Doç. Dr. İskender AKKURT

Transkript

1 Radyasyon Ölçüm Teknikleri ve Korunma Doç. Dr. İskender AKKURT Süleyman Demirel Üniversitesi it i Fen-Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü Isparta iskender@fef.sdu.edu.tr

2 Outline Giriş Radyasyon ve Özellikleri Radyasyon kaynakları Radyasyon Birimleri Radyasyon Ölçüm Teknikleri Radyasyon ölçüm Prensibi Alan Ölçümleri Kişisel doz ölçümleri Radyasyondan Korunma Temel korunma kriterleri Temel korunma yolları

3 Giriş Radyasyon Enerjinin bir kaynaktan emisyonu ve taşınması Kararsız bir çekirdekten tarafından yayılan parçacık EM dalga

4 Giriş Radyasyon kaynakları Doğal Yapay Background (doğal ğ lf fon)

5 DOĞAL RADYASYON KAYNAKLARI Dünyada ve evren oluşurken var olan uzun yarı ömürlü radyoaktif maddeler: Radyum (Ra yıl) Uranyum (U x10 9 yıl) Toryum (Th x10 10 yıl) Potasyum (K x10 9 yıl)

6 DOĞAL RADYASYON KAYNAKLARI TOPRAKTA İNSAN VÜCUDUNDA Toryum Potasyum-40 (4400 Bq) Uranyum Radyum Potasyum Karbon-14 Radyum Tirityum Radon Polonyum Kozmik %16 Radon %55 Gama 19% Dahili %10

7 RADON GAZI

8 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 atomlar meydana getirirler. Bunlar genelde atmosferde 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

9 KOZMİK RADYASYON

10 BAZI BÖLGELERİN DOĞAL RADYASYON SEVİYELERİ Akkuyu Ankara Erzurum Uludağ Ağrıdağı Karaormanlar (Almanya) Hindistan msv / yıl msv / yıl msv / yıl msv / yıl msv / yıl msv / yıl msv / yıl Atlantik kıyıları (Brezilya) msv / yıl

11 YAPAY RADYASYON KAYNAKLARI Tıbbi Uy. %96 Nükleer Sant. %1 Tüketici Ürün. %1 Mesleki Işın. %1 Rad. Serpint %1

12 BAZI UYGULAMALAR SONUCU ALINAN RADYASYON DOZLARI TETKİKİ Radyoloji Etkin Doz Eşdeğeri (msv) TETKİKİ Nükleer Tıp Etkin Doz Eşdeğeri (msv) Akciğer Grafisi Kemik Akciğer Skopisi Beyin Karın Kalp Barsak Karaciğer/Dalak Anjiyografi 6.8 Akciğer Mamografi 1 Böbrek BT 4.3 Troid Uptake

13 TÜKETİCİ ÜRÜNLERİ Televizyonlar, az miktarlarda da olsa radyoaktif madde içeren duman dedektörleri, fosforlu saatler, paratonerler ve lüks lambası fitilleri i i gibi i bazı tüketici ürünleri, düşük düzeyde radyasyon yayarlar.

14 Radyasyon çeşitleri (etkisine göre) İyonizei İyonize olmayan (etmeyen) RADYASYON İYONLAŞTIRICI RADYASYON İYONLAŞTIRICI OLMAYAN RADYASYON PARÇACIK TİPİ DALGA TİPİ DALGA TİPİ Hızlı elektronlar Beta parçacıkları Alfa parçacıkları Dolaylı iyonlaştırıcı Nötron parçacıkları X-Işınları Gama ışınları Radyo dalgaları Mikrodalgalar Kızılötesi dalgalar Görülebilir ışık

15 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 havada 2.08x10 9 iyon çifti oluşmasına yol açacak radyasyon şiddetine 1 Röntgen ( R ) denilir.

