11/2/2018 1

DETEKCIJA JONIZUJUĆIH

ZRAČENJA

11/2/2018 2

Princip rada svih merila jonizujućih zračenja: odgovor na energijudeponovanu zračenjem u njihovom materijalu

Ljudska čula uopšte ne registrujujonizujuće zračenje

Zračenje se: detektuje, identifikuje i meri

Indikatori vs. merila

11/2/2018 3

Upotreba merila medicini

Nivo radioaktivne kontaminacije

Jačina doze zračenja u klasifikovanim zonama

Identifikacija i kvantifikacija radioaktivnog materijala

Lične doze u klasifikovanim zonama

Monitori zona zračenja

Laboratorijski brojači

Lični dozimetri

11/2/2018 4

MEHANIZMI DETEKCIJE

JONIZUJUĆIH ZRAĈENJA

1) Jonizacija2) Scintilacija3) Termoluminescencija4) Hemijske promene (hemijski mehanizmi)5) Toplota (zagrevanje)6) Biološki mehanizmi

11/2/2018 5

MERILA BAZIRANA NA JONIZACIJI

Jonizujuća čestica prolazi kroz materijal i stvara jonski par

Sakupljanjem jonskih parova dobija se informacija o zračenju

Jonizacija u gasu:

Jonizacione komore,

Proporcionalni brojači

Gajger-Milerovi brojači

Jonizacija u poluprovodničkom materijalu:

Spektrometri alfa i gama zračenjaLični dozimetri sa Si diodomMOSFET

11/2/2018 6

Relevantna vremena brojača

11/2/2018 7

Gasom punjeni detektori(jonizacione komore, proporcionalni brojači, GM brojači)

Sakupljačkaelektroda

Polarizaciona elektroda

DC napon polarizacije

11/2/2018 8

G-M brojači

11/2/2018 9

Proporcionalni brojači

BF3 3He

11/2/2018 10

Dozimetri sa jonizacionim komorama

Monitoring polja(merenje Kair i D )Farmer

11/2/2018 11

18529

high doseprobe

reset button

RS 232 / 422

PC / printer

18509 medium dose

probe

acoustic

18529

18550 low dose

warning light

probetraffic light

two- or three-stage

18550

18550

11/2/2018 12

MERILA BAZIRANA NA SCINTILACIJI

Princip rada:1) Zračenje proizvodi svetlosni imupls u fosforu2) Blesak svetlosti (scintilacija) se konvertuje u električni

impuls (fotokatoda)3) Izbačeni e- udarom u dinodu proizvodi 4 sekundarna e-

4) Faktor multiplikacije: 4n ( n – broj dinoda)

11/2/2018 13

Scintilacioni brojačiMonitori gasa i otpadnih voda

Rezervoar: Marineli geometrija Donja granica detekcije: 0,2 Bq/l.

11/2/2018 14

Scintilacioni monitori zona zračenja

11/2/2018 15

Scintilacioni spektrometri gama zračenja

NaI(Tl): aktivacija Tl (dodato je 1 % Tl za povećanje efikasnosti)Loša rezolucijaDobra efikasnostPrednost: nema hlađenja

Monitoring otpadnog materijala ibrza provera spektra curenja

11/2/2018 16

Scintilacioni brojači celog telaWhole body counter WBC i Thyroid

uptake detectors TUD

Vrsta detektora: NaI(Tl) velike zapremine (preko 500 cm3)Namena: in – vivo merenje kontaminacije celog telaMane: ne vrši diskriminaciju vrsta zračenja, uticaj znoja daje lažnu informaciju o povećanju 40 K

11/2/2018 17

Brojači bazirani na tečnom scintilatoru

11/2/2018 18

MERILA BAZIRANA NA

POLUPROVODNIĈKIM DETEKTORIMA

Prednosti: visoka rezolucija (ograničenje Epar e-š ~ 2,98 eV za Ge i 3,62 eV Si, ) u poređenju sa 30 eV zaproporcionalni brojač

Detektori čvrstog stanja:

HPGe , Ge(Li)- spektrometri gama zračenjaSi sa površinskom barijerom: spektrometri alfa zračenja Elektronski lični dozimetri sa Si diodom Dose-card- kontrola pristupa

11/2/2018 19

Spektrometri alfa i gama zračenja

- određivanje sadržaja radionuklida u životnoj sredini,- monitoring RAO, - identifikaciju radionuklida u nepoznatom materijalu.

