1. Osnove radioaktivnosti – šta merimo i zašto

2. Interakcija zračenja sa materijom-koji detektor koristimo

3. Mehanizmi detekcije (MERENJE, čimemerimo)

4. Koliko se i kako "tačno" meri (METROLOGIJA)

5. Kako je merilo sledivo do SI (METROLOGIJA)

Mehanizmi

detekcije

jonizujućih zračenja

Detekcija jonizujućih zračenja

Princip rada svih merila jonizujućih zračenja: odgovor na energiju deponovanu zračenjem unjihovom materijalu

Ljudska čula uopšte ne registruju jonizujuće zračenje

Zračenje se: detektuje, identifikuje i meri

Indikatori vs. merilaMerilo: detektor osetljiv na zračenje + čitač (beleži odziv)

Merenje neelektričnih veličina preko električnih

KvalitetiKvaliteti zrazraččenja i opsezi dozaenja i opsezi doza

Upotreba merila u zaštiti od zračenja

Nivo radioaktivne kontaminacijeJačina doze zračenja u klasifikovanim zonama

Identifikacija i kvantifikacija radioaktivnog materijala

Lične doze u klasifikovanim zonama

Monitori zona zračenja

Laboratorijski brojači

Lični dozimetri

Potrebne karakteristike merila u zaštiti od zračenja:

1. Merna nesigurnost ( reda 10 %, k=2)

2. Linearnost (Idealno: M= aQ+b)

3. Zavisnost od jačine doze (Idealno: M/Q ili dQ/dt = const.)

4. Energetska zavisnost (M/Q = f (E) koriguje se pri etaloniranju )

5. Zavisnost od upadnog ugla 6. Rezolucija i fizičke dimenzije 7. Pogodnost očitavanja

9. Vreme odziva (definisano proizvodom RC, potrebno 3-5 vremenskih konstanti da se očitavanje stabilizuje )

10. Diskriminacija između tipova zračenja

11. Osetljivost (recipročna vrednost faktora kalibracije)

12. Merni opseg 0.1 µSv -10 Sv i šire

8. Pogodnost korišćenja (ponovno korišćenje,pogodno rukovanje)

MEHANIZMI DETEKCIJE JONIZUJUĆIH ZRAČENJA

1) Jonizacija2) Scintilacija3) Termoluminescencija4) Hemijske promene (hemijski mehanizmi)5) Toplota (zagrevanje)6) Biološki mehanizmi

MERILA BAZIRANA NA MERILA BAZIRANA NA JONIZACIJIJONIZACIJI

Jonizujuća čestica prolazi kroz materijal i stvara jonski parSakupljanjem jonskih parova dobija se informacija o zračenju

Jonizacija u gasu: Jonizacione komore, Proporcionalni brojačiGajger-Milerovi brojači

Jonizacija u poluprovodničkom materijalu:Spektrometri alfa i gama zračenjaLični dozimetri sa Si diodomMOSFET

GasnaGasna multiplikacijamultiplikacija

do 100 V,

(125 –300) V,

(300-600) V,

(600-950) V,

(950-1100) V, > 1200 V,

104

Relevantna vremena brojaRelevantna vremena brojaččaa

GasGasom punjeni detektoriom punjeni detektori(jonizacione komore, proporcionalni brojači, GM brojači)

Sakupljačkaelektroda

Polarizaciona elektroda

DC napon polarizacije

GajgerGajger--Milerovi brojaMilerovi brojaččii(metrolo(metrološški uslovi)ki uslovi)

Vrste zračenja: alfa, E>3,5 MeV; beta, E >35 keV; X i gama E >6 keV

Ne deli energije: visina impulsa nezavisna od energijeGasovi za gašenje: organski gasovi (etil alkohol) ili halogeni (hlor, brom) + (P-10, 90 % argon +10 % metan)Energetski opseg: 50 keV do 3 MeVu: <20 %, 2 σMerni opseg: H (10): 10μSv/h - 1 Sv/hEfikasnost ε = f(vrste zračenja): εbeta = 100 %, 1 čestica~1 impulsεgama = 1 % 100 fotona ~ 1 impuls

