Termolumineszcens dozimetria (Segédlet) Összeállította: Harangozó József BME, NTI 2011.
1 Bevezető A sugárveszélyes munkakörnyezetben dolgozók számára elengedhetetlenül fontos az őket ért dózis folyamatos monitorozása. Ez különböző elven működő dózismérőkkel valósítható meg. Az egyik leggyakrabban használt szilárdtest dózismérő típus a termolumineszcens elven működő úgynevezett TL-dózismérő. A termolumineszcencia jelenség lényege, hogy bizonyos szilárd, szigetelő anyagok képesek az ionizáló sugárzás energiáját tárolni. Hő hatására az anyagban lumineszcencia jön létre, amely során az emittált fotonokat detektálhatjuk, a fotonintenzitás-fűtési hőmérséklet görbéből meghatározhatjuk az adott sugárzásra jellemző dózisegyenértéket. A jelenség részletesebb magyarázatához a TL anyag sávszerkezetét kell megvizsgálnunk (1. ábra). 1. ábra: A termolumineszcencia sematikus magyarázata az anyag sávszerkezete alapján. Itt az A, B, C szintek a csapdaszintek, D pedig a lyukcsapda szint. A folyamatos nyilak a besugárzásnál, a szaggatott nyilak a kifűtésnél fellépő folyamatokat mutatják. A félvezető kristályokban, a besugárzás hatására a vegyértéksávban lévő szabad elektronok felgerjesztődnek a vezetési sávba, majd egy hányaduk a szennyezéssel kialakított 2
hibahelyeken befogódik hosszabb időre, ahelyett, hogy visszatérnének a vegyérték sávba. Ezek az ún. csapdaszintek. A csapdákból csak valamilyen energiaközlés útján tudnak az elektronok kiszabadulni, majd újra a vezetési sávba kerülni, ahonnan egy részük az alapállapotba, egy másik részük az ún. lyukcsapda (elektronhiányos hely) szintre tér vissza, ahol a különböző töltéshordozók fény kibocsátása közben egyesülnek. A termolumineszcenciánál erre a célra termikus energiát alkalmazunk (kifűtjük a kristályt), majd az emittált fény intenzitását detektáljuk. Ez a kifűtési, vagy más néven glow görbe. Egy adott elektron esetén a kilépés valószínűsége a hőmérséklettől és a kilépési energiától függ. Ebből következően, melegítés hatására először a vezetési sávhoz közeli csapdaszintekről szabadulnak ki az elektronok, majd a hőmérséklet emelkedésével az egyre távolabbiakról, és így folyamatosan nő a kilépés sebessége. Egy bizonyos hőmérséklet fölött viszont az elektronok számának csökkenése miatt ez a sebesség csökkeni fog. A TL dózismérők jelzésének intenzitása az anyag melegítése során arányos az elektronok és lyukak lumineszcencia centrumban történő rekombinálódásának számával, a kilépő teljes fénymennyiség pedig az elnyelt sugárzás dózisával. Ez az összefüggés közel lineáris: I k D H Ahol I az intenzitás, k a kalibrációs, azaz az ún. normafaktor, D a dózis, H pedig a háttérjelzés (a besugározatlan detektor esete). A háttér szórásából adható meg a mérhető dózis legkisebb értéke (D min ~σ h ). A kilépő fény intenzitását a hőmérséklet függvényében mérve megkapjuk a kifűtési görbét (2.ábra), aminek alakja és hőmérsékleti értékei jellemzőek az adott anyagra és az abban lévő hibahelyekre. Mivel a kifűtés során, az általunk detektált fény a lyukcsapdaszintre való visszatéréskor emittálódik, így ennek megfelelően arról kapunk információt, hogy ez a csapdaszint hol van a vezetési sávhoz képest. 3