16 RADYASYON DOZU ve BİRİMLERİ Radyasyon dozu; hedef kütle tarafından, belli bir sürede soğurulan veya alınan radyasyon miktarıdır. Radyasyon dozunun hedef kütlede meydana getireceği etki; radyasyonun çeşidine, doz hızına ve bu doza maruz kalış süresine bağlıdır

17 radiation miktarının sınıflandırılması Radyoaktivitenin miktarı aktivite (Bq, Ci) Radiometric miktar Akı(count/area) Etkileşim miktarı tesir kesiri (barn) Dosimetric miktar Soğrulan doze (Gray) Radyasyondan korunma miktar Etkin doze (Sv) kaynak Alan Alan-Madde maddede depolanan enerji sağlık etkisi

18 RADYASYON BİRİMLERİ Terim Birimi Eski Yeni Aktivite Curie,Ci Becquerel,Bq 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 Saniyede 1 bozunma yapan maddenin aktivitesi kg başına 1 C yük aktaran ışın ş miktarı 1 Gy = 1 J kg-1 Sv=K*Gy

19 Radyasyon Ölçüm Teknikleri Radyasyon ölçüm Prensibi Alan Ölçümleri Kişisel doz ölçümleri Diger Ölçümler

20 Ölçüm prensibi Radyasyon ölçümü Radyasyonla maddenin etkileşimi prensibine dayanır Latife ŞAHİN Bu etkileşim detektör materyalını ya iyonize etme yada uyarma şeklindedir.

21 Ölçüm prensibi radyasyon detector signal processing data handling analysis & control depo

22 Ölçüm prensibi α, p, e, n, Radiation detector electric signal X, γ

23 Ölçüm prensibi X rays gamma rays heavy charged particles PE CE PP BB δ e thermal neutrons nuclear reaction energetic neutrons matter proton δ

24 Detektör materyalı Detektör tipi Amaç G-M varlığını Orantılı sayaç enerjisini q ve m için farklı sinyal veren materyal tipini Farklı spin ve kutuplanmayı çözebilen spin ve kutuplanma Hepsini aynı anda ölçen YOK

25 Radyasyonun etkileştiği ortama göre Gazlı detektörler Sintilatör detektörleri Katı-hal detektörleri

26 Gazlı detectorler Yüklü parçacıkların gaz odalarında d iyonizasyon i oluşturmaları l prensibine dayanır. Bu prensiple çalışan 3 türlü detektör vardır Iyon odaları Orantılı sayaçlar Geiger-Muller sayaçları

27 Gazlı detectorler

28 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.

29 Gazlı detectorler Ionization Chamber

30 Gazlı detectorler 2. Orantılı sayaçlar Birincil iyonlar orantılı olarak ikincil iyonlaşma meydana getirirler. Bu sayaçlarla alfa ve betalar ayırt edilebilir.

31 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.

32 Gazlı detectorler Hans Geiger ( ) 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 of his particle counter. The modern Geiger-Müller tube detects both alpha and beta radiation, along with other photons. He dead in 1945.

33 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.

34 Sintilasyon detektorler α, p, e, n, Scintillation detector electric signal X, γ scintillator light detector

35 Sintilasyon detektorler Scintillator Scintillation mechanism conduction band luminescence q, i centre light sensor e-h light quanta diode photomultiplier tube valence band CsI:Tl a-si system Gd 2 O 2 S:Tb X-ray screen-film NaI:Tl gamma camera

36 Sintilasyon detektorler Light detection PMT reflector photocathode N η α N el δ2 dynodesd δ1 δ3 δn electron multiplication scintillator optical coupling ideal case: N el = α η N el

37 Material NaI (Tl) CsI (Na) CaWO 4 ZnS (Ag) p-terphenyl in toluene p-terphenyl in polystyrene Form crystal crystal crystal powder liquid Plastic NE213 Liquid scintillator Neutron detection

