1 / 42

Doz Hesaplama

Doz Hesaplama. Ahmet Bozkurt , Ph.D. Harran Üni., Fen-Edebiyat Fak., Fizik Böl., 63300 Şanlıurfa Email: bozkurt@harran.edu.tr Web: http://ahmetbozkurt69.wordpress.com/. Yıllık zemin dozu. Doz limitleri. mrem = 0.01 mSv 100 rem = 1 Sv. Doz limitleri. rem, Sv Gy.

van
Download Presentation

Doz Hesaplama

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Doz Hesaplama AhmetBozkurt, Ph.D. Harran Üni., Fen-Edebiyat Fak., Fizik Böl., 63300 Şanlıurfa Email: bozkurt@harran.edu.tr Web: http://ahmetbozkurt69.wordpress.com/

  2. Yıllık zemin dozu

  3. Doz limitleri mrem = 0.01 mSv 100 rem = 1 Sv

  4. Doz limitleri rem, Sv Gy Etkin doz, E  Eşdeğer doz, HT  Soğurulan doz, DT,R E = Σ wTHT wT: doku/organ ağırlık faktörü HT= ΣwRDT,R wR: radyasyon ağırlık faktörü

  5. Absorplanan (soğurulan) doz, DT,R • Maddesel ortama aktarılan enerjiyi tanımlar ve soğurulan enerjinin konsantrasyonu olarak tanımlanır. • Radyasyon kaynağının türü, şiddeti ve uzaklığı ile ilgilidir. • Soğurulan enerjinin miktarı ve ortamdaki ortalama konsantrasyonu ile orantılıdır. • Radyasyon dozunun temel birimidir.

  6. Absorplanan (soğurulan) doz, DT,R • Işınlanan bir malzemenin birim kütlesine iyonizan radyasyonun bıraktığı enerji olarak ifade edilir. İyonizan radyasyon, madde ile etkileştiğinde, radyasyon alanından ortama enerji aktarılır. Δm Eç Eg

  7. Absorplanan (soğurulan) doz, DT,R • Eski birim sisteminde: rad • 1 rad: ışınlanan maddenin 1 gramında 100 erg’lik enerjinin soğurulması • 1 rad: radyasyondan absorplanan doz • Amerika’da hala kullanımda • SI birim sisteminde: gray (Gy) • 1 gray: Kilogram başına 1 joule’lük enerjinin absorplanması • 1 Gy = 100 rad • 1 rad = 0.01 Gy = 1 cGy

  8. Absorplanan (soğurulan) doz, DT,R • Gray, tüm iyonizan radyasyon türlerine uygulanabilir. • Dış: gama ışınları, nötronlar, yüklü parçacıklar, vb. • İç: radyonüklitler • Vücut dışındaki radyasyon için doz ölçülebilir. • Vücut içindeki bir radyonüklit kaynak için ise doz ölçülemez, ancak hesaplanabilir (MIRD formalizmi ya da ICRP metodu).

  9. Absorplanan (soğurulan) doz, DT,R • Soğurulan doz makroskopik bir niceliktir, hücre düzeyindeki mikrodozimtre için uygun değildir. • Soğurucu ortamın birim kütlesinde soğurulan ortalama enerjiyi ifade eder. • Soğurulan enerjinin ilgilenilen dokunun tüm kütlesinde düzgün biçimde soğurulduğunu varsayar.