2. ábra, a PorTL kiolvasó eszköz szoftvere által megjelenített glow görbe egy Al 2 O 3 típusú TLD esetén. Dozimetriai célokra olyan TL anyagok használatosak, amelyeknél a mérésre használt TL csúcs 150-220 C tartományba esik. A nagyobb intenzitású csúcs alatti, világoszöld (ROI) tartományba eső összbeütésszámot szoktuk dózismérésre felhasználni. Az ez alatti csúcsokat nem célszerű dózismérésre alkalmazni, mert már szobahőmérsékleten is gyorsan csökken az intenzitásuk, azaz nagy a felejtésük. Más TL anyagokra jellemző esetekben, amikor nagy hőmérsékletű csúcs jelenik meg a kifűtési görbében, azt csak akkor érdemes mérésre használni, ha többlet (például a sugárzás LET értékére jellemző) információt hordoz. Megjegyzendő, hogy az eredeti állapotba való visszatérésből az következik, hogy elvileg, kiolvasáskor a kristályban tárolt minden információ elvész, hiszen minden elektron elhagyja a csapda szintet. Azonban maradhatnak még olyan elektronok a kristályban, amelyek nem tértek vissza alapállapotba, ugyanis a kifűtés során nem vettek fel akkora termikus energiát, ami elég lett volna ehhez. Ebből kifolyólag egy újabb kifűtésnél (anélkül, hogy sugárzási térbe helyeztük volna a TLD-t előtte), a kiolvasón még mindig tapasztalhatunk egy igen kis értékű dózis mennyiséget, ez az úgynevezett remanens dózis. A jelenség magyarázata az, hogy a melegítés során a maximális hőmérsékleti érték, aminél még beütésszámot regisztrálunk, változhat. Ezáltal, még lehetnek olyan, csapdában ragadt elektronok, amik csak egy újabb termikus energiaközlés útján fognak kiszabadulni. Ahhoz, hogy az összes elektron visszatérjen alapállapotba egy kifűtéssel, sokkal nagyobb hőmérsékletig kellene elmenni. A LiF és Al 2 O 3 dózismérőknél a remanens dózis elhanyagolhatóan kicsi, rendszerint az alsó méréshatár alatti dózisegyenértéket jelent. 4
Általában az ilyen típusú dózismérésnél a mérés és a kiértékelés időben és térben jól elkülönül. Ilyen esetekben csak egy kiértékelő labort kell fenntartani, de kis dózisok mérésénél a szállítási idő alatt elnyelt háttérsugárzásból származó dózisjárulékkal is kell számolni, ami jelentős bizonytalanságot okozhat. Emellett az sem elhanyagolható tényező, hogy a mért dózis csak jóval a mérést követően határozható meg. Ennek kiküszöbölésére fejlesztették ki a Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézetben a PorTL rendszert. A PorTL az űreszközökön használt, híres Pille TL dózismérő fejlesztése és alkalmazása során felhalmozódott tapasztalatok felhasználásával készült. Dozimetriai célokra az általában olyan kisméretű, könnyen kiértékelhető sugárdetektorokra van szükség, amelyek a tér minden irányából érkező sugárzásra egyformán érzékenyek függetlenül attól, hogy annak mekkora az energiája. Egyéb fontos követelmény még, hogy jelzésüket ne befolyásolják más külső tényezők (hő, fény, stb.) illetve a kiértékelésig eltelt idő alatt a jelzés értéke ne változzon jelentősen (felejtése legyen kicsi). Ilyen tulajdonságokkal rendelkeznek a mai TL-dózismérők, ezért személyi dozimetriai célokra teljes mértékben megfelelnek.további elméleti hátter a Függelékben található. 2 Mérési összeállítás A PorTL rendszer két részből áll, egy dózismérő (3. ábra PorTL dózismérő) és egy kiolvasó egységből. 2.1 A dózismérő egység A PorTL rendszerben használt TL blokk egy kerámia lapka egyik oldalára felragasztott miniatűr fűtőtestből, a másik oldalára felragasztott TL tablettából, valamint a TL tabletta és a kerámialapka között elhelyezkedő, a felfűtés közben a tabletta pillanatnyi hőmérsékletét mérő termoelemből áll. A TL blokk egy kisméretű, zárt, henger alakú fém patronba van betokozva, mely annak mechanikai és fény elleni védelmét is biztosítja. A dózismérő optikai nyílását (apertúráját) belülről egy fedőlemez takarja, melyet egy rugó tart zárt állapotban; a dózismérőt a kiolvasóba helyezve a fedőlemez automatikusan elmozdul, szabaddá téve a TL anyagból kilépő fény útját a fotoelektronsokszorozó felé. Minden egyes dózismérőben egy integrált 5
