Radyasyon Ölçüm Teknikleri ve Korunma

Transkript

Radyasyon Ölçüm Teknikleri ve Korunma
Doç. Dr. İskender AKKURT
Süleyman Demirel
Sül
D i l Üniversitesi
Ü i
it i
Fen-Edebiyat Fakültesi
Fizik Bölümü
Isparta
p
[email protected]
http://fefsrv.sdu.edu.tr/~iskender/
www iskenderakkurt com
www.iskenderakkurt.com
Dr. İskender AKKURT, SDÜ Nuclear Phys.
Outline
Giriş
y Radyasyon ve Özellikleri
y Radyasyon kaynakları
y Radyasyon Birimleri
Radyasyon Ölçüm Teknikleri
y Radyasyon ölçüm Prensibi
y Alan Ölçümleri
y Kişisel doz ölçümleri
Radyasyondan Korunma
y Temel korunma kriterleri
y Temel korunma yyolları
Giriş
Radyasyon
y Enerjinin bir kaynaktan emisyonu ve taşınması
y Kararsız bir çekirdekten tarafından yayılan parçacık
y EM dalga
Giriş
Radyasyon kaynakları
y Doğal
y Yapay
B k
Background
d (d
(doğal
ğ l fon)
f )
DOĞAL RADYASYON KAYNAKLARI
Dünyada ve evren oluşurken var olan uzun yarı ömürlü
radyoaktif maddeler:
y
y
y
y
Radyum
Uranyum
Toryum
Potasyum
(Ra-226
(U-238
(Th-232
(Th 232
(K-40
1600 yıl)
4.51x109 yıl)
1.39x1010 yıl)
1.27x109 yıl)
DOĞAL RADYASYON KAYNAKLARI
TOPRAKTA
y
y
y
y
y
İ
İNSAN
VÜCUDUNDA
Ü
Toryum
U
Uranyum
Potasyum
Radyum
Radon
– Potasyum-40 (4400 Bq)
– Radyum
R d
– Karbon-14
– Tirityum
– Polonyum
Kozmik
%16
Gama
G
19%
Radon
%55
Dahili
D
hili
%10
RADON GAZI
KOZMİK RADYASYON
Güneş sisteminden veya dışından gelen
yüksek enerjili primer kozmik ışınlar
(fotonlar veya muonlar) atmosferin üst
tabakalarındaki atomlarla etkileşerek bir
gama ışınları
l çığı
ğ ve radyoaktif
d ktif atomlar
t l
meydana getirirler.
Bunlar genelde atmosferde kalırlar
kalırlar, çok az
bir oranı yeryüzüne ulaşır.
Atmosfer ve yerin magnetik
alanı kozmik radyasyona
karşı yeryüzünü korur. Bu
nedenle ekvatordan kutuplara
gidildikçe ve aynı zamanda deniz
seviyesinden yükseldikçe kozmik
ışınların yoğunluğu artmaktadır
KOZMİK RADYASYON
BAZI BÖLGELERİN DOĞAL RADYASYON SEVİYELERİ
Akkuyu
Ankara
Erzurum
Uludağ
Ağrıdağı
Karaormanlar (Almanya)
Hindistan
Atlantik kıyıları
y
((Brezilya)
y )
0.040 mSv / yıl
0.068 mSv / yıl
01.04 mSv / yıl
y
01.23 mSv / yıl
02 00 mSv / yıl
02.00
18.00 mSv / yıl
26.00 mSv / yıl
87.00 mSv / yyıl
YAPAY RADYASYON KAYNAKLARI
Tıbbi
Uy.
Uy
%96
Nükleer
Sant
Sant.
%1
Tüketici
Ürün.
Mesleki
%1
Işın.
%1
Rad.
S i t
Serpint
%1
BAZI UYGULAMALAR SONUCU ALINAN RADYASYON DOZLARI
TETKİK
İ
Radyoloji
Etkin Doz Eşdeğeri
(mSv)
TETKİK
İ
Nükleer Tıp
Etkin Doz
Eşdeğeri (mSv)
Akciğer Grafisi
0.14 - 0.04
Kemik
1.1 – 6.8
Akciğer Skopisi
0.98 – 0.29
Beyin
0.6 – 11.3
Karın
1.1 – 0.22
Kalp
3.0 – 11.7
Karaciğer/Dalak
0.9 – 2.2
Barsak
4.1 – 5
Anjiyografi
6.8
Akciğer
1.1 – 1.4
Mamografi
1
Böbrek
0.01 – 2.1
Troid Uptake
1.5 – 3.1
BT
4.3
TÜKETİCİ ÜRÜNLERİ
Televizyonlar, az
miktarlarda da olsa
radyoaktif madde içeren