Gušenje brojača na visokim intenzitetima, brojač u zasićenju –NEPOUZDANI za visoke jačine doza

GMGM--brojabrojačči i –– indikatori indikatori zrazraččenjaenja

Indikator: impuls/minMeri : broj događaja jonizacije ujedinici vremena

Indikator kontaminacije:- radnih površina, - podova, - ruku, - obuće i odeće, - predmeta

Proporcionalni brojaProporcionalni brojaččii(metrolo(metrološški uslovi)ki uslovi)

Gas punjenja: inertni gas + ugljovodonik(P-10, 90 % argon +10 % metan); butan (alfa-beta); ksenon (beta-gama)Vrste zračenja: alfa, beta, gama, XEnergetski opseg: 30 keV do 3 MeV

Merni opseg: K 10 nGy/h - 1 Gy/h; H 10 nSv/h - 1 Sv/h

u: <15 %, 2 σSpektroskopija moguća korišćenjem različitih eksternih kola

BorBor trifluoridtrifluorid proporcionalniproporcionalni brojabrojačč

(Anderson(Anderson--Braunov monitorBraunov monitor--"nju"njušškalokalo““))

Gas punjenja: 10B obogaćenog sa BF3 (gas punjenja + meta za upadnetermalne neutrone) Nuklearna reakcija: 10B + n ⇒7Li + α tj. 10B(n,α)7LiEnergetski opseg: od intermedijarnih (0,5 eV) do 10 MeVMerni opseg: 20 μSv/h do 20 mSv/h

Neutronski detektori punjeni BF3

PROPORCIONALNI BROJAČI-DETEKTORI NEUTRONSKOG ZRAČENJA

HelijumskiHelijumski proporcionalniproporcionalni brojabrojačč

Energetski opseg: termalni (0,025 eV) do 3 MeVGas punjenja i meta: helijumReakcija: 3He + n 3H + p, odnosno 3He(n,p)3H

Neutronski detektor punjen 3He

Neutronska spektrometrija u zaštiti od zračenja

Bonerova sfera bazirana na 3He proporc.brojačuEnerg. Opseg Therm.- 20 MeV

Opseg jačine ekv.doze: deo nSv/h do više stotina mSv/h

MehurastiMehurasti detektoridetektoriMikroskopske kapljice suspendovane u gelu

Princip rada mehurastih komora(levo pre i desno posleozračivanja)

Detektor sa mehurastom komorom

JJonizaonizaccionionee komorekomore

I ~ intenzitetu zračenja, reda 10-12 A

Merna nesigurnost: najnižau < 5 % (etalonske)u < 20 %

Vrste zračenja: alfa, fotoni, beta, termalni neutroni, protoni

Energetski opseg: Eγ> 10 keV,Eβ>120 keV

Elektrometar ili strujni integratorBuild-up kape

Relativna metoda-zahteva etaloniranje etalonom višeg ranga i sledivost do primarnog etalona

MERILA BAZIRANA NA SCINTILACIJI

Princip rada:1) Zračenje proizvodi svetlosni imupls u fosforu 2) Blesak svetlosti (scintilacija) se konvertuje u električni

impuls (fotokatoda)3) Izbačeni e- udarom u dinodu proizvodi 4 sekundarna e-

4) Faktor multiplikacije: 4n ( n – broj dinoda)

Scintilacioni brojači celog telaWhole body counter WBC i Thyroid

uptake detectors TUD

Vrsta detektora: NaI(Tl) velikezapremine (preko 500 cm3)Namena: in – vivo merenje kontaminacijecelog telaMane: ne vrši diskriminaciju vrstazračenja, uticaj znoja daje lažnu informaciju o povećanju 40 K

MERILA BAZIRANA NA MERILA BAZIRANA NA POLUPROVODNIPOLUPROVODNIČČKIM DETEKTORIMAKIM DETEKTORIMA

Prednosti: visoka rezolucija (ograničenje Epar e-š ~ 2,98 eV za Ge i 3,62 eV Si, ) u poređenju sa 30 eV zaproporcionalni brojač

Detektori čvrstog stanja:HPGe , Ge(Li)- spektrometri gama zračenjaSi sa površinskom barijerom: spektrometri alfa zračenja Elektronski lični dozimetri sa Si diodomDose-card- kontrola pristupa