38 Sintilasyon detektorler Crystals and PMT s

39 Sintilasyon detektorler PMT types Venetian blind (old) Box-and-grid Focused linear structure Gains ~ 10 7 Circular grid

40 Sintilasyon detektorler NaI(Tl) ile 60 Co kaynağından yayılan gamma ölçümü I.Akkurt et al. Submitted

41 Sintilasyon detektorler Neutron ölçümü yüksüz olduğundan dolayı genellikle TOF (time-of flight) metodu ile yapılır Bu amaçla NE213 sıvı sintilatör kullanılan en yaygın sintilatör tipidir. Çünkü diğer yüksüz parçacık olan fotonlardan ayrlması için gerekliolan decay zaman karekteri çok elverişlidir.

42 Sintilasyon detektorler J.R.M.Annand, I. Akkurt NIM A 400(1997)345

43 (γ,nγ ) Experiment at Maxlab, 1996 Water target Collimated photon beam Neutron detector Photon beam monitor NaI(Tl) detector for γ measurement

44 Sintilasyon detektorler Neutron is uncharged Pulse-Height is not used for Tn Time-of-flight (TOF) is the best way T n = M n ( 1 1 β 2 1) β = v c = 1 c d t tof

45 Neutron Measurement I. Akkurt et al. Phys. Med.Biol. 48(2003)3345

46 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. n + contact e h q e dv 1 dq = (q edv 1 + q hdv 2 )/V q h dv 2 i = dq/dt n-type silicon p + n junction -V 0 silicon diode germanium detector

47 Katı-Hal detektorler Silicon Detector Germanium Detector Lithium-Drifted Silicon Detector

48 Sintilasyon detektorler X-ray and gamma-ray spectroscopy 662 kev 137 Cs NaI:Tl Germanium 65%FWHM 6.5 2k kev VFWHM Pulse-height spectra Multiple Compton events

49 Radyasyondan korunma Radyasyondan korunma Niçin Korunmalıyız (radyasyonun biyolojik etkileri) Neden Korunmalıyız (radyasyon nerede) Nasıl korunmalıyız (limit değerler nelerdir ve korunma yolları)

50 Niçin korunmalıyız

51 Niçin korunmalıyız Radyasyonun iki tür etkisi Somatik (kişi üzerinde görülen ani hastalıklar) Genetik (Nesillere aktarılan gen bozukluklukları)

52 Niçin korunmalıyız 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.

53 Neden korunmalıyız MÜSAADE EDİLEN MAKSİMUM DOZ ICRP nin önerilerine göre; Görevli Halk Yıllık Etkin Doz 20 msv 1 msv Yıllık Eşdeğer Doz Göz 150 msv 15 msv Cilt 500 msv 50 msv Kol-Bacak 500 msv 50 msv

54 TEMEL PRENSİPLER a)gereklilik (Justification) Net fayda sağlamayan hiçbir radyasyon uygulamasına izin verilmemelidir. b)etkinlik (Optimizasyon- ALARA) Maruz kalınacak dozlar mümkün oldukça düşük tutulmalıdır. c) Kişisel ş Doz-Risk Sınırları: Alınmasına izin verilen dozlar sınırlandırılmalıdır.

55 RADYASYONDAN KORUNMADA 3 ANA YOL ZAMAN MESAFE ZIRHLAMA

56 ZAMAN Radyasyon kaynağı ağ (yada) ortamında ne kadar az zaman geçirilirse o kadar az doza maruz kalınır. Alınan Doz= (Doz şiddeti)x(zaman) Böylece, bir ölçüm cihazının 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.