duman dedektörleri,
fosforlu saatler,
paratonerler ve lüks
lambası fitilleri
fi i i gibi
i i bazı
tüketici ürünleri, düşük
düzeyde radyasyon
yayarlar.
Radyasyon çeşitleri (etkisine göre)
y İİyonize
i
y İyonize olmayan (etmeyen)
RADYASYON
İYONLAŞTIRICI RADYASYON
PARÇACIK TİPİ
DALGA TİPİ
Hızlı elektronlar
Beta parçacıkları
Alfa parçacıkları
X-Işınları
Gama ışınları
İYONLAŞTIRICI OLMAYAN RADYASYON
DALGA TİPİ
Radyo dalgaları
Mikrodalgalar
Kızılötesi dalgalar
Görülebilir ışık
Dolaylı iyonlaştırıcı
Nötron parçacıkları
Bir atomun elektron kaybetmesine
iyonizasyon adı verilir.
Bir fotonun enerjisi 15 eV veya daha
fazla ise atom veya molekülleri iyonize
edebilir.
İyonizasyon sonucu yörüngeden
ayrılan elektron negatif iyonu, geride
kalan atom ise pozitif iyonu oluşturur
ve bir iyon çifti ortaya çıkar.
1 santimetre küp
p havada 2.08x109 iyon
y
çifti oluşmasına yol açacak radyasyon
şiddetine 1 Röntgen ( R ) denilir.
RADYASYON DOZU ve BİRİMLERİ
Radyasyon dozu; hedef kütle tarafından, belli bir sürede soğurulan veya
alınan radyasyon miktarıdır.
miktarıdır
Radyasyon dozunun hedef kütlede meydana getireceği etki; radyasyonun
çeşidine doz hızına ve bu doza maruz kalış süresine bağlıdır
çeşidine,
radiation miktarının sınıflandırılması
Radyoaktivitenin miktarı
aktivite (Bq, Ci)
Radiometric miktar
Akı(count/area)
Etkileşim miktarı
tesir kesiri (barn)
Dosimetric miktar
Soğrulan doze (Gray)
Radyasyondan
Rad
yasyondan korunma miktar
Etkin doze (Sv)
kaynak
Alan
AlanAlan
-Madde
maddede depolanan
p
enerji
j
sağlık etkisi
RADYASYON BİRİMLERİ
Terim
Birimi
Eski
Aktivite
Curie,Ci
Yeni
Becquerel,Bq
Saniyede 1
bozunma yapan
maddenin aktivitesi
Işınlama Dozu Röntgen/saat, R/s
Coulomb/kilogram,C/kg
Soğurulmuş Dozradiation absorbed dose,rad Gray,Gy
Doz Eşdeğeri
röntgen equivalent man, rem Sievert,Sv
kg başına 1 C yük
aktaran ışın
ş miktarı
1 Gy = 1 J kgkg-1
Sv=K*Gy
Radyasyon Ölçüm Teknikleri
y
y
y
y
Radyasyon ölçüm Prensibi
Alan Ölçümleri
Kişisel doz ölçümleri
Diger Ölçümler
Ölçüm prensibi
Latife
ŞAHİN
Radyasyon ölçümü
Radyasyonla maddenin etkileşimi
prensibine dayanır
Bu etkileşim detektör materyalını ya iyonize etme yada uyarma
şeklindedir.
Ölçüm prensibi
radyasyon
01011101
detector
signal
processing
data
handling
analysis
&
control
depo
Ölçüm prensibi
α, p, e, n, ·····
Radiation detector
electric signal
X, γ
Ölçüm prensibi
X rays
gamma rays
heavy
charged
g p
particles
PE
CE
PP
e
δ
BB
thermal neutrons
nuclear reaction
δ
energetic neutrons
matter
proton
t
Detektör materyalı
Detektör tipi
Amaç
G-M
Orantılı sayaç
q ve m için
ç farklı sinyal
y veren materyal
y
Farklı spin ve kutuplanmayı çözebilen
varlığını
enerjisini
tipini
p
spin ve kutuplanma
Hepsini aynı anda ölçen
YOK
Radyasyonun etkileştiği ortama göre