áramkör is található; egyrészt ennek flash memóriája tárolja az adott dózismérő egyedi azonosítóját és kalibrációs paramétereit, másrészt kifűtés közben a termoelem által szolgáltatott, hőmérséklettel arányos elektromos feszültséget a kiolvasó számára digitális jellé alakítja. A fűtőáram bevezetésére, valamint az integrált áramkörrel való kommunikációra szolgáló aranyozott érintkezők a dózismérő egyik végén lévő műanyag érintkező házba (záródugóba) vannak beépítve. A dózismérő másik végének homlokfelületébe a vizuális azonosítás céljából a memóriában tárolttal megegyező azonosító kód van gravírozva. A kiolvasó berendezés több mint húsz különböző típusú (TL anyagú, kifűtési paraméterű stb.), típusonként tízezer darab egyedi dózismérőt tud azonosítani, előre meghatározott paraméterekkel kiolvasni és az adott dózismérő egyedi paramétereivel kiértékelni. Az egyes dózismérők azonosítója és egyedi paraméterei a kiolvasón keresztül személyi számítógépről programozhatók be. Az extrém nagy dózisok mérésére szolgáló dózismérőkben nincs chip, ilyen típusoknál az egyedi paramétereket a kiolvasó memóriájában lévő look-up table tartalmazza; a dózismérők azonosítóját kiértékeléskor a kiolvasó nyomógombjai segítségével kell betáplálni. 3. ábra PorTL dózismérő felépítése 6
2.2 Kiolvasó egység A PorTL kiolvasó egy kisméretű, mikroprocesszor által vezérelt hordozható berendezés; a beépített akkumulátor terepi mérésekre is alkalmassá teszi. Egyszerűen, mindössze néhány nyomógombbal, menürendszerből kezelhető; a menüpontok, paraméterek, mérési eredmények grafikus kijelzőn jeleníthetők meg. 4. ábra A kiolvasó külső nézeti rajza A kiolvasó berendezés mikroprocesszoros központi vezérlő- és számítóegysége D/A (digitál/analóg) átalakítón keresztül vezérli a fűtő tápáramforrást, mely fűtőáramot biztosít a kiolvasóba helyezett dózismérő számára. A dózismérő típusa által meghatározott, programozható fűtés lehetővé teszi, hogy a TL blokk (és ezáltal a TL anyag) 20...60 másodperc alatt 200...300 C-ra hevüljön. A kifűtés sebessége, véghőmérséklete, a kiértékelés végén a törlési hőmérsékleten tartás időtartama és egyéb paraméterei dózismérő típusonként programozhatók. A TL blokk hőmérsékletét termopár érzékeli, melynek feszültségét a patronba épített memória és hőmérő IC (integrált áramkör) alakítja a központi egység számára feldolgozható digitális jellé. Ugyanennek az IC-nek a flash memóriája tárolja a dózismérő egyedi azonosító kódját és kalibrációs paramétereit. 7