11/2/2018 20

Elektronski lični dozimetri sa Si

diodom - aktivni LDTip detektora: energetski kompenzovana Si didoda u p-n spojuu pakovanju neosetljivom na RF

Vrste zračenja: X, gamaEnergetski opseg: 20 keV – 6 MeVu ( k=2) 10 % na energiji 137CsMerni opseg: Hp(10), Hp(0,07): 1 Sv/h – 1 Sv/h (do 10 Sv/h); 1 Sv – 1 Sv ( do 10 Sv)

11/2/2018 21

Nema neautorizovanih akcija: reset, promena praga

11/2/2018 22

In-vivo dozimetrija(diode)

11/2/2018 23

Poluprovodnički dozimetri(MOSFET)

Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

Poluprovodnička analogija TLD

Osetljivost: (1 – 3) mV/cGy

Nazavisni od: upadnog ugla zračenja, jačine doze, energije, kvaliteta zračenja,I temperature

11/2/2018 24

In-vivo dozimetrija(MOSFET)

Inherentni build-up je 0,8 mm (površinska doze) Za merenje dubinske doze: build-up kape

11/2/2018 25

DETEKTORI BAZIRANI NA

TERMOLUMINESCENCIJI

‚ Princip rada:- e- oslobođen jonizacijom zarobljen na mestu nesavršenosti

kristalne rešetke TL materijala- - zagrevanjem se oslobađa uz emisiju vidljive svetlosti (200 0C)- - količina svetlosti srazmerna apsorbovanoj dozi- - dalje zagrevanje resetuje TLD (400 0C)

Primena: lična dozimetrija (pasivni),monitoring zračenja u okolini,

klinička dozimetrija (in-vivo),dozimetrija polja)

11/2/2018 26

TLD koji se nose na ekstremitetima

11/2/2018 27

TLD ozračivač+ čitač

11/2/2018 28

Radiofotoluminescentni (RPL) stakleni dozimetri

- Lični dozimetri čvrstog stanja akumulacionog tipa- Koriste fenomen radiofotoluminescencije: pri

izlaganju zračenju u jonima srebra Ag0 i Ag++ sestvaraju stabilni luminescentni centri – dalje kao TLD

11/2/2018 29

Optički stimulisana luminescencija (OSL)

-Tanki sloj aluminijum oksida (Al2O3) i (Al2O3:C), koji se stimuliše laserskim svetlom odabrane frekvencije pri čemu se proizvodi plava luminescencija proporcionalna kermi u vazduhu

11/2/2018 30

Alanin/EPR dozimetrijski sistem

L-Alanin: neesecijalna amino kiselina ,

C3H7NO2 (NH2CH(CH3)COOH)

Elektron Paramagnetska Rezonanca (EPR), poznata i kao Elektron Spin Rezonanca (ESR)

11/2/2018 31

Dozimetri sa kvarcnim vlaknom-lični

dozimetri sa direktnim očitavanjem

Merni opseg: 10 μSv-2 mSvEγ> 35 keVUpunjenja = 200 Vu 40 %, 2

11/2/2018 32

Rezime mehanizama detekcije

Mehanizam Primena Tip merila Medijum

Jonizacija Monitoring zračenja

1. Jonizacione komore 2. Proporcionalni brojači 3. Geiger-Müller brojači4. Detektori čvrstog stanja

1. Gas2. Gas 3. Gas 4. Poluprovodnik

Scintilacija Monitoring zračenja

Scintilacioni brojači Kristal ili tečnost

Termoluminescencija

Lični dozimetri + polje

Termoluminescentni dozimetri (TLD)

Kristal

Hemijske promene

Lična dozimetrijaVisoke apsorbovane doze

Fotografski filmFrike dozimetriCeS dozimetri

Fotografske emulzijeRazne sumporne smeše

Zagrevanje-promena temper.

Primarni etalon apsorbovane doze

Kalorimetar Čvrsti ili tečnost (grafitni i vodeni, TE)

Biološki efekti Akcidenti Biološko tkivo Biološko tkivo