vrijednosti: broj impulsa, broj impulsa po jedinici vremena i slino. GM brojai broje impulse, a ne dozu i zato slue za detekciju zraenja, a ne primarno za ocjenu same opasnosti zraenja. Za to slue ionizacijske komore. GM brojai su veoma osjetljivi i esto se koriste zato to mogu da detektiraju bilo koje zraenje koje izvri ionizaciju u detektoru. estica proizvodi par iona u aktivnom volumenu, te se dobije impuls 0.1-1 volta. GM brojai ne prave razliku izmeu vrsta zraenja ili njihovih energija. Iz tog razloga, veina ovih brojila su kalibrirani da broje impulse u minuti (CPM). GM se obino koriste za jednostavno otkrivanje prisutnosti radioaktivnog materijala. Koriste za otkrivanje nisko-energetskih X i gama zraka.

1.3 OSOBNI DOZIMETRIOsobni dozimetri slue za mjerenje osobnih doza ljudi koji ih nose na odgovarajuem reprezentativnom mjestu na svom tijelu tijekom rada s izvorima zraenja (na lijevoj strani prsiju ispod olovne zatitne pregae). Dvije su najrairenije (zakonski priznate) metode mjerenja: film dozimetar i termoluminiscentni dozimetar (TLD). Kod oba dozimetra prolazom zraenja dolazi do odreenih procesa koje zraenje izazva predajom energije: zatamnjenje filma ili podizanje elektrona na vie energetsko stanje. Prilikom oitanja: razvijanje filma ili oitanje u posebnom itau, vidi se uinak zraenja, zacrnjenje ili odreena krivulja kod TLD-a. Badarenjem serije dozimetra poznatim dozama i uz badarne krivulje mogu se odrediti te primljene doze. To je posebna tehnologija koja podrazumijeva posebne procese i odreeno predznanje. Danas su podjednako rairene obje metode, svaka ima prednosti i mane.

1.3.1 FILM DOZIMETARFilm dozimetar je najstariji i najpopularniji sistem za mjerenje doze koju je primila osoba izloena radijaciji. Njegov rad temelji se na utjecaju zraenje na optiku gustou razvijenog fotografskog filma. Sastoji se od specijalnog fotografskog filma i kasete sa filtrima koji su smjeteni u plastino kuite (slika 1.5).

Slika 1.5 Film dozimetar i njegov shematski prikaz

Filtri omoguavaju mjerenje doza razliitih vrsta zraenja. Ukoliko je film dozimetar izloen djelovanju ionizirajueg zraenja, dolazi do zatamnjenja filma koje je razmjeran dozi kojoj je bio izloen.

1.3.2 TLDRad termoluminiscentnih dozimetara bazira se na pojavi da neki kristali, kao to je litij fluorid (LiF) izloeni ionizirajuem zraenju sauvaju dio apsorbirane energije u svojoj kristalnoj strukturi koja se zatim pri odgovarajuim uvjetima zagrijavanja moe osloboditi u vidu svjetlosti (termoluminescencija) i detektirati. U vrstom kristalnom materijalu postoji zabranjena energetska zona, izmeu valentne i zone provodljivosti, u kojoj elektron ne moe postojati. Zbog zraenja u kristalu se pojavljuju zamke i elektroni koji dolaze iz valentne zone ili se vraaju iz zone provodljivosti bivaju uhvaeni u tim zamkama. Dakle, dio energije biva apsorbiran u kristalu. Ako se kristal zagrijava do odreene temperature, elektroni dobivaju dovoljno energije da napuste zamke i vrate se u valentnu zonu i energija koju na taj nain oslobaaju emitira se u vidu svjetlosti (tj. luminiscencije) (slika 1.6).

Slika 1.6 Dijagram energijskih razina za TLD kristal

Intenzitet emisije svjetlosti kod ovih materijala proporcionalan je energiji koju je kristal apsorbirao u toku ozraivanja.

Intenzitet emitirane svijetlosti oitava se na TLD itau (slika 1.7), na visokim temperaturama ( oko 300 C).

Slika 1.7 ita TLD-a

TLD zasebno moe mjeriti gama, X-zrake, beta estice i termalne neutrone s energijama izmeu 10 keV i 10 MeV. TLD se koristi tamo gdje je zbog velikog broja korisnika potrebna i poeljna automatska obrada.

Slika 1.8 TLD dozimetri

Osnovni nedostatak i jednog i drugog dozimetra je odgoeno dobivanje rezultata ozraenja, tek nakon razvijanja i oitanja u itau nakon proteka vremena noenja. Zbog toga su danas popularne brojne verzije dozimetara s izravnim trenutnim oitanjem primljene doze: penkala dozimetar, elektronski dozimetar i slino (slika 1.9).

Slika 1.9 Penkala dozimetar i elektronski dozimetar

Koriste se lokalno kao dodatni dozimetar uz slubenu dozimetriju koja se obvezno provodi film dozimetrima ili TLD-ima.