A fénydetektáló berendezés legfontosabb eleme a fotoelektron-sokszorozó, amely nagyon kis fényintenzitás esetén is jól mérhető áramot ad, fényintenzitás-átfogása 5-6 nagyságrend. A fotoelektron-sokszorozó tápellátását a központi egység által D/A átalakítón keresztül vezérelt nagyfeszültségű tápegység biztosítja. A feszültség minden kiolvasónál az adott fotoelektronsokszorozó egyedi érzékenységét figyelembe véve úgy van beállítva, hogy az egyes kiolvasók csereszabatosak legyenek. A mért dózis a fotoelektron-sokszorozó kifűtés alatti anódáramváltozásának (kifűtési görbe v. fénygörbe) matematikai kiértékelésével kapható meg. Az anódáramot I/U konverter alakítja arányos feszültséggé, mely A/D (analóg/digitál) konverzió után kerül a központi számítóegységbe. Az I/U átalakító konverziós tényezőjét a központi vezérlőegység a mérendő áram nagyságához több méréshatárban automatikusan illeszti. Amennyiben igen nagy dózisoknál az anódáram meghaladná a megengedett maximális szintet, a nagyfeszültség értékének alkalmas csökkentésével a fotoelektron-sokszorozó érzékenysége 1/32 illetve 1/256 részére csökkenthető. Ezzel az áramköri elrendezéssel a kiolvasó 25 pa-es (2,5 10-11 A) anódáram-felbontást, illetve 7 nagyságrend dózistartományátfogást biztosít. Minden kiolvasás kezdetekor a teljes fénymérő lánc érzékenységét egy, a központi vezérlő által felvillantott ellenőrző fényforrás vizsgálja. A kiolvasó kezelése menürendszer segítségével történik; a menük közötti navigálásra és a számértékek beállítására 6 db nyomógomb szolgál. A mérési eredmények és a paraméterek megjelenítése 192 64 felbontású grafikus LCD kijelzőn történik. 8
5. ábra PorTL előlap 1 grafikus kijelző 2 léptetés felfelé / növekvő számok / abc-ben előre / csökkenő kontraszt 3 léptetés balra / csökkenő háttér-világítás 4 léptetés jobbra / növekvő háttér-világítás 5 léptetés lefelé /csökkenő számok / abc-ben vissza / növekvő kontraszt 6 belépés (Enter) / elfogadás + visszalépés 7 bekapcsolás / visszalépés (Escape) / segédgomb 8 kulcsbefogadó nyílás 9 az automata kiolvasás bekapcsolt állapotát villogással jelző fény (LED) 9
2.3 A berendezés kezelése A berendezésnek két üzemmódja van: - Beállított időközönként beavatkozás nélkül kifűti a bent lévő dózismérőt, majd a mért értékeket eltárolja. - Kézi üzemmód, amikor a mérést a felhasználó indítja el. A labor során az utóbbi üzemmódban használjuk a berendezést. Egy dózismérőt kiolvasáshoz a vonal-jelöléseket egymáshoz illesztve a kulcsban lévő foglalatba kell nyomni, a kulcsot a homlokfelületén lévő pont-jelölés felső (a kiolvasón az INSERT feliratnak megfelelő) állásában a kiolvasó nyílásába kell tolni, majd az óramutató járásával megegyező irányban ütközésig (a MEAS. feliratig) el kell fordítani. A kulcs végállás-érzékelő a mérést automatikusan elindítja, MESURING felirat lesz látható. A mérés elvégzése után a berendezés az utolsó mérés óta elnyelt dózist kiírja. Mérésnél: a kifűtés előtt várni kell kb. 5-10 percet. Kétszer olvassuk ki, az elsőből vonjuk ki a második értéket, hogy a zajt levonjuk. Új besugárzás előtt is érdemes várni 10 percet. dózismérő sorszám memóriablokk sorszám mért dózis 6. ábra Mérési eredmény megjelenítése A 3. ábra szerinti 3 és 4 gombok megnyomásával egyéb információk is leolvashatók a kijelzőről, többek között a kifűtési görbe is megjeleníthető. 10
7. ábra Kifűtési görbe A kulcsot visszafordítva, majd kihúzva kiolvasóból a berendezés ismét alapállapotba kerül. Következő mérés egy újabb kulcs behelyezésével indítható el. A kiolvasott adatok minden esetben eltárolódnak a memória blokkokban. Ezek visszaolvasása a főmenü READY majd FULL INFO menüpontok választásával lehetséges. 8. ábra Tárolt adatok visszaolvasása 11