Gazlı detektörler
Sintilatör detektörleri
K t h l detektörleri
Katı-hal
d t ktö l i
Gazlı detectorler
Yüklü parçacıkların
kl
gaz odalarında
d l
d iiyonizasyon
i
oluşturmaları
l t
l
prensibine dayanır. Bu prensiple çalışan 3 türlü detektör vardır

Iyon odaları
Orantılı sayaçlar
Geiger-Muller sayaçları
Gazlı detectorler
Gazlı detectorler
1.
Ionization Chamber
Best used as photon measuring instruments but can be modified to monitor for alpha,
beta, and even neutron radiation.
Less sensitivity compared to G-M counter but can be used in high counting rate
situations.
Have good energy dependence characteristics.
Examples are Condensed r-Meter, fluoroscopic survey meter and “Cutie Pie”.
Gazlı detectorler
I i ti Chamber
Ionization
Ch b
Gazlı detectorler
2. Orantılı sayaçlar
Birincil iyonlar orantılı olarak ikincil iyonlaşma meydana getirirler.
Bu sayaçlarla
y ç
alfa ve betalar ayırt
y edilebilir.
Gazlı detectorler
3. Geiger-Muller (GM) Counter
Düşük enerjili beta ve gammalar için kullanılır.
Yüksek duyarlılıga sahiptir.
Herhangi bir bölgede radyasyon sızıntısı (yada kirliliği) varsa bunun kaynağının ne
oldugunun belirlenmesinde kullanılacak ilk detektör tipidir.
Diger detektörlere göre uzun dead time ( kısa live time) bu yüzden yüksek counting
rates ölçümlerinde uygun degildir.
Gazlı detectorler
Hans Geiger (1882 - 1945)
Johannes Wilhelm Geiger was a German physicist
He introduced the first reliable detector for alpha
particles and other ionising radiation.
Geiger served as an artillery
officer during the First World War. He accepted his first
teaching position in 1925 at the
University of Kiel, where he worked with Walther Müller
to improve the sensitivity and
performance
f
off his
hi particle
ti l counter.
t Th
The modern
d
Geiger-Müller tube detects both alpha
and beta radiation, along with other photons.
He dead in 1945.
Sintilasyon detektorler
2. Sintillasyon Detektörleri
Sintilasyon maddesine radyasyon enerjisinin nakli ile bu maddenin görünen
ışık veya görünen ışığa yakın dalga boyunda bir radyasyonu yayınlaması
prensibine dayanır.
Kullanılan katı kristallere foton yayınlanmasını arttırmak için bazı maddeler
aktive edilir. Örnegin NaI kristaline Talium aktive edilmesi gibi.
Elde edilen ışığın çağaltılması için fotoçogaltıcı tüp kullanılmalıdır.
α, p, e, n, ·····
Scintillation detector
electric signal
X, γ
scintillator
light detector
Scintillation mechanism
Scintillator
conduction band
q, i
light
g sensor
luminescence
centre
valence band
e-h → light quanta
• diode
• photomultiplier tube