ElektronskiElektronski liliččnini dozimetridozimetri sasa SiSidiodomdiodom -- aktivni LDaktivni LD

Tip detektora: energetski kompenzovana Si didoda u p-n spojuu pakovanju neosetljivom na RF

Vrste zračenja: X, gamaEnergetski opseg: 20 keV – 6 MeVu ( k=2)< ± 10 % na energiji 137CsMerni opseg: Hp(10), Hp(0,07): 1 μSv/h – 1 Sv/h (do 10 Sv/h); 1 μSv – 1 Sv ( do 10 Sv)

PoluprovodniPoluprovodniččki dozimetriki dozimetri(MOSFET)

Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

Poluprovodnička analogija TLD

Osetljivost: (1 – 3) mV/cGy

Nazavisni od: upadnog ugla zračenja, jačine doze, energije, kvaliteta zračenja,I temperature

DETEKTORI BAZIRANI NA DETEKTORI BAZIRANI NA TERMOLUMINESCENCIJITERMOLUMINESCENCIJI

‚ Princip rada: - e- oslobođen jonizacijom zarobljen na mestu nesavršenosti

kristalne rešetke TL materijala - - zagrevanjem se oslobađa uz emisiju vidljive svetlosti (200 0C)- - količina svetlosti srazmerna apsorbovanoj dozi - - dalje zagrevanje ″resetuje″ TLD (400 0C)

Primena: lična dozimetrija (pasivni), monitoring zračenja u okolini,klinička dozimetrija (in-vivo), dozimetrija polja)

DETEKTORI BAZIRANI NA DETEKTORI BAZIRANI NA TERMOLUMINESCENCIJITERMOLUMINESCENCIJI

Metrološki uslovi:

Merna nesigurnost: ± 5% Merni opseg: 1 μGy do 105 GyEnergetski opseg: 10 keV do 10 MeVPrag radijacionog oštećenja:za LiF 50 GyFeding signala: 2 % - 30 % (zavisno od TL materijala)

TL materijaliTL materijaliLIČNA DOZIMETRIJA: Litijum fluorid (LiF:Mn) i

Kalcijum fluorid (CaF2:Mn)

MONITORING OKOLINE: Kalcijum fluorid (CaF2:Dy)i

Kalcijum sulfatni (CaSO4:Dy)

DOZIMETRIJA POLJA: Litijum borat (Li2B4O7:Mn)

Kalcijum fluorid (CaF2:Mn)

Oblik TL materijala: prah, toplo-presovane ljuspice, palete,

impregnirani teflonski diskovi.

TLD bedTLD bedžž -- konfigurisanjekonfigurisanjekartice za neutronekartice za neutroneTLD bedž: dozimetarska kartica + pakovanje + filter (Cd + plastika)

Albedo pakovanje:7LiF (β, γ) + 6LiF (n do 0,6 MeV+ γ) 7LiF meri samo γ6LiF- meri γ+n (generisani brzim neutronima koji su upali na telo i reflektovali se unazad)Razlika u očitavanju 7LiF i 6LiF daje neutronsku dozu

RezimeRezime mehanizamamehanizama detekcijedetekcijeMehanizam Primena Tip merila Medijum

Jonizacija Monitoring zračenja

1. Jonizacione komore2. Proporcionalni brojači3. Geiger-Müller brojači4. Detektori čvrstogstanja

1. Gas2. Gas 3. Gas 4. Poluprovodnik

Scintilacija Monitoring zračenja

Scintilacioni brojači Kristal ili tečnost

Termoluminescencija

Lični dozimetri+ polje

Termoluminescentnidozimetri (TLD)

Kristal

Hemijskepromene

Lična dozimetrijaVisokeapsorbovane doze

Fotografski filmFrike dozimetriCeS dozimetri

Fotografske emulzijeRazne sumporne smeše

Zagrevanje-promena temper.

Primarni etalon apsorbovane doze

Kalorimetar Čvrsti ili tečnost(grafitni i vodeni, TE)

Biološki efekti Akcidenti Biološko tkivo Biološko tkivo