روش های تحلیلی هسته ای

روش های تحلیلی هسته ای

 

تحلیل عناصر ردیاب، زمینه بروزی از شیمی تجزیه را ارائه می کند که با توجه به پیشرفت در زمینه مواد خالص در انرژی هسته ای،  فناوری الکترونیک و کامپیوتر دارای اهمیت برجسته ای است.  همچنین دارای اهمیت خاصی در زمینـه زیست شناســی ( عناصر ردیاب حیاتی مهم و سمی، آلودگی های زیست محیطی) اسـت.  این زمینه کاری، بار اول به علت الزامات مواد بسیار خالص مورد نیاز در راکتور های هسته ای (بریلیوم، توریوم، اورانیوم و ...) مطرح شدکه میزان ناخالصی ها نبایست از محدوده  تا  به خصوص در مواد با سطح مقطع بالای گیراندازی نوترون نظیر بور، یوروپیوم،گادولینیوم، کادمیوم و ... تجاوز می کرد.

میزان خلوص برخی فلزات و آلیاژها (مثل کبالت، مس، مولیبدن ، نیکل، تیتانیوم، تنگستن وانادیوم) و نیز نیمه هادی ها (نظیر ژرمانیوم ، سیلیکون و ...) و همچنین آلودگی با آنتیموان، آرسنیک، بیسموت، کادمیوم، سرب، قلع و ... نباید از محدوده   تا تجاوز کند.  یعنی این عناصر هم در محصول نهائی و هم در مواد اولیه باید با حساسیت بالا ( تا ) تعیین شوند.

جدای از روشهای کلاسیک تجزیه و طیف نگاری نوری و طیف سنجی نوری، روشهای مناسب تر، استفاده ازتحلیل ردیاب ها، جذب اتمی و روش های طیف نگاری جرمی و تحلیلی هسته ای است که معمولاً استفاده از چند روش ترکیبی مفید تر است.  دامنه کاربرد برخی روشهای میکروآنالیز در جدول 1-4 نشان داده شده است.

 

جدول 1-4 : محدوده های کاری روش های میکرو آنالیز

 

روش تحلیلی	تعداد عناصر آشکار سازی شده در رنج های مختلف
	کل	(900-10)10^-7%	(10-0.1)10^-7%	<0.1 10^-7%
جذب اتمی فلورسانس اشعه ایکس طیف نگاری نشری فلورسانس  رقیق سازی ایزوتوپی روشهای سینماتیکی نورسنجی شعله فعالسازی بوسیله نوترون طیف نگاری به روش نورسنجی طیف نگاری جرمی	49 23 61 26 37 25 66 67 57 83	27   36 17   10 32 16 39	22 13 25 9 10 9 31 37 18 47	10     27 6 3 14   36

 

چند روش تحلیلی هسته ای نیز برای آنالیز شیمیایی سریع مناسب هستند.  هدف برخی از این اندازه گیری ها تعیین اجزای شیمیایی و مقادیر آنهاست.  در صورت امکان نظیر این اندازه گیری ها در زمینه کاری یا در فرآیند تولید باید بدون اتلاف وقت انجام شود.

این روشها با کنترل اتوماتیک هم قابل استفاده هستند.  روش های سریع زمین شناسی در بخش 2-5 و 3-5 بحث خواهند شد.

بسیاری از روشهای تحلیلی هسته ای که فقط برای مقاصد علمی بکار می روند به محدوده کاری این کتاب مرتبط نبوده و تنها به برخی از بهترین مراجع ارجاع داده می شود [4.24,4.26].

 

1-4 : روشهای تحلیلی بر اساس واکنش های فیزیکی با پرتو

پدیده های شامل جذب یا پراکندگی پرتو نظیر تحریک یا یونیزاسیون اوربیتال های الکترونی، راحت ترین گونه اندرکنش میان پرتو رادیواکتیو و ماده را ارائه می دهند.  کاربردهای تحلیلی اندرکنش های میان پرتو و ماده بر پایه اختلافات منحصر به فرد میان عناصر است. تنها امکان تعیین ترکیب عنصری ماده  با توجه به اینکه انرژی پرتو رادیواکتیو عموماً از چند برابر بزرگی پیوندهای شیمیایی هم بیشتراست، استفاده از پرتو است.

تنها روشهای اندازه گیری تصحیح شده، امکان آشکارسازی اختلاف میان ترکیب ها و امکان استفاده از آنها را می دهد (مثلاً اثر موسبار).

 

1-1-4 : تحلیل گازها بر اساس یونیزاسیون

اگر پرتو رادیواکتیو از یک گاز عبور کند ، اتم ها و مولکولهای گازی تحریک شده و یونیزه می شوند. اگر از میدان الکتریکی استفاد ه شود، الکترون ها و یونهای مثبت به طرف الکترودهای مربوطه حرکت کرده و در آنجا خنثی می شوند و این آشکارسازی با اندازه گیری جریان یونیزاسیون صورت می گیرد.  الکترون هایی که به سمت الکترود مثبت حرکت می کنند،  بوسیله اتم ها و مولکولها و حتی ذرات هوا ممکن است گیراندازی شوند، لذا سرعت انتقال آنها کاهش می یابد.  بنابر این احتمال برخورد و باز ترکیب با یونهای مثبت چند برابر بزرگتر خواهد بودو همین امر باعث کاهش جریان یونیزاسیون خواهد شد. انرژی تحریک اتم ها ی گازهای نجیب که در اثر پرتوهای یونیزان یا بوسیله برخوردهای یون تحت اثر میدان الکتریک نسبتاً قوی پدید می آیند، در صورت برخورد، برای یونیزه کردن سایر مولکولها (عموماً مولکولهای آلی) نیز کافی است.  تحت شرایط برابر، حضور مقدار کم از موادی که به آسانی یونیزه می شوند، باعث افزایش قابل توجه جریان یونیزاسیون تا چند برابر مقدار شود. همین پدیده باعث ظهور آشکارسازهای گازی یونیزاسیون مانند اتاقک یونