BĠR BETA KAYNAĞININ LÜMĠNESANS ÖLÇÜMLERĠ ĠÇĠN KALĠBRASYONU

BĠR BETA KAYNAĞININ LÜMĠNESANS ÖLÇÜMLERĠ ĠÇĠN KALĠBRASYONU Ş. KAYA, K. DURUER, B. KOZANLILAR, H.Y. GÖKSU Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü, Ankara, Türkiye sule.kaya@ankara.edu.tr LÜMİDOZ IV Lüminesans Dozimetri Kongresi, 20-22.09.2010, Gaziantep/TÜRKİYE

TL Şiddeti (k.b.) GERĠYE DÖNÜK (RETROSPEKTĠF) DOZĠMETRE Sıcaklık ( C)

FOTONLARIN MADDE ĠLE ETKĠLEġĠMLERĠ i. Fotoelektrik Olay ii. Compton Saçılması iii. Çift Oluşum Gelen fotonların enerjisine Hedef maddenin etkin atom numarasına bağlıdır. Çift Oluşumu E >birkaç MeV ~ Z eff 2 Compton Saçılması 10keV -10 MeV ~Z eff Fotoelektrik Etkileşim (düşük enerjilerde etkin) ~ Z eff 4.5

ELEKTRONLARIN MADDE ĠLE ETKĠLEġĠMLERĠ i. Bremsstrahlung X-ışını ii. Karakteristik X-ışını

IġINLAMA (X) RADYASYON BĠRĠMLERĠ Havada iyonize radyasyonun birim kütlede oluşturduğu yük miktarıdır. Elektromanyetik radyasyon için tanımlanmıştır. Elektromanyetik radyasyon tarafından havada oluşturulan tüm elektronların tamamen soğurulduğu kabul edilir. Eski birimi : Röntgen (R) SI birimi : C/kg X=dQ/dm 1 R = 2.58 x 10-4 C/kg o 300 kev in altındaki fotonlar için %0.05 hassasiyetle ÖlÇÜLEBİLİR! o Yüksek enerjili fotonlar için elektronun menzili büyük olduğundan ÖLÇÜLEMEZ! Havada 1 kev bir foton Yaklaşık 30 elektron üretir Foton E tr m, V Saçılan Fotonlar

KERMA (K) RADYASYON BĠRĠMLERĠ (Kinetic Energy Released per unit Mass) Maddenin birim kütlesine iyonize radyasyon tarafından transfer edilen enerji miktarıdır. K = de tr /dm de tr sadece başlangıçtaki etkileşimler sonucu maddeye aktarılan başlangıçtaki kinetik enerji miktarıdır. Burada radyasyonun soğurulması dikkate alınmaz. SI birimi : Gray (Gy) 1 Gy = 1 C/kg

RADYASYON BĠRĠMLERĠ SOĞURULAN DOZ (D) İyonize radyasyon tarafından birim kütlede soğurulan enerji miktarı olarak tanımlanır. Tüm iyonize radyasyon için geçerlidir. Herhangi bir madde için kullanılır. D=dE/dm Eski birimi : rad SI birimi : Gray (Gy) 1 rad = 100 erg/gr 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad

RADYASYON BĠRĠMLERĠ IġINLAMA KERMA - SOĞURULAN DOZ Havada: 1 Röntgen = 0.0087 Gy (hava KERMA) 1 Röntgen = 0.0097 Gy (doku KERMA) Eğer fotonların ortalama enerjisi yüksekse (60Co- 1.25 Mev) elektronik denge sağlanmak koşuluyla hava KERMA kuvars gibi maddelerde soğurulan doza eşittir. Elektronik denge ise, 3 mm kalınlığında bir zırh ile elde edilebilir. Bunun dışında doz hesabı için şu faktörlerin göz önüne alınması gerekir: a) Bremsstrahlung b) Çarpışmaya girmeyen fotonlar % 3

KALĠBRASYON NEDEN YAPIYORUZ? 137 Cs Foton Kaynağı 90 Sr Beta Kaynağı 137 Cs Foton Işınlayıcı 90 Sr Beta Işınlayıcı Soğurulan Doz : D = de/dm (Joule/kg)

SİVRİHİSAR KUVARSLARININ HAZIRLANIŞI: 1. Kırma 2. Eleme 3. 125<µm<200 seçilerek; 4. Yıkama 5. %1 lik HCl, % 40 lık HF 6. 140<µm<200 elek ile sulu eleme i. Manyetik karıştırıcı-demir parçacıkları ii. Kurutma iii. 600 ºC, 15 dk

Şiddet ÖRNEĞĠN X-IġINI KIRINIM YÖNTEMĠ (XRD) ĠLE ANALĠZĠ 600 500 400 300 200 100 0 2θ=30.44⁰ (kuvars) 0 20 40 60 80 100 120 2 theta (⁰) Ankara Üniversitesi Jeoloji Müh. XRD Analiz Laboratuarında İnel Equinox-1000 model X-ışını difraktometresi ile analiz yapılmıştır. (ASTM Card # 5-490)

ÖRNEKTEKĠ DOĞAL VE YAPAY RADYONÜKLĠT MĠKTARI Örneklerin içerdiği doğal ve yapay radyonüklit miktarı, %44.8 bağıl verimli HPGe kuyu tipi dedektör ile ölçülmüştür. Nüklit Aktivite (Bq/kg) MDA (Bq/kg) 238 U 2.9 0.1 1 232 Th < MDA 5 Kirli örnek 40 K 56.2 1.5 20 137 Cs 4.1 0.1 1 MDA» Ölçülebilen en küçük aktivite Ölçümlerde elde edilen tüm sonuçlar MDA nın altındadır. Temiz örnek A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü Spektroskopi Laboratuarında Uzm.Ayşe Nur Solmaz ve Esra Köse tarafından Canberra model Germanyum Dedektörü ile analizler yapılmıştır.

Doz hızı (µgy/sa) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 RISØ TL/OSL SİSTEMİ KAPALI DURUMDA İKEN BETA KAYNAĞINDAN YAYILAN SIZINTI RADYASYON DOZU 19 2021 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 250 225 200 175 150 125 100 75 50 25 0 22 2324 2526272829 3031323334 8 7 6 5 4 3 2 1 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Karusel, 90 Sr beta kaynağı 19 numaralı örneğin üzerine gelecek şekilde yerleştirilmiştir. 90 Sr beta kaynağı 1 23 4 56 7 89 Karuseldeki örnek yeri

TL ġiddeti TL Şiddeti SĠVRĠHĠSAR KUVARSININ IġIMA EĞRĠSĠ 3,0E+06 2,5E+06 2,0E+06 1,5E+06 1,0E+06 5,0E+05 0,0E+00 110 :C piki 170 :C piki 0 100 200 300 Sıcaklık (⁰C) ısıtma hızı 5⁰C/s 210 :C piki 2,0E+04 1,5E+04 170⁰C piki 140⁰C'de ön-ısıtma ısıtma hızı 5⁰C/s 1,0E+04 210:C piki 5,0E+03 0,0E+00 0 50 100 150 200 250 300 Sıcaklık (⁰C)

TL Şiddeti RADYASYON DOZ CEVABI 250000 200000 150000 100000 50000 100 C-250 C arasındaki toplam alan alınmıştır. 0 0 1,4 2,8 4,2 5,6 7 8,4 9,8 Radyasyon Dozu (Gy)

% geçirgenlik KULLANILAN OPTĠK FĠLTRELERĠN GEÇĠRGENLĠK SPEKTRUMLARI 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 7-59, 4.07mm 7-59 BG-39, 2.04 mm U-340, 7.46 mm BG-39 U-340 190 290 390 490 590 690 790 890 990 1090 dalgaboyu (nm) Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü Optik Araştırma Laboratuvarı UV-Vis 1800 model Shmadzu marka cihaz kullanılarak filtrelerin UV spektrumu 190-1100 nm dalga boyu aralığında taranmıştır.

TL ġiddeti KUVARS ÖRNEKLERĠNĠN FARKLI FĠLTRELER ĠLE ELDE EDĠLEN IġIMA EĞRĠLERĠ 16000 14000 12000 10000 170⁰C 210:C Aynı radyasyon dozu verilen örnekler, 140⁰C'de ön- 8000 6000 BG-39 ve 7-59 filtreleri 4000 U-340 filtresi 2000 0 Sıcaklık (⁰C) Değerlendirmeler, 120ºC ve 280ºC arasındaki eğrinin altında kalan toplam alan kullanılarak yapılmıştır.

SĠVRĠHĠSAR KUVARSLARININ TERMAL AKTĠVASYONUNUN ĠNCELENMESĠ Ölçüm Örnek Konumu ĠĢlem 1 1-24 Beta, 2 s 2 1-24 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) 3 1-24 TL, 280ºC, 5ºC/s 4 1-24 Beta, 40 s 5 1-3 TL, 280ºC, 5ºC/s 6 4-6 TL, 300ºC, 5ºC/s 7 7-9 TL, 350ºC, 5ºC/s 8 10-12 TL, 400ºC, 5ºC/s 9 13-15 TL, 450ºC, 5ºC/s 10 16-18 TL, 500ºC, 5ºC/s 11 19-21 TL, 550ºC, 5ºC/s 12 22-24 TL, 600ºC, 5ºC/s 13 1-24 Beta, 2 s 14 1-24 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) 15 1-24 TL, 280ºC, 5ºC/s

SN170-210/S0170-210 SĠVRĠHĠSAR KUVARSLARININ TERMAL AKTĠVASYONUNUN ĠNCELENMESĠ 140<x<200 µm Radyasyon dozu verilmemiş (0) örnekler Kullanılan filtreler: BG-39 ve 7-59 70 60 50 40 30 20 10 0 250 300 350 400 450 500 550 600 Sıcaklık ( ºC)

SĠVRĠHĠSAR KUVARSININ HASSASLAġTIRILMASI Ölçüm Örnek Konumu İşlem 1 1-3 Beta, 2 s 2 1-3 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) 3 1-3 TL, 280ºC, 5ºC/s 4 1-3 Beta, 40 s 5 1-3 TL, 500ºC, 5ºC/s 6 1-3 Beta, 2 s 10 kez tekrarlandı 7 1-3 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) 8 1-3 TL, 280ºC, 5ºC/s 140<x<200 µm tanecik boyutu Kullanılan filtreler: BG-39 ve 7-59

TL Şiddeti TL Şiddeti SĠVRĠHĠSAR KUVARSININ HASSASLAġTIRILMASI 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 6000 4000 0 50 100 150 200 250 Sıcaklık (⁰C) 1 ısıtma 2 ısıtma 3 ısıtma 4 ısıtma 5 ısıtma 6 ısıtma 7 ısıtma 8 ısıtma 9 ısıtma 10 ısıtma 2000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Tekrarlama Sayısı 170ºC piki 210ºC piki

137 Cs FOTON KAYNAĞI ĠLE ÖRNEKLERĠN IġINLANMASI A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü 40-140 kev X-ışını Kalibrasyon Sistemi A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü 137 Cs foton Kaynağı Kalibrasyon Sistemi

REFERANS DEDEKTÖRLER 30cm 3 Silindir İyon Odası Model Ölçülen Nicelikler Resimleri Doz Hızı Enerji Bağımlılığı Min Max PTW TM23361 Hava Kerma, Hava Kerma Doz Hızı 12 µgy/dk 10 mgy/dk ± 4 % (40 kev, Co-60) Küresel İyon Odası TK 30 PTW TM32005 Hava Kerma, Hava Kerma Doz Hızı, Işınlama, Işınlama Doz Hızı 12,96 µgy/dk 65 Gy/dk ± 5% (48keV, Co- 60 10 l Küresel İyon Odası PTW TM32003 Hava Kerma, Hava Kerma Doz Hızı, Işınlama, Işınlama Doz Hızı 36,6 ngy/dk 0,18 Gy/dk ± 4 % (40 kev, Co-60) Farmer İyon Odası PTW TM30010 Hava Kerma, Hava Kerma Doz Hızı, Soğurulan Doz ve Işınlama, Işınlama Doz Hızı 0,6 mgy/dk 2,8 kgy/dk ± 2% (70kV - 280kV, Co-60) ± 4% (200 kv, Co- 60 ) Monitor İyon Odası PTW TM786 Işınlanan alan genişliği ve ışınlama durumuna gore değişiklik gösterir.

Doz Hızı(μGy/min) 137 Cs FOTON KAYNAĞININ MESAFEYE GÖRE DOZ HIZI DAĞILIMIĠLE ÖRNEKLERĠN IġINLANMASI 14.07.2010(TM23361) 1600.00 1400.00 1200.00 1000.00 800.00 14.07.2010 600.00 400.00 200.00 0.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Mesafe(cm)

ÖRNEKLERE RADYASYON DOZUNUN VERĠLMESĠ 1cm 137 Cs X Kabın çeperi (3 mm) 140<µm<200 tanecik boyutları içeren kuvars E ortalama = 662 kev Siyah kaplı Kaynak-örnek mesafesi =180 cm İki yönden ışınlanma Toplam 250 mgy Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü nde foton kaynağı ile ışınlama yapılmıştır.

OTOMATĠK OKUYUCU ĠÇĠN KULLANILAN ÖLÇÜM PROTOKOLÜ Ölçüm Örnek Konumu ĠĢlem 1 1-20 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) 2 1-20 TL, 280ºC, 5ºC/s 3 1-20 Beta, 2s TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) 4 1-20 TL, 280ºC, 5ºC/s 5 11-20 Beta, 2s TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) 6 11-20 TL, 280ºC, 5ºC/s 1-20 olan örneklerin ışımalarını kaydet ~250 mgy 1-20 olan örneklerin ışımalarını kaydet. 1-10a teker teker doz hızını hesapla ve ortlama doz hızı bul (Run1 ile run2 yi karşılaştır.) ~250 mgy 11-20 olan örneklerin ışımalarını kaydet ve ortalamalarını 1-10 ile karşılaştır. 7 1-20 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) 8 1-20 TL, 280ºC, 5ºC/s 9 21-24 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) Sızıntı radyasyondan alınan dozun 10 21-24 TL, 280ºC, 5ºC/s belirlenmesi için