• CsI:Tl
a-Si system
• Gd2O2S:Tb X-ray screen-film
• NaI:Tl
gamma camera
Light detection
PMT
reflector
photocathode
η
N
δ2
d
dynodes
d
α
Nel δ1
δ3
δn
electron multiplication
scintillator
optical coupling
ideal case:
Nel = α η N
Material
Form
NaI (Tl)
crystal
CsI (Na)
crystal
CaWO4
crystal
ZnS (Ag)
powder
p-terphenyl in toluene
liquid
p-terphenyl in
polystyrene
Plastic
NE213 Æ Liquid scintillator Æ Neutron detection
Crystals and PMT’s
PMT types
Venetian blind (old)
Box-and-grid
Focused linear
structure
Gains ~ 107
Circular grid
NaI(Tl) ile 60Co kaynağından yayılan gamma ölçümü
I.Akkurt et al. Submitted
Neutron ölçümü yüksüz olduğundan dolayı genellikle
TOF ((time-of flight)
g ) metodu ile yapılır
y p
Bu amaçla NE213 sıvı sintilatör kullanılan en yaygın sintilatör tipidir.
Çünkü diğer yüksüz parçacık olan fotonlardan ayrlması için
gerekliolan decay zaman karekteri çok elverişlidir.
J.R.M.Annand ,… I. Akkurt
NIM A 400(1997)345
(
)
(γ,nγ’) Experiment at Maxlab, 1996
Water
target
Collimated
photon beam
p
Neutron
detector
Photon
beam
monitor
NaI(Tl) detector
for γ’
measurement
y Neutron
is uncharged
yPulse Height is not used for Tn
yPulse-Height
yTime-of-flight (TOF) is the best way
Tn = M n (
1
1− β 2
− 1)
v 1 d
β= = ×
c c t tof
Neutron Measurement
I. Akkurt et al. Phys. Med.Biol. 48(2003)3345
Katı-Hal detektorler
Radyasyon detektöre çarpınca elektronlar band içerisinde uyarılır ve valance
bandında boşluklar oluşur. İçerideki E alanı elektronları eklemin pozitif (n)
boşlukları da negatif (p) tarafına sürükler. Bu da elektronik olarak bir sayıcı ile
sayılabilen puls meydana getirir.
getirir
n+ contact
dq = (qedV1 + qhdV2 )/V
e
qe dV1
h
qh dV
2
i = dq/dt
n-type
n
type silicon
• silicon diode
p+n junction
-V
V
0
• germanium detector
Katı-Hal detektorler
Silicon Detector
Germanium Detector
Lithium-Drifted Silicon Detector
X-ray and gamma-ray spectroscopy
662 keV 137Cs
NaI:Tl
6 5 % FWHM
6.5
Germanium
2 keV
k V FWHM
Multiple Compton events
Pulse-height spectra
Radyasyondan korunma
Radyasyondan korunma
y Niçin Korunmalıyız (radyasyonun biyolojik etkileri)
y Neden Korunmalıyız (radyasyon nerede)
y Nasıl korunmalıyız (limit değerler nelerdir ve korunma yolları)
Niçin korunmalıyız
Radyasyonun iki tür etkisi
Somatik (kişi üzerinde görülen ani hastalıklar)
G
Genetik
tik (Nesillere
(N ill
aktarılan
kt l gen bozukluklukları)
b
kl kl kl )
RADYASYONDAN KORUNMA
(Müsaade Edilen Maksimum Doz)
Radyasyona karşı korunmada ana fikir, tahammül edilebilen (tolere
