Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

RETROSPEKTIVNÍ DOZIMETRIE Daniela Ekendahl Státní ústav radiační ochrany, v. v. i. 25.4.2012 Fakultní kolokvium FJFI.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "RETROSPEKTIVNÍ DOZIMETRIE Daniela Ekendahl Státní ústav radiační ochrany, v. v. i. 25.4.2012 Fakultní kolokvium FJFI."— Transkript prezentace:

1 RETROSPEKTIVNÍ DOZIMETRIE Daniela Ekendahl Státní ústav radiační ochrany, v. v. i Fakultní kolokvium FJFI

2  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) Retrospektivní dozimetrie

3 Metody retrospektivní dozimetrie Fyzikální metody, resp. fyzikálně-chemické metody Biologické metody Výpočetní modely Luminiscenční metody (TL a OSL) Neutronová aktivace Elektronová paramagnetická rezonance Klinické příznaky a symptomy Cytogenetické metody Genetické metody Hematologické metody Monte Carlo – transportní kódy

4 Princip TL a OSL dozimetrie  Termoluminiscence (TL)  Opticky stimulovaná luminiscence (OSL) Elektrony Vodivostní pás Zakázaný pás Valenční pás Před ozářením ENERGETICKÉ STAVY V KRYSTALU Díry Ozáření IZ Výhřev nebo světlo Luminiscence ZC LC E - 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 90 Sr/ 90 Y  Ozařovač vzorků s 241 Am  PC se SW aplikacemi  Příslušenství

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

7 Způsoby optické stimulace  Stimulace při konstantní intenzitě světla (CW)  Stimulace při lineárně modulované intenzitě světla (LM) Stimulace Detekce Čas Stimulace Detekce Čas Režim CW Režim LM Al 2 O 3 :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  Mobilní telefony  USB flash disky  MP3 přehrávače  Bankovní karty  Telefonní karty Přenosná multimediální elektronická zařízení Karty s čipy 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 Al 2 O 3  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 Al 2 O 3 : Souvislost TL a OSL signálu TL signál Vyhřívání: 5°C/s do 400°C OSL signál Stimulace CW, modré světlo, 20 mW/cm 2 Nestabilní mělké elektronové pasti ~ 80°C ~ 75-80% OSL Hlavní TL pík ~ 185°C ~ 20-25% OSL Stabilní hluboké elektronové pasti ~330°C ~ 0.5 % OSL Vliv předehřevu na OSL signál

12 Neodpovídá Al 2 O 3 : Anomální fading

13 Al 2 O 3 : parametry OSL měření 1. Předehřev 120°C po dobu 10 s (kompromis: fading – citlivost) 2. CW-OSL modré světlo 20 mW/cm 2, při teplotě 90°C po dobu 40 s, záznam OSL signálu

14 Al 2 O 3 : 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 Al 2 O 3 : Mobilní telefon jako osobní dozimetr 1.Ozáření ve svazku 137 Cs: materiál MT (Nokia 3310) reprezentuje vrstvu ekvivalentní ≈ 1 cm tkáně. 2.Fotonová energetická závislost mobilního telefonu SpektrumE (keV) RQR332 RQR850 N N Cs Co

16 EXPERIMENT Rekonstrukce osobní dávky pomocí MT Podmínky ozáření  MT na fantomu  Geometrie AP  Cs-137  K a = 1 Gy (ve středu MT)  D(1cm tkáň) = 1,19 Gy

17 Rekonstrukce dávky pomocí NOKIA 3310 ozáření na fantomu, AP, Cs-137, K a = 1 Gy RezistorD(Al 2 O 3 ) (Gy) 10,95 20,85 31,15 40,88 průměr0,96 Porovnání dávek (Gy) D(1cm tkáň) ref 1,19 D(1cm tkáň) = 1,13·D(Al 2 O 3 )1,08 rozdíl-9% Měření 22 hod po ozáření Korekční faktor pro fading: 1,76

18 Al 2 O 3 z elektronických součástek Shrnutí  Al 2 O 3 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  Al 2 O 3 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 Složení zubní skloviny: 96% hydroxyapatit (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)) Příměsi: K +, Mg 2+, Na +, Cl -, HPO 4 2- a CO 3 2- Zanedbatelné množství organických látek Složení dentinu: 70% anorganické látky (hlavně hydroxyapatit ) 20% organické látky, 10% voda Stimulace luminiscence: Termální Optická – modré, zelené, infračervené světlo Zubní sklovina a dentin vykazují po ozáření a stimulaci luminiscenci. Signál je však slabý a nestabilní.