MANUAL OKUYUCU ĠÇĠN KULLANILAN ÖLÇÜM PROTOKOLÜ İşlem sırası Örnek No Uygulanan İşlem Açıklama 1 1-10 T max =140 C β=2 C/s Foton kaynağı ile ışınlanmış standart örneklere ön-ısıtma yapılır. Buradan elde edilen veriler kalibrasyonda zaman ve miktar düzeltmesi yapılması için kullanılır. T max =280 C β=5 C/s Foton kaynağı ile ışınlanmış standart örneklerin TL okuması yapılır ve verilen dozun hangi TL şiddetine denk geldiği hesaplanır. 2 1-10 1 s beta Daha önce foton kaynağı ile bilinen bir dozda ışınlanan örnekler beta kaynağı ile 1 s ışınlanır. T max =140 C β=2 C/s T max =280 C β=2 C/s 1 s beta kaynağı ile ışınlanmış örneklere ön-ısıtma uygulanır. Buradan elde edilen veriler kalibrasyonda zaman ve miktar düzeltmesi yapılması için kullanılır. 1 s beta dozu ile ışınlanmış örnekler 280 C ye ısıtılır. 3 11-20 1 s beta Hiç radyasyon dozu uygulanmamış örneklere 1 saniyelik test dozu uygulanır. T max =140 C β=2 C/s T max =280 C β=2 C/s 1 s beta kaynağı ile ışınlanmış örneklere ön-ısıtma uygulanır. Buradan elde edilen veriler kalibrasyonda zaman ve miktar düzeltmesi yapılması için kullanılır. 1 s beta dozu ile ışınlanmış örnekler 280 C ye ısıtılır. 4 11-20 1 s beta Daha önce bir kere 1 s doz verilen ve 1 kere 280 C ye ısıtılan örnekler beta kaynağı ile 1 saniye ışınlanır. T max =140 C β=2 C/s 1 s beta kaynağı ile ışınlanmış örneklere ön-ısıtma uygulanır. Buradan elde edilen veriler kalibrasyonda zaman ve miktar düzeltmesi yapılması için kullanılır. T max =280 C β=2 C/s 1 s beta dozu ile ışınlanmış örnekler 280 C ye ısıtılır.2 numaralı işlemde ısıtılan örnekler ile 3 numaralı işlemde ısıtılan örnekler arasında sıcaklığa bağlı değişim miktarı hesaplanır. 5 1-10 - Foton kaynağı ile bilinen bir dozla ışınlanan 1-10 örneklerinden elde edilen TL şiddeti ile aynı örneklerin 1 s beta kaynağı ile ışınlanmasının ardından elde edilen TL şiddeti oranlanarak doz hızı hesaplanır. 6 11-20 - 3 ve 4 numaralı işlemlerde örneklerin ısıtılması arasında hassasiyetindeki değişim miktarı hesaplanır ve 5 numaralı işlemde hesaplanan doz hızına bu düzeltme uygulanır.

FARKLI FĠLTRELER ĠÇĠN HESAPLANAN DOZ HIZI Kullanılan optik filtre BG-39 ve 7-59 Ölçüm No Ölçüm 1 Ölçüm 2 TL ġiddeti (X 11-20 σ) 7986 787 8089 720 % TL Ģiddetleri arasındaki sapma %10 %9 % Hassasiyet değiģimi %1 Doz hızı (mgy/s) 127 7 * * %1 ısıtmadan kaynaklı hassasiyet değişimi, örneklerin TL şiddetleri arasındaki sapmanın yüksek olması nedeniyle doz hızı hesabında düzeltme yapılmamıştır.

* Kuvars örnekleri: SONUÇ 3 kez radyasyon dozu + 3 kez 500 C ye ısıtma ile daha hassas malzeme elde edilmiģtir. * Yapılan kalibrasyonda elde edilen doz hızı SSDL e göre % 6 hata ile ölçülmüştür.

SONUÇ o Ölçüm parametrelerinin optimize edilmesi : Yüksek radyasyon dozlarında (Ör. Jeolojik çalışmalar) U-340 Düşük radyasyon dozlarında BG-39,7-59 o Beta kaynağının kalibrasyonu için tarihlendirme ve geriye dönük dozimetre çalışmaları yapan lüminesans laboratuarlarına dağıtılmak üzere kalibrasyon malzemesi hazırlanmış ve bunun için gerekli olan kullanıma uygun ölçüm protokolü geliştirilmiştir.