3 Mérési feladatok A mérés során a TLD-vel dózisegyenértéket mérünk, ami megfelel a kifűtési görbe integráljának abban a tartományban (ROI), ahol a várt csúcs található. A dózisszámítás és néhány alapvető dózisfogalom a Függelékben található meg. A dózis meghatározásához kétszer kell kiolvasni a TLD patronokat, azért, hogy a hátteret levonjuk. Ugyanis a TLD-k besugárzás nélkül is mutatnak dózisértékeket a legutolsó kiolvasás eltelte óta rögzített energiák miatt. Ezt a korrekciót egyszerűen úgy végezzük, hogy az első kiolvasás értékéből levonjuk a második kiolvasás értékét. Referenciaként minden egyes mérésnél hitelesített FH40G típusú doziméterrel is mérünk dózisteljesítményt, hogy még a mérés alatt tudjuk a mért értékeket ellenőrizni. Az egyes TLD patronokat előzőleg a gyártó már kalibrálta, és a patronban található integrált áramkör memóriájában tárolva vannak a kalibrálási adatok (pl. normafaktor). Ez a szoftver segítségével változtatható, de nem ajánlott! Rendelkezésre álló TLD patronok: 5 db 6 LiF, 5db 7 LiF, 10 db AL 2 O 3 Sugárforrások: Cs-137, Am-241, Tc-99m, Co-60 1. Kalibráció: a) Ellenőrizzük a kifűtési (glow) görbe alakját a PorTL reader kiolvasó eszközön! Ismerkedjünk meg a TLD patronok kiolvasásának metódusával, illetve a kilvasó menürendszerével! b) A PorTL kiolvasó szoftver használata. Kérdések: -Hogyan kell értelmezni a kifűtési görbét? -Mit jelent a ROI mérete? 12
2. A háttér és néhány forrás dózisterének meghatározása A méréshez szükség lesz 5 db AL 2 O 3 TL dózismérőre. A reaktorcsarnok különböző helyein elhelyezünk patronokat, hogy megállapíthassuk a háttérből származó, a mérés egész ideje alatt tapasztalható dózisértékeket. Ezen kívül egy nagyobb aktivitású (Co-60) sugárforrást is felhasználunk, zárt állapotban, hogy megfigyelhessük, az árnyékolt sugárzási térben milyen dózisegyenérték keletkezik adott távolságban és irányban. Ezek a mérések hosszabb ideig tartanak (legalább 1 óra). a) A mérőhelyen kívül elhelyezünk egy patront, lehetőleg minden sugárforrástól távol, és a mérés egész ideje alatt mérünk. b) Egy patront helyezünk el egy régi betonkockába, amely korábbi használata miatt felaktiválódott. Legalább 1 órán keresztül mérjük a dózisegyenértéket a kocka belsejében. c) Co-60 zárt sugárforrás (gömböc) mérése. Az ólomtároló köré helyezünk TLD-ket 3 különböző szögben, 1m távolságban dozimetrikus segítségével, majd 1 órán keresztül mérünk az elhelyezett patronokkal. A kiértékelés során megállapítjuk a dózistér alakját. 3. Kiolvasási idő és a felejtés meghatározása TLD típusonként A következő kérdésekre keressük a választ: Mennyi időt kell várni a besugárzás után, illetve a kifűtések között? Mi a különbség a LiF-ek és az AL 2 O 3 között? Melyikkel mit érdemes mérni, és milyen hibát várunk? A feladat végrehajtása során típusonként három-három TLD-vel azonos távolságban, ugyanolyan besugárzási idővel végzünk méréseket. A besugárzás után a három dózismérőt különböző várakozási idő után olvassuk ki, majd hasonlóan megvizsgáljuk a különböző, kiolvasások között eltelt időfüggést is. 4. Méréstervezés a) Mit mérünk, melyik TLD-vel és milyen sorrendben? 13