20 Lidské zuby: zatím velmi omezené dozimetrické využití  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 Problémy Předpoklady vedoucí k nejlepším výsledkům

21 Lidské zuby: vlastní zkušenosti Dentin v práškové formě Stimulace modrým světlem: CW-OSL, 50 mW/cm 2, 40 s, T = 30°C Reprodukovatelnost měření : < 5% Nepotvrzeny optimistické výsledky některých publikací. Dozimetricky použitelné vzorky jako níže uvedený příklad byly nacházeny velmi sporadicky.

22 Dentální keramika pro retrospektivní dozimetrii Keramické materiály pro výrobu zubních náhrad nebo pro opravu zubů mohou vykazovat radiačně indukované luminiscenční vlastnosti: Typ materiáluPoužití ve stomatologiiZkoumaná forma Živcová keramika Vnější vrstvy zubu – korunky, fazety, výplně Pevné fragmenty, prášek Sklokeramika Sklo-leucitová keramika CementyProvizorní výplněPevné fragmenty Al 2 O 3 Vnitřní konstrukce zubuPevné fragmenty ZrO 2

23 Dentální keramika: zkoumané vzorky Složení:  ZrO 2 Sklo-leucitová keramika IPS e.max Ceram (Ivoclar Vivadent AG) Složení:  SiO 2 (60-65%)  Al 2 O 3 (8-12%)  Na 2 O (6-9%)  K 2 O (6-8%)  ZnO (2-3%)  CaO, P 2 O 5, F (2-6%)  Barviva (1%) Vnitřní konstrukce („kapnička“)Vnější vrstva Vzorky vyrobené v zubní laboratoři, rozměry 5 × 5 × 1 mm 3

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/cm 2 TL píky ~ 100, 170, 280°C Vliv předehřevu na OSL signál Vliv osvětlení na TL signál

25 Dentální keramika: anomální fading Neodpovídá

26 Dentální keramika: optický fading Laboratorní osvětlení: zářivky ~ 0.05 mW/cm 2

27 Dentální keramika: parametry měření 1. Předehřev 150°C po dobu 10 s (kompromis: fading – citlivost) 2. CW-OSL modré světlo 20 mW/cm 2 po dobu 60 s, záznam OSL signálu 3. 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 SpektrumE (keV) RQR332 RQR850 N N Cs Co Vzorky pod vrstvou 1 cm polystyrenu

30 Sklo-leucitová dentální keramika Shrnutí  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 Termální Optická (CW nebo LM)  Modré, resp. zelené, světlo (420 – 560 nm)  IR světlo (880 nm) Luminiscence NaCl v důsledku ozáření: λ ~ 300 nm (UV emise) Způsoby stimulace:

32 NaCl: zkoumané vzorky  NaCl min. 98,5%  CaCO 3 min. 0,9%  MgCO 3 min. 0,2%  KIO mg/kg Alpská sůl s jodem Výrobce: Saline Bad Reichenhall, Německo

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

34 NaCl: Protokol SAR „Single – Aliquot Regenerative Dose“  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 1.Aplikace regenerativní dávky D i 2.Předehřev při teplotě 200°C po dobu 10 s 3.Měření odezvy LM- OSL při teplotě 120°C po dobu 20 s, záznam odezvy L i 4.Aplikace testovací dávky 5.Měření odezvy LM- OSL při teplotě 120°C po dobu 20 s, záznam odezvy T i

35 NaCl: příklad rekonstrukce dávky Parametry v rámci SAR Počet cyklů měření9 D x, dávka ke stanovení (Gy)3.5 Regenerativní dávky (Gy)0, 1, 0, 2, 3, 4, 6, 8, 1 Testovací dávka (Gy)0.6 Li/Ti D (Gy) D x = 3.92 Gy L 0 /T 0

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 Parametry v rámci SAR Počet cyklů měření5 D x, dávka ke stanovení (Gy)4.5 Regenerativní dávky (Gy)0, 2.5, 5, 7.5, 2.5 Testovací dávka (Gy)0.5 V SÚRO extrahovaný křemen ze vzorku betonu, velikost zrn < 100 μm D x = Gy

39 Děkuji za pozornost.


Stáhnout ppt "RETROSPEKTIVNÍ DOZIMETRIE Daniela Ekendahl Státní ústav radiační ochrany, v. v. i. 25.4.2012 Fakultní kolokvium FJFI."

Podobné prezentace


Reklamy Google