XAS
 
Absorpcija
rentgenske
svetlobe
crta
crta
crta
crta
 
Izviri
rentgenske
svetlobe
crta
crta
crta
crta
 
Rentgenska
optika
crta
crta
crta
crta


 

 

 

DOZIMETRIJA

Dozimetrija ionizirajočega sevanja obravnava načine merjenja energije, ki jo prejme snov pri obsevanju z ionizirajočim sevanjem.

Preneseno energijo W na enoto mase snovi mi imenujemo absorbirana doza (D).

 
(5)

Izražamo jo z enoto gray (Gy = J/kg). Starejša enota za absorbirano dozo (rad) je stokrat manjša: 1 rad = 0,01 Gy.

Dozna hitrost () podaja hitrost dovajanja energije na enoto mase snovi.

 
(6)

Njena enota je Gy/s.

Energija, ki jo snov prejme na časovno enoto je odvisna od gostote vpadnega energijskega toka . Ta je sorazmeren številu vpadnih fotonov na časovno enoto in na enoto površine tarče.

 
(7)

                                                   

Slika 7: Približek tanke tarče.

Iz tarče na izhodni strani izhajajo poleg fotonov, ki v snovi ne interagirajo, tudi sipani fotoni in fotoni, ki v snovi nastanejo kot posledica interakcije vpadnih fotonov s snovjo (Slika 7). To pomeni, da se del absorbirane energije sprosti v obliki fotonov (fluorescenca), na primer pri fotoefektu, ko elektron iz višje lupine nadomesti izbiti notranji elektron. Del pa se je porabi za emisijo sekundarnih elektronov v snovi in pri zaviranju le teh se tudi sproščajo fotoni (zavorno sevanje). 

Za natančnejše določanje absorbirane energije se v dozimetriji uporablja energijski absorpcijski koeficient μ. Njegovo zvezo z linearnim absorpcijskim koeficientom podaja naslednja enačba:

 
(8)

ki upošteva popravke, v katerih predstavlja člen g delež energije sproščene v obliki zavornega sevanja pri emisiji sekundarnih elektronov, člen δ/hν pa delež energije sproščene kot sevanje pri fotoefektu.

Člen g je velik za snovi z velikim vrstnim številom in pri fotonih z veliko energijo. Pri rentgenskih fotonih pa je zavorno sevanje, ki nastane kot posledica zaviranja elektronov sproščenih pri fotoefektu nepomembno. Primer popravkov energijskega absorpcijskega koeficienta vode za fotone energije 100 keV je (1-g) ~ 1,  (1-δ/hν) = 0,15. 

Kot smo že omenili, gostota energijskega toka z globino pojema eksponentno (enačba 4):

 
(9)

Za tanke tarče, kjer je absorpcijska debelina majhna, μx << 1 (slika 7), lahko enačbo poenostavimo tako, da eksponent razvijemo v vrsto:  in zgornjo enačbo zapišemo v obliki:

 
(10)

Dozno hitrost (enačba 6) dobimo tako, da pogledamo, koliko energije se absorbira v snovi debeline x v časovni enoti:

 
(11)

ρ je gostota snovi.

Enačba 11 velja, ko je debelina absorberja (x) majhna v primerjavi s prosto potjo vpadnih in sekundarnih fotonov. V tem primeru lahko sipanje fotonov zanemarimo, zavorno sevanje sekundarnih elektronov in fluorescenca pa ne predstavljata dodatnega vira fotonov [10].

Absorbirana dozaje sorazmerna dozni hitrosti.

 
(12)

                                                      

Merjenje doze in dozne hitrosti

Pari ion-elektron, ki nastanejo pri interakciji žarkov s snovjo, se med seboj rekombinirajo. Sproščena energija se porabi za termično gibanje teh ter ostalih atomov in molekul v okolici, pri tem je sprememba temperature sistema manjša kot tisočinka stopinje celzija. V praksi ne merimo direktno energije oziroma temperaturne spremembe ampak pare ion-elektron, ki nastanejo pri ionizaciji plina. Tako lahko dozo določimo na primer z merjenjem toka v ionizacijski celici ali pa preko merjenja ionov, ki nastanejo pri kemijskih procesih, občutljivih na ionizacijo.

Ionizacijske celice

Plin se nahaja med elektrodama, ki ustvarjata električno polje. Pri obsevanju plina nastanejo ioni in elektroni, ki jih električno polje usmeri k nasprotno nabiti plošči (slika 8). Tok, ki ga na ta način dobimo, ojačimo z elektronskim ojačevalcem.

Slika 8: Shema ionizacijske celice.

Tok I v ionizacijski celici je sorazmeren dozni hitrosti.

 
(13)

Kjer je kkalibracijska konstanta za ionizacijsko celico.

Ionizacijske celice so lahko polnjene z zrakom ali drugo mešanico plinov pri različnih tlakih in jih moramo predhodno kalibrirati [9].

Dozimetrijske raztopine

Dozo lahko merimo z dozimetrijskimi raztopinami. Absorbirano dozo določimo iz spremembe absorbance dozimetrijske raztopine v območju vidne svetlobe.

Pogosto se uporablja Fricke-jev reagent [11]. To je raztopina železovega(II) sulfata(VI), pri kateri pride ob obsevanju z ionizirajočim sevanjem do oksidacije Fe v Fe. Ti v kislem reagirajo s tiocianatnimi ioni in raztopina se obarva rdeče.

t

a

Dozimetrija z železovim sulfatom je zelo učinkovita metoda za določanje doz manjših od 400 Gy. Za merjenje doz v območju od 2 do 26 Gy se uporablja 1×10 M raztopina Fen z dodatkom manjših količin železa(III), ki preprečuje avto oksidacijo železa(II) v prisotnosti tiosulfatnih ionov.

Mera za absorbirano dozo je povečanje absorbance ΔA za območje vidne svetlobe, ki jo merimo spektrofotometrično.

 
(14)

kjer je k kalibracijska konstanta za Fricke-jev reagent.

Tovrstne raztopine je potrebno predhodno umeriti [12].

 

Analitična ocena dozne hitrosti

Na osnovi meritev doze pri obsevanju tarč s svetlobo iz rentgenske cevi je bila dobljena naslednja odvisnost dozne hitrosti v zraku od parametrov na rentgenski cevi [13]:

 
(15)

kjer je U (kV) napetost na rentgenski cevi, I (mA) tok na anodi, d (cm) oddaljenost od anode in X (mm) debelina aluminijevega filtra med izvirom in tarčo. K je konstanta, ki jo je za dano rentgensko cev potrebno določiti.

Enačba je zgolj približna in ni uporabna za natančno določanje dozne hitrosti. Lahko pa nam je v pomoč pri načrtovanju eksperimentov. Iz nje razberemo, da dozna hitrost linearno narašča s tokom in pojema s kvadratom oddaljenosti od izvira.

 

 

 

 

E-mail:iztok.arcon@p-ng.si
Last change: 30-May-2006