b) Hogyan érdemes kalkulálni a korlátozott számú TLD-kel? Táblázat készítése. c) Dózisértékek kiszámítása ( Függelék). Mit várunk adott távolságban? Adott forrás és távolság esetén, ha kapunk egy dózisértéket, akkor egy másik forrásnál milyen távolságban kapjuk meg közelítőleg ugyanezt? 5. Távolságfüggés mérése Cs-137 forrás segítségével A méréssel a dózistér gyengülését vizsgáljuk a sugárforrástól való távolság függvényében. A feladathoz egy kalibráló forrást használunk, ami egy rögzített konténerben van tárolva. Egy általunk elektronikusan mozgatható asztal segítségével állíthatjuk be a megfelelő távolságokat. Négy pontban mérünk, mind a 3 típusú TLD-vel. A besugárzási idő: 10 perc A négy, forrástól mért távolság: 35 cm, 45, cm, 55 cm, 65 cm 6. Betonvárba helyezett sugárforrások mérése (Am-241, Co-60, Tc-99m) A sugárvédelmi szabályoknak megfelelően felépített beton és ólom építményben végezzük a mérést a plexitoronyban előre beállított távolságokon. Egy besugárzás 20 percig tart. A mérés célja a különböző sugárforrások összehasonlítása. Kép a betonvárról. 14
7. Egy vízfantom szórt terének geometriai feltérképezése Egy pet palackban lévő víz szolgáltatja a fantomot, melyet a kalibráló asztalon helyezünk el a megadott helyen (9.ábra). A vízfantom palack alapja 8cm x 8cm-es. A magasságot segédeszközökkel állítjuk be, hogy a patronok a sugárnyaláb legnagyobb intenzitásának síkjában legyenek Öt különböző szögben (0,15,30,45,90) helyezünk el ugyanolyan típusú (AL 2 O 3 ) patronokat. A besugárzás legalább 10 percig tart. A kiértékelés során a mért dózis szög szerinti eloszlás görbéjét kell meghatározni. Ha van rá idő, akkor még érdemes legalább egy távolságban elvégezni ezt a mérést, hogy lássuk mennyire változik a szórása kis dózisteljesítmény esetén. 15
A mérési összeállítás vázlata. TLD patron helye SF R F 0 15 30 45 90 60 9.ábra, A mérési összeállítás vázlata. SF a sugárforrás helye az ólomtárolóban, R a forrás és a fantom távolsága, F a fantom helye. 16
Függelék A dózisszámításhoz használt fogalmak Fluens: A sugárzási tér adott pontjában egy gömbfelületen belépő részecskék száma (N) osztva a gömb da felületével. A fluens számításánál mindig meg kell adni, hogy milyen részecskére vonatkozik. Az időegységre (1s) vonatkozó fluens a fluxus. dn da m 2 KERMA (Kinetic Energy Released in Mass Absorption) detr K dm Ahol de tr a sugárzás közvetlenül vagy közvetve ionizációhoz vezető elnyelése során energiát átvett részecskéknek juttatott összes kinetikus energia dm tömegű anyagban. Gy Szokásosan felosztják részecske- és sugárzási KERMA-ra, előbbi az anyag elektronjainak átadott energiát, utóbbi az energiaátadás során keletkező másodlagos fotonsugárzásokat (fékezési sugárzás, folytonos és karakterisztikus röntgensugárzások) foglalja össze. A KERMA elsősorban a dózis mérésével kapcsolatban használatos fogalom, az a dózis, amelynek eredményeképpen a detektorban szabad töltéshordozók (válaszjelek) keletkeznek. A detektor szemben az élő szervezettel a válaszjelek keltése szempontjából ideálisan homogénnek tekintendő, tehát a válaszjelek száma/nagysága nem függhet attól, hogy a detektor érzékeny térfogatának melyik pontjáról származnak. 17
A foton sugárzási jellemzésére a K a levegő kerma érték használata terjedt el a gyakorlatban, mivel a levegő összetételéből, az energia átadási tényezőből egy ismert fotonenergia esetén könnyen meghatározható és jól mérhető. Elnyelt dózis: Az ionizáló sugárzás fizikai hatását fejezi ki: d D Gy dm Ahol d a sugárzás részecskéi által az adott dm tömegű térfogatelemben leadott és ott ionizációt eredményező összes energia középértéke. dd 1 Az időegységre vonatkozó elnyelt dózis a dózisteljesítmény: Gy s Pontszerű sugárforrást feltételezve a dózisteljesítményt a következő formula adja meg: Ahol k γ a dózisállandó, r a sugárforrás