1 / 39

Retrospektivní dozimetrie

Retrospektivní dozimetrie. 25.4.2012 Fakultní kolokvium FJFI. Daniela Ekendahl Státní ústav radiační ochrany, v. v. i. Retrospektivní dozimetrie. Metody pro odhad dávek osob v souvislosti s aktuálně proběhlou závažnou radiologickou událostí nebo havárií

tieve
Download Presentation

Retrospektivní dozimetrie

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. Retrospektivní dozimetrie 25.4.2012 Fakultní kolokvium FJFI Daniela Ekendahl Státní ústav radiační ochrany, v. v. i.

  2. Retrospektivní dozimetrie Metody pro odhad dávek osob v souvislosti s aktuálně proběhlou závažnou radiologickou událostí nebo havárií Situace, kdy nejsou k dispozici výsledky klasické osobní dozimetrie nebo výsledky monitorování prostředí Situace, kdy nelze vyloučit možnost ozáření vysokými celotělovými dávkami (> 0.5 Gy)

  3. Metody retrospektivní dozimetrie • MonteCarlo – transportní kódy

  4. Před ozářením Ozáření Výhřev nebo světlo ENERGETICKÉ STAVY V KRYSTALU Vodivostní pás ZC E Zakázaný pás LC IZ Luminiscence Elektrony Díry Valenční pás Princip TL a OSL dozimetrie • Termoluminiscence (TL) • Opticky stimulovaná luminiscence (OSL) - v důsledku předchozího ozáření měřeného objektu ZC – záchytné centrum, LC – luminiscenční centrum

  5. Měřící systém TL a OSL v SÚRO Risø TL/OSL Model DA-20 • Detekční systém světla • Systémy pro tepelnou a optickou stimulaci luminiscence • Ozařovač vzorků se 90Sr/90Y • Ozařovač vzorků s 241Am • PC se SW aplikacemi • Příslušenství

  6. Schéma měřícího systému Fotonásobič Ozařovač Detekční filtr Modré diody IR diody Emisní filtr Beryliové okno Měřící pozice Vzorek Topný článek Karusel pro vzorky

  7. Způsoby optické stimulace Režim CW Stimulace Detekce • Stimulace při konstantní intenzitě světla (CW) • Stimulace při lineárně modulované intenzitě světla (LM) Čas Režim LM Al2O3:C Stimulace Detekce Čas Al2O3:C

  8. Materiály pro retrospektivní luminiscenční dozimetrii • Elektronické součástky nebo čipy z osobních, resp. přenosných, předmětů • Biologické vzorky (zuby, fragmenty dentální keramiky, nehty) • Chemikálie vyskytující se v domácnostech a na pracovištích (kuchyňská sůl, prášky na praní) • Stavební materiály (cihly, střešní tašky, sanitární keramika)

  9. Osobní předměty použitelné jako dozimetry Přenosná multimediální elektronická zařízení Karty s čipy • Mobilní telefony • USB flash disky • MP3 přehrávače • Bankovní karty • Telefonní karty Princip: Elektronické součástky, resp. čipy, mohou obsahovat materiál, který po ozáření vykazuje luminiscenční vlastnosti, tj. OSL, resp. TL. Předměty nošené přímo na těle nebo v těsné blízkosti těla – analogie konceptu osobního dozimetru.

  10. Elektronické součástky s keramickým materiálem Rezistory Další součástky (kondenzátory, rezonátory, tranzistory) • Substrát z Al2O3 • Snadno identifikovatelný materiál • Substrát o různém složení – např. BeO, AlN, titaničitany vápníku nebo barya, baryumsilikátové sklo, křemen a oxidy barya • Problém s identifikací materiálu vrchní strana spodní strana, odkud se měří

  11. Al2O3:Souvislost TL a OSL signálu TL signál Vyhřívání: 5°C/s do 400°C OSL signál Stimulace CW, modré světlo, 20 mW/cm2 Vliv předehřevu na OSL signál Hlavní TL pík ~ 185°C ~ 20-25% OSL Nestabilní mělké elektronové pasti ~ 80°C ~ 75-80% OSL Stabilní hluboké elektronové pasti ~330°C ~ 0.5 % OSL

  12. Al2O3:Anomální fading Neodpovídá

  13. Al2O3: parametry OSL měření • Předehřev 120°C po dobu 10 s (kompromis: fading – citlivost) • CW-OSL modré světlo 20 mW/cm2 , při teplotě 90°C po dobu 40 s, záznam OSL signálu

  14. Al2O3:Reprodukovatelnost, závislost odezvy na dávce, MDD • Reprodukovatelnost měření pro 10 cyklů ozáření a měření TL a OSL (< 10%) • Závislost OSL, resp. TL, odezvy na dávce lineární (min. do 30 Gy) • Rekonstrukce dávky založena na opakovaném měření a ozařování vzorků • Minimální detekovatelná dávka – liší se v závislosti na velikosti součástek(Bourns,Inc., rozměry 2 × 1.25 × 0.5 mm, MDD ~ 12 mGy pro OSL, ~ 81 mGy pro TL – hned po ozáření)

  15. Al2O3:Mobilní telefon jako osobní dozimetr Ozáření ve svazku 137Cs: materiál MT (Nokia 3310) reprezentuje vrstvu ekvivalentní ≈ 1 cm tkáně. Fotonová energetická závislost mobilního telefonu

  16. EXPERIMENTRekonstrukce osobní dávky pomocí MT Podmínky ozáření • MT na fantomu • Geometrie AP • Cs-137 • Ka = 1 Gy (ve středu MT) • D(1cm tkáň) = 1,19 Gy

  17. Rekonstrukce dávky pomocí NOKIA 3310ozáření na fantomu, AP, Cs-137, Ka = 1 Gy 1 2 4 3 Měření 22 hod po ozáření Korekční faktor pro fading: 1,76

  18. Al2O3 z elektronických součástekShrnutí • Al2O3 vykazuje velmi dobrou reprodukovatelnost a lineární závislost odezvy na dávce – jednoduchá metoda rekonstrukce dávky • Problémem je anomální fading vyžadující adekvátní korekci - důležitost znalosti doby ozáření • Al2O3 má dozimetrické vlastnosti postačující potřebám havarijní dozimetrie • Metoda je v praxi použitelná • Metoda je dostatečně operativní (10 min/rezistor) • Metoda může být výhodnější než biologická dozimetrie nebo výpočetní modely

  19. Lidské zuby Zubní sklovina a dentin vykazují po ozáření a stimulaci luminiscenci. Signál je však slabý a nestabilní. • Složení zubní skloviny: • 96% hydroxyapatit(Ca5(PO4)3(OH)) • Příměsi: K+, Mg2+, Na+, Cl-, HPO42- a CO32- • Zanedbatelné množství organických látek • Složení dentinu: • 70% anorganické látky (hlavně hydroxyapatit) • 20% organické látky, 10% voda • Stimulace luminiscence: • Termální • Optická – modré, zelené, infračervené světlo

  20. Lidské zuby: zatím velmi omezené dozimetrické využití Problémy Předpoklady vedoucí k nejlepším výsledkům • nedostatečná citlivost materiálu ve spojení s omezenými možnostmi dostupné přístrojové techniky (měřitelné D ~ několik Gy) • značná nestabilita OSL signálu za pokojové teploty, resp. za teploty lidského těla • variabilita vzorků co se týče citlivosti a míry fadingu • možnost naměření OSL signálu i v neozářených vzorcích • není k dispozici univerzální vhodný analytický protokol pro rekonstrukci dávky • stimulace modrým světlem o co největší intenzitě • odstranění organických částí ze skloviny • rozemletí zubní skloviny na co nejmenší zrna • použití tenkých vzorků s velkou plochou • manipulace se vzorky v podmínkách temné komory • použití individuální kalibrační křivky • měření co nejdříve po ozáření

  21. Lidské zuby: vlastní zkušenosti Nepotvrzeny optimistické výsledky některých publikací. Dozimetricky použitelné vzorky jako níže uvedený příklad byly nacházeny velmi sporadicky. Dentin v práškové formě Stimulace modrým světlem: CW-OSL, 50 mW/cm2, 40 s, T = 30°C Reprodukovatelnost měření : < 5%

  22. Dentální keramika pro retrospektivní dozimetrii Keramické materiály pro výrobu zubních náhrad nebo pro opravu zubů mohou vykazovat radiačně indukované luminiscenční vlastnosti:

  23. Dentální keramika: zkoumané vzorky Vnitřní konstrukce („kapnička“) Vnější vrstva Složení: • ZrO2 Sklo-leucitová keramika IPS e.maxCeram (IvoclarVivadent AG) Složení: • SiO2 (60-65%) • Al2O3 (8-12%) • Na2O (6-9%) • K2O (6-8%) • ZnO (2-3%) • CaO, P2O5, F (2-6%) • Barviva (1%) Vzorky vyrobené v zubní laboratoři, rozměry 5 × 5 × 1 mm3

  24. Dentální keramika:Souvislost TL a OSL signálu TL signál Vyhřívání: 5°C/s do 400°C OSL signál Stimulace CW, modré světlo, 20 mW/cm2 Vliv osvětlení na TL signál Vliv předehřevu na OSL signál TL píky ~ 100, 170, 280°C