edilebilen) dozları bilmek ve radyasyon çalışanları ile çevre halkının
bunun üstünde doz almasını önlemektir.
Radyasyon korunmasının hedefi ise;
Doku hasarına sebep olan etkileri önlemek yada bu etkilerin meydana gelme
olasılıklarını kabul edilebilir düzeyde sınırlamak.
Uluslararası Radyolojik Korunma Komisyonu (ICRP) tarafından Müsaade
Edilebilir Maksimum Doz (ALARA), bir insanda ömür boyunca hiçbir
önemli vücut arazı ve bir genetik etki meydana getirmesi beklenmeyen
iyonlaştırıcı radyasyon dozu olarak tarif edilir.
edilir
Neden korunmalıyız
MÜSAADE EDİLEN MAKSİMUM DOZ
ICRP’nin önerilerine göre;
Görevli
Halk
20 mSv
1 mSv
Göz
150 mSv
15 mSv
Cilt
500 mSv
50 mSv
Kol-Bacak
500 mSv
50 mSv
Yıllık Etkin Doz
Yıllık
Eşdeğer Doz
TEMEL PRENSİPLER
a)Gereklilik (Justification)
Net fayda sağlamayan hiçbir
radyasyon uygulamasına izin
verilmemelidir.
b)Etkinlik (OptimizasyonALARA)
Maruz kalınacak dozlar
mümkün oldukça düşük
tutulmalıdır.
c)) Kişisel
ş
Doz-Risk Sınırları:
Alınmasına izin verilen dozlar
sınırlandırılmalıdır.
RADYASYONDAN KORUNMADA
3 ANA YOL
ZAMAN
MESAFE
ZIRHLAMA
ZAMAN
Radyasyon
adyasyo kaynağı
ay ağ (yada) ortamında
o ta
da
ne kadar az zaman geçirilirse o kadar
az doza maruz kalınır.
Alınan Doz= (Doz şiddeti)x(Zaman)
Böylece,
Bö
l
bi
bir ölçüm
öl ü cihazının
ih
50
mSv/saat’lik radyasyon dozunu
gösterdiği bir bölgede kalınması
halinde maruz kalınacak doz; saatte 50
mSv, 2 saatte 100 mSv, 3 saatte 150
mSv, vs. dir.
MESAFE
Radyasyon kaynağından
ne kadar uzak durulursa
maruz kalınan doz
o kadar az olur
olur.
Ters kare kanunu
Radyasyon dozu uzaklığın karesi ile ters orantılı
olarak değişir.
I1
=
I2
2
d1
d22
ZIRHLAMA
Radyasyon kaynağı ile
kişi arasına konulacak
engel alınan dozu en aza
indirecektir.
Değişik radyasyon tipleri için seçilen
zırh farklı olmalıdır.
olmalıdır
Video
γ-ray zayıflatma katsayısı
N=Noe-μx
N=No/2 için x değeri yarı değer kalınlık (YDK)
N=No/10 için x değeri ondabir değer kalınlık (ODK)
ZIRHLAMA
Pb ile Betonun Yarı ve Ondabir Değer Kalınlıkları
Radyoaktif kaynak
Co-60
Ir-192
Cs-137
YDK
ODK
YDK
ODK
YDK
ODK
Kurşun (cm)
1.24
4.11
0.48
1.62
0.63
2.13
Beton (cm)
6.60
21.84
4.82
15.74
5.33
18.03
Zırh malzemesi
UYGUN ZIRHLAMA
GÜNLÜK PRATİKTE ZAMAN VE MESAFE
FAKTÖRLERİNİ TAM ANLAMIYLA UYGULAMAK ZOR
OLABİLİR.
OLABİLİR
ANCAK ZIRHLAMADAN TAVİZ VERİLMESİ DOĞRU
DEĞİLDİR!
UYGUN ZIRHLAMA
KURŞUN PARAVAN
KURŞUN ÖNLÜK
Ö Ü
TİROİD KALKANI
GÖZLÜK
DOMUZ
TOPRAK
BETON
RADYASYONDAN KORUNMA
(MONİTORİNG)
Monitoring, iyonlaştırıcı radyasyonların ve radyoaktif
kontaminasyonun varlığını ve derecesini tayin etmektir.