  10. Biyolojik etki • Radyasyonun canlı organizmalar üzerindeki etkileri ele alındığında, farklı ışınlama şartları altında aynı miktarda enerjinin soğurulması aynı biyolojik etkiye yolaçmayabilir. • Enerjinin bırakılma hızı önemlidir. • Lineer enerji transferi, L • Ağır ve yüklü parçacıklar gibi L’si büyük radyasyon türleri, elektronlar gibi düşük L’li parçacıklara kıyasla, daha fazla biyolojik hasara yolaçarlar. • Birim kütle başına bırakılan enerji (absorplanan doz) aynı olsa bile…

  11. Doz eşdeğeri, H • Radyasyona maruziyet altında olası biyolojik etkileri nicelemeye yarar. • Bir doz eşdeğeri birimi, biyolojik bir sistemde soğurulduğunda düşük L’li bir radyasyon gibi etkilere yol açan her hangi bir radyasyon miktarıdır. • H = D*Q • Q : Kalite faktörü • L arttıkça Q’da artar. • Doz eşdeğerinin SI sistemindeki birimi Sievert’dir.

  12. Eşdeğer doz, HT,R • ICRP 60 ile tanımlanmıştır. • DT,R ile belirlenir. • Bir R radyasyonunun herhangi bir T dokusuna bıraktığı ortalama absorplanan doz • wR radyasyon ağırlık faktörü ile çarpılır. • Radyasyon türlerinin farklı biyolojik etkilerini gözönüne alır. HT,R = wR*DT,R

  13. Radyasyon ağırlık faktörleri

  14. Eşdeğer doz, HT,R • Absorplanan dozun birimi Gy alındığında, eşdeğer dozun birimi Sv olur. • Ortamda farklı türlerde radyasyon kaynakları varsa toplam eşdeğer doz: Etkin doz, E • Farklı organ veya dokuların radyasyona karşı duyarlılıkları da farklıdır. • wT organ ağırlık faktörü

  15. Organ ağırlık faktörleri , wT

  16. Etkin doz, E • Herhangi bir radyasyon maruziyeti için tüm etkilerin bir tahminini verir. • Organ ağırlık faktörleri, radyasyona duyarlı organlar için yüksektir. • Organ ağırlık faktörlerinin toplamı birdir.

  17. Vücut modelleri • Etkin dozun doğru şekilde belirlenmesi için, organların boyut, konum ve bileşimlerinin doğru bilinmesini gerektirir • Referans insan bilgileri Matematiksel vücut modelleri Tomografik vücut modelleri Organ/dokuların konum ve geometrileri matematiksel denklemlerle ifade edilir. Organ/dokuların konum, ebat ve geometrileri gerçek görüntüler yardımıyla belirlenir.

  18. Doz Hesaplama Pozlanma Dönüşüm katsayıları Eşdeğer doz Foton/Enerji Akısı

  19. Doz Hesaplama Vücut modelleri Monte Carlo simülasyonu wT Eşdeğer doz Etkin doz Soğurulan organ dozu Risk wR

  20. Pozlanma • Radyometrik bir birimdir (dozimetrik değil) • Foton akısının bir ölçüsüdür. • X veya gama ışınından havanın birim kütlesine aktarılan enerji miktarı ile ilgilidir. • X-ışını enerjisi, ışınlanan ortamın bileşimi ve pozlanma miktarı biliniyorsa, soğurulan doz hesaplanabilir.

  21. Pozlanma • 1 Pozlanma birimi (X), havanın1 kg’sinde 1 C’lik elektrik yükü taşıyan iyon üreten x veya gama ışını miktarıdır. • Birkaç keV’in altında ve birkaç MeV’in üzerinde pozlanmanın ölçümü zorlaşır.

  22. Pozlanma Röntgen (R) • Pozlanmanın eski birimidir. • Havanın 1 cm3’ünde 1 sC’luk yük oluşturacak x veya gama ışını miktarıdır. • 1 pozlanma birimi = 3881 R • 1 R = 2.58*10-4 C/kg • 1 R = 0.877 rad

  23. Akı (flux; φ) ve Akış (fluence; Φ) Akı (flux; φ) • Bir noktadaki radyasyon alanı, birim zamanda (Δt) birim yüzeyden (Δa) geçen parçacık sayısı (ΔN) ile tanımlanabilir. Parçacık akışı (fluence; Φ) • Akının zaman içindeki integralidir.

  24. Dönüşüm katsayıları Conversion Coefficients for Radiological Protection Quantities for External Radiation Exposures ICRP Publication 116 Ann. ICRP 40(2–5), 2010N. Petoussi-Henss, W.E. Bolch, K.F. Eckerman, A. Endo, N. Hertel, J. Hunt, M. Pelliccioni, H. Schlattl, M. Zankl

  25. Akışdan doza dönüşüm katsayıları • Nötron ve gama ışınları gibi oldukça girici radyasyonlar için verilen akış bilgisinden dozu elde etmek bazen daha kolaydır. • Tek doğrultulu demetler için parçacık akışı dedektörle belirlenebilir. • Akışdan doza dönüşüm katsayıları kullanılarak doz bilgisi elde edilir.

  26. Akışdan doza dönüşüm katsayıları Nokta kaynaklar için akı Φ=N/4πd2 Daha karmaşık geometriler için akışı elde etmede radyasyon taşıma programları kullanılır.

  27. Kerma • X-ışını, gamalar ve hızlı nötronlar gibi dolaylı iyonizan radyasyonlar, madde ile etkileştiklerinde öncelikle birincil iyonizan parçacıklar yaratırlar. • Fotonlar: fotoelektronlar, Compton elektronları, e+-e- çiftleri • Nötronlar: saçılan çekirdekler

  28. Kerma • Bu parçacıkların başlangıç kinetik enerjilerinin ortamın birim kütlesine oranıKERMA(K) olarak bilinir. • Kinetic Energy Released in Material • Maddesel ortama aktarılan enerjiyi temsil eder. • SI sistemindeki birimi joule/kg ya da gray’dir. • Eski birim siteminde ise erg/g ya da rad’dır. • Absorplanan doz ile aynı birime sahiptir ancak her ikisi farklı kavramlardır.

  29. Kerma • Kerma, yüksüz parçacıktan (foton veya nötron gibi) birincil iyonizan parçacıklara kütle başına aktarılan tüm enerjinin bir ölçüdür. • Doz ise, kütle başına soğurulan enerjinin bir ölçüsüdür. • Birincil iyonizan parçacıklara aktarılan enerjinin tamamı ilgilenilen ortamın hacminde soğurulmayabilir. • Bu enerjinin bir kısmı hacmin dışına kaçabilir ve başka noktalarda soğurulabilir.

  30. Kerma • Birincil iyonizan parçacıklar, yaratıldıkları hacmin dışında bir yerde etkileşerek bremmstrahlung veya çift yokolması olaylarına yolaçabilirler.

  31. Kerma • İlgilenilen hacim içerisinde elektron dengesi sağlanamayabilir. • Büyük hacimlerde elektron dengesi sağlandığından bu durum sorun oluşturmaz; kerma ile absorplanan doz eşdeğer olur. • Ancak küçük hacimlerde (doku geçişleri gibi; deri, kemik yüzeyi) kerma ≠ doz

  32. Kerma Doz Yüklü parçacık dengesi oluşmamış; kerma ≠ doz Kerma Soğurulan doz ya da kerma (log eksen) Yüklü parçacık dengesi oluşmuş; kerma ~ doz Soğurucu ortamın derinliği

  33. Kerma • Soğurucu ortam içerisinde, Kerma artan derinlikle sürekli biçimde azalır. • Dolaylı iyonizan parçacık akısı sürekli azaldığından • Absorplanan doz ise başlangıçta (soğurucu yüzeyinde) düşüktür; • Elektronik dengeye yaklaşıldıkça artışa geçer. • Birincil iyonizan parçacıkların ürettiği ikincil iyonların sayıları arttıkça iyonlaşma yoğunluğu da artar.

  34. Kerma • Maksimuma ulaşıldıktan sonra absorplanan doz da artan derinlikle düşmeye başlar. • Maksimum absorplanan doz yaklaşık olarak birincil iyonizan parçacıkların maksimum menzillerine eşit bir derinlikte meydana gelir. • Alfa parçacıkları ve ağır çekirdekler için Kerma ve absorplanan doz birbirine eşittir. • Aktarılan enerji etkileşim noktasına çok yakın noktada bırakılır.

  35. Kerma

  36. Kerma

  37. Yüklü parçacık dengesi • Elektron dengesi oluşmadan absorplanan dozu hesaplamak yanlış sonuca götürür. • Elektronik denge materyal içinde ancak yeterli derinlikten sonra gerçekleşir. İdeal durum (madde içinden geçen fotonlar zayıflamıyor) Açığa çıkan elektronların enerji bırakımı, yüzeyde başlar, R derinliğinde maksimuma ulaşır. Bu bölgeye “birikim bölgesi” denir. R’nin ötesinde, duran elektron kadar harekete yeni başlayan elektrona rastlanır. Bu duruma “elektronik denge” adı verilir. Elektronik dengeye ulaşıldığında, kerma artan derinlik ile sabit kalır. Ortamda bremmstrahlung kayıpları yoksa, kerma doza eşit olur.

  38. Yüklü parçacık dengesi • İdeal durum ile pratikte karşılaşılmaz. • Fotonlar, maddesel ortamda zayıflamaya uğrarlar. • Gerçek elektronik denge oluşmaz ve kerma derinlikle azalır. Absorplanan doz önce artar, R derinliğinde maksimuma ulaşır ve sonra kerma gibi artan derinlikle azalmaya devam eder. Bremmstrahlung kayıpları az ise, absorplanan doz eğrisi kerma eğrisinin üzerinde yeralır. Gerçek durum (madde içinden geçen fotonlar zayıflamaya uğrar) Ortamda soğurucu özellikleri farklı birden fazla materyal bulunduğunda (kemik-yumuşak doku gibi), durum daha karmaşıktır. Elektronlar bir materyalde harekete başlar, diğer materyale enerji bırakır. Elektronların malzeme içindeki menzilleri de farklı olduğundan, kerma ve absorplanan doz dengeye ulaşamaz.

  39. Monte Carlo ileDozHesaplama • Detektör tercihi çok önemlidir. • Dedektörün türü doğru seçilmelidir. • Akı dedektörleri kullanıldığında, doz dönüşüm katsayıları ile çarpılarak doz elde edilir. • Doğrudan enerji bırakımı dedektörleri kullanıldığında, kerma yaklaşımına dikkat! • Kerma yaklaşımını uygulayan bir dedektör, birincil radyasyonun etkileşimleri sonucunda oluşan ikincil parçacıkların enerjilerini yaratıldıkları noktada bıraktığını varsayar. • Dedektör konum • Ara bölgelerde doz ani değişim gösterebilir.

  40. Monte Carlo ileDozHesaplama

  41. Kaynaklar • Herman Cember and Thomas E. Johnson, Introduction to Health Physics, The McGraw-Hill Companies, Inc., 2009. • Claus Grupen, Introduction to Radiation Protection, Springer, 2010. • Nicholas Tsoulfanidis, Measurement anddetection of radiation, Taylor & Francis, 1995. • James E. Martin, Physics for Radiation Protection, WILEY-VCH, 2006. • Claude Leroy and Pier-Giorgio Rancoita, Principles Of Radiation Interaction In Matter And Detection, World Scientific Publishing, 2009. • Glenn E Knoll, Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons, 2000. • E. B. Podgorsak, Radiation Physics for Medical Physicists, 2010. Dinlediğiniz için teşekkürler…

  42. Doz Hesaplama • Doz Kavramı Genel Tanımlar • Monte Carlo Tekniğinde Doz Nasıl Hesaplanır mu ve E den doza • Kerma Kavramı • Monte Carlo Tekniğinde Kerma Nasıl Hesaplanır • Yüklü Parçacık Dengesi • Dönüşüm katsayıları • Etkin doz, fantomlar

More Related