57 MESAFE Radyasyon kaynağından ne kadar uzak durulursa maruz kalınan doz o kadar az olur.

58 Ters kare kanunu Radyasyon dozu uzaklığın karesi ile ters orantılı olarak değişir. 2 I 1 d 1 = 2 I 2 d 2

59 ZIRHLAMA Radyasyon kaynağı ile kişi arasına konulacak engel alınan dozu en aza indirecektir. Değişik radyasyon tipleri için seçilen zırh farklı olmalıdır. Video

60 γ-ray zayıflatma katsayısı N=N o e -μx N=N o /2 için x değeri yarı değer kalınlık (YDK) N=No/10 için x değeri ondabir değer kalınlık (ODK)

61 ZIRHLAMA Pb ile Betonun Yarı ve Ondabir Değer Kalınlıkları Radyoaktif kaynak Co-60 Ir-192 Cs-137 Zırh malzemesi YDK ODK YDK ODK YDK ODK Kurşun (cm) Beton (cm)

62 UYGUN ZIRHLAMA

63 GÜNLÜK PRATİKTE ZAMAN VE MESAFE FAKTÖRLERİNİ TAM ANLAMIYLA UYGULAMAK ZOR OLABİLİR. ANCAK ZIRHLAMADAN TAVİZ VERİLMESİ DOĞRU DEĞİLDİR!

64 UYGUN ZIRHLAMA KURŞUN PARAVAN KURŞUN ÖNLÜK TİROİD KALKANI GÖZLÜK DOMUZ TOPRAK BETON

65 RADYASYONDAN KORUNMA (MONİTORİNG) Monitoring, iyonlaştırıcı radyasyonların ve radyoaktif kontaminasyonun varlığını ve derecesini tayin etmektir. Kişisel monitoring Alan monitoring

66 Personel monitoring PERSONEL MONİTORİNG: Kişiler tarafından alınan toplam vücut dozunun rutin olarak ölçülmesidir. Bunun temel amacı: Personelin maruz kaldığı kişisel radyasyon dozlarının maksimum müsaade edilen seviyenin altında tutulabilmesi için, alınan dozları ölçmek ve kayıtlarını tutmak, Personele, radyasyon y bakımından sağlığının ğ ğ korunduğu güvencesini vermek, Kuruluş ve personel arasındaki fazla doz alma anlaşmazlıklarında ş kanuni koruma olanağığ sağlamak. ğ

67 Personel monitoring Film Dozimetreleri TLD Dozimetreleri Ekzo-elektrodozimetreleri lkt t l i Kimyasal Dozimetreler Cam Dozimetreleri

68

69 Personel monitoring Film Badges

70 Personel monitoring Film and TLD

71 Personel monitoring TLD

72 Personel monitoring TLD Whole body Extremity

73 Personel monitoring Whole Body Monitoring

74 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 2- Gözetimli Alanlar Dışradyasyonu kontrol etmek ve yüzeysel kirliliğinin i ölçümü ü Geiger Mueller sayacı ile yapılır.

75 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 dozuna maruz kalabilecekleri alanlardır.

76 Alan monitoring GÖZETİMLİ ALANLAR Radyasyon görevlileri için yıllık doz sınırlarının 1/20 sinin aşılma olasılığı olup, 3/10 unun aşılması beklenmeyen, kişisel doz ölçümünü gerektirmeyen fakat çevresel radyasyonun izlenmesini gerektiren alanlardır.

77 Alan monitoring Radyasyon kullanılan alanlar radyoaktif kirlenme (sızıntıya karşı) sürekli olarak gözlenmelidir. 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

78

79 1 Radiation Detection and Measurement Glenn F. Knoll 4 John Wiley & Sons, Inc. New York 3rd edition, 2000 Computed Tomography WA W.A. Kalender Publicis MCD Verlag, Munich 1st edition, The Physics of Medical Imaging Ed. S. Webb Adam Hilger, Bristol or later Nucleaire Geneeskunde Ed. J.A.J. Camps et al. Elsevier/De Tijdstroom 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, nd edition, 2000

80 Yüksek İstek ancak düşük zeka düzeyi Yüksek zeka düzeyi ancak düşük istekten her zaman daha BAŞARILI olur. TEŞEKKÜRLER