  25. Dentální keramika: anomální fading Neodpovídá

  26. Dentální keramika: optický fading Laboratorní osvětlení: zářivky ~ 0.05 mW/cm2

  27. Dentální keramika: parametry měření • Předehřev 150°C po dobu 10 s (kompromis: fading – citlivost) • CW-OSL modré světlo 20 mW/cm2 po dobu 60 s, záznam OSL signálu • TL při vyhřívání 5°C/s do 450°C, záznam TL signálu – využití píku ~280°C)

  28. Dentální keramika:Reprodukovatelnost, závislost odezvy na dávce, pozadí, MDD • Reprodukovatelnost měření TL a OSL (< 5%) • Závislost OSL a TL signálu na dávce lineární (0.05 – 20 Gy) • Pozadí ~ 15 mGy pro OSL, ~ 11 mGy pro TL (měření hned po ozáření) • MDD: 9 mGy pro OSL, 10 mGy pro TL (měření hned po ozáření) • Rekonstrukce dávky založena na opakovaném měření a ozařování vzorků

  29. Dentální keramika: Fotonová energetická závislost Vzorky pod vrstvou 1 cm polystyrenu

  30. Sklo-leucitová dentální keramikaShrnutí • Sklo-leucitová dentální keramika vykazuje velmi dobrou reprodukovatelnost a lineární závislost odezvy na dávce – jednoduchá metoda rekonstrukce dávky • Lze současně využít TL a OSL měření • Problémem je fading vyžadující adekvátní korekci, důležitost znalosti doby ozáření • Materiál se nachází uvnitř lidského těla • Z hlediska odběru vzorku je nutné řešit optický fading • Materiál má dozimetrické vlastnosti postačující potřebám havarijní dozimetrie • Metoda je v praxi použitelná • Metoda je dostatečně operativní (20 min/vzorek – současně OSL i TL) • Metoda může být výhodnější než biologická dozimetrie nebo výpočetní modely

  31. Kuchyňská sůl: luminiscenční dozimetr Luminiscence NaCl v důsledku ozáření: λ ~ 300 nm (UV emise) Způsoby stimulace: Optická (CW nebo LM) • Modré, resp. zelené, světlo (420 – 560 nm) • IR světlo (880 nm) Termální

  32. NaCl: zkoumané vzorky Alpská sůl s jodem • NaCl min. 98,5% • CaCO3 min. 0,9% • MgCO3 min. 0,2% • KIO3 33-58 mg/kg Výrobce: SalineBadReichenhall, Německo

  33. Souvislost mezi TL a OSL signálem Nízkoteplotní pík – mělké nestabilní elektronové pasti Vzorek: 5 mg D = 1 Gy Hlavní dozimetrický pík (~ 290°C) – zdroj OSL

  34. NaCl: Protokol SAR„Single – AliquotRegenerativeDose“ • Opakované použití vzorků v rámci cyklů (není třeba velké množství vzorků) • Optimální parametry měření v rámci i-tého cyklu protokolu SAR • Záznam Li/Ti (monitor změn citlivosti) • Konstrukce funkce: závislost Li/Ti na dávce • Aplikace regenerativní dávky Di • Předehřev při teplotě 200°C po dobu 10 s • Měření odezvy LM- OSL při teplotě 120°C po dobu 20 s, záznam odezvy Li • Aplikace testovací dávky • Měření odezvy LM- OSL při teplotě 120°C po dobu 20 s, záznam odezvy Ti

  35. NaCl: příklad rekonstrukce dávky L0/T0 Li/Ti Dx = 3.92 Gy D (Gy)

  36. NaCl:Reprodukovatelnost, závislost odezvy na dávce, MDD, fading • Velmi citlivý materiál • Minimální detekovatelná dávka pro vzorek 5 mg ~ 0.4 mGy • Při opakovaném měření dochází ke změnám citlivosti - lze korigovat v rámci SAR • Závislost OSL signálu na dávce supralineární – sublineární • Fading <5% během 4 týdnů

  37. Stavební materiály obsahující křemen nebo živec • Využitelné předměty: cihly, beton, dlažba, střešní tašky, sanitární keramika, písek • Laboratorní příprava: extrakce minerálu ze vzorku • Nevýhoda: možná velká přírodní dávka v závislosti na stáří materiálu • Stanovení dávky – zavedené metody (datování) založené na využití protokolu SAR

  38. Beton: příklad rekonstrukce dávky V SÚRO extrahovaný křemen ze vzorku betonu, velikost zrn < 100 μm Dx = 4.432 Gy

  39. Děkuji za pozornost.

More Related