Kişisel monitoring
Alan monitoring
Personel monitoring
PERSONEL MONİTORİNG:
Kişiler tarafından alınan toplam vücut dozunun rutin
olarak
l k ölçülmesidir.
öl ül
idi Bunun
B
ttemell amacı:
Personelin maruz kaldığı kişisel radyasyon dozlarının
y
altında
maksimum müsaade edilen seviyenin
tutulabilmesi için, alınan dozları ölçmek ve kayıtlarını
tutmak,
y y bakımından sağlığının
ğ ğ
Personele,, radyasyon
korunduğu güvencesini vermek,
Kuruluş ve personel arasındaki fazla doz alma
ş
kanuni koruma olanağı
ğ sağlamak.
ğ
anlaşmazlıklarında
Personel monitoring
Film Dozimetreleri
TLD Dozimetreleri
Ek
Ekzo-elektrodozimetreleri
l kt d i t l i
Kimyasal Dozimetreler
Cam Dozimetreleri
Personel monitoring
Film Badges
Personel monitoring
Film and TLD
Personel monitoring
TLD
Personel monitoring
TLD
Whole body
y
Extremity
Personel monitoring
Whole Body Monitoring
Alan monitoring
Radyasyon Alanlarının Sınıflandırılması
Maruz kalınacak yıllık dozun 1 mSv değerini geçme olasılığı bulunan alanlar
radyasyon alanı olarak nitelendirilir ve radyasyon alanları radyasyon düzeylerine
göre sınıflandırılır:
1- Denetimli Alanlar
22- Gözetimli Alanlar
Dışradyasyonu kontrol etmek ve yüzeysel
ki liliği i öl
kirliliğinin
ölçümü
ü ü Geiger
G i
Mueller
M ll sayacı ile
il yapılır.
l
Alan monitoring
DENETİMLİ ALANLAR
Radyasyon görevlilerinin giriş ve çıkışlarının özel denetime, çalışmalarının
radyasyon korunması bakımından özel kurallara bağlı olduğu ve görevi
gereği radyasyon ile çalışan kişilerin yıllık doz sınırlarının (ardışık beş yılın
ortalaması)) 3/10’undan ((6 mSv)) fazla radyasyon
y y dozuna maruz
kalabilecekleri alanlardır.
Alan monitoring
GÖZETİMLİ ALANLAR
Radyasyon görevlileri için yıllık doz
sınırlarının 1/20’sinin aşılma olasılığı
olup, 3/10
3/10’unun
unun aşılması beklenmeyen,
kişisel doz ölçümünü gerektirmeyen
fakat çevresel radyasyonun izlenmesini
gerektiren alanlardır.
Alan monitoring
Radyasyon kullanılan alanlar radyoaktif kirlenme (sızıntıya karşı) sürekli olarak
gözlenmelidir.
ö l
lidi
Ölçümler yerinde portable cihazlarla yada alarm düzenine sahip monte edilmiş cihazlarla
yapılmalıdır.
Kalibration
Alfa için ZnS türü detektör kullanılmasına ragmen gnellikle G-M tipi detektörler daha
avantajlıdır
1
2
3
Radiation Detection and Measurement
4 Computed Tomography
Gl
Glenn
F.
F Knoll
K ll
W A Kalender
W.A.
K l d
John Wiley & Sons, Inc. New York
Publicis MCD Verlag, Munich
3rd edition, 2000
1st edition, 2000
The Physics of Medical Imaging
5
Nucleaire Geneeskunde
Ed. S. Webb
Ed. J.A.J. Camps et al.
Adam Hilger,
Hilger Bristol
Elsevier/De Tijdstroom
1990 or later
1999
Inleiding tot de Stralingshygiëne
6
Radiotherapy Physics in Practice
Ed. A.J.J. Bos and others
Ed. J.R. Williams and D.I. Thwaites
Elsevier Gezondheidszorg, Maarssen
Oxford University Press
1st edition
edition, 2000
2nd edition
edition, 2000
Yüksek İstek ancak düşük zeka düzeyi
Yüksek zeka düzeyi ancak düşük istekten
her zaman daha
BAŞARILI
olur.
TEŞEKKÜRLER

Radyasyon Ölçüm Teknikleri ve Korunma

Transkript

Benzer belgeler

Yayın Dünyamızdan

Sunum

13 Mayıs 2016

Anne-babaların Bilgisayarlı Tomografi (BT) tetkiki

radyolog bilgilendirme platformu

Türkiye Atom Enerjisi Kurumu

Radyasyon Güvenliği Mevzuatı