és a céltárgy közötti távolság [m]. A dózisállandó tartalmazza mind a sugárzás, mind az elnyelő céltárgy jellemzőit. dd dt k A 2 r dt A KERMA (a mérhető dózis) és az elnyelt dózis csak akkor azonos egymással, ha fenáll az ún. szekunder részecske egyensúly. Azaz a sugárzás elnyelésének összetett fizikai folyamata során az elnyelő közeg egy, a beeső primer sugárzás irányára merőleges differenciális vastagságú szeletében a primer kölcsönhatás során energiát felvett, a szeletet elhagyó részecskék száma és energiája megegyezik a külső szeletekből az adott szeletbe érkező szekunder részecskék számával (és energiájával).. Ez az állapot a testszövetbe jutó γ-és Röntgen-fotonok esetében mintegy 0.07 mm mélységben már létrejön. LET 18
A különböző sugárzások egységnyi úthosszon más-más gyakorisággal ionizálnak. Ennek jellemzésére használjuk Lineáris Energiaátadási Tényezőt, amely megadja az egységnyi úthosszon leadott energiát: de/dx Egyenértékdózis A különböző típusú és energiájú sugárzásoknak az emberi testszövetben és szervekben azonos sztochasztikus hatást eredményező dózisa. H R D R D R az R típusú sugárzásra jellemző elnyelt dózis, w R pedig az R sugárzás minőségi tényezője. Effektív dózis Az emberi testet érő külső vagy belső sugárterhelés teljes várható sztochasztikus károsodását jellemzi. Itt súlyozva (w T ) vesszük figyelembe az egyes szöveteknek, szerveknek a károsodáshoz tartozó hányadát. E T w T Az utóbbi mennyiségek meghatározásához, emberhez hasonló modellt, fantomot használnak. w H R T Sv Sv Dózisegyenérték Mivel az egyenértékdózis és az effektív dózis is közvetlenül nem mérhető, ezért a gyakorlatban bevezettek olyan mérhető mennyiségeket, amelyek alkalmasak ezek becslésére. Erre a dózisegyenérték (H) különböző változatait használjuk. A H alapvetően a testszövet egy megadott pontján az elnyelt dózis (D) és az adott sugárzás minőségi tényezőjének (Q) szorzata. Mértékegysége a Sv (Sievert). A dózisegyenérték mennyiségeket a sugárzási térbe helyezett, a sugárzás-ember kölcsönhatások modellezésére fejlesztett, ICRU gömbfantom egy megfelelő pontján lehet meghatározni. Környezeti dózisegyenérték,h*(d): a kiterjesztett sugárzási térre vonatkozó dózisegyenérték. 19
Itt a d a gömbfantomban, a sugárzás felöli oldalon lévő mélységre utal. Áthatoló sugárzásra a javasolt mélység d=10mm. Irányszerinti dózisegyenérték, H (dω): a kiterjesztett sugárzási tér által a megadott irányban, d mélységben létrehozott dózisegyenérték. Személyi dózisegyenérték (Hp[d]). Ez az a dózisegyenérték, amely a testfelület egy meghatározott pontja alatt d [mm] mélységben elhelyezkedő lágy testszövetben keletkezik a vizsgált sugárzás hatására. Az effektív dózisra a 10 mm-es mélységet, a bőr, kéz és szemlencse dózisegyenértékének becslésére pedig a 0.07mm-et javasolják. 20
Dózisszámítás A mérés kiértékelése során érdemes számolással ellenőrizni a mért dózisokat. Egy adott pontforrás esetén a dózisteljesítmény egységnyi fluensre ( foton * cm -2 * 10-12 ) a következő: dd dt A 2 4r 10 12 k f ahol A a sugárforrás aktivitása, r a forrástól mért távolság, k a dóziskonverziós faktor, f a gamma-gyakoriság, t pedig a besugárzási idő. Táblázat a dózisszámításhoz. Sugárforrás Gamma energia (MeV) Dóziskonverzió (Gy*cm 2 ) Gamma gyakoriság Aktivitás (GBq) Cs-137 0,662 2,84 1 0,48 Am-241 0,059 0,289 0,35 3,58 Co-60 1,1732 1,3325 4,47 2 0,083 Tc-99m 0,14 0,599 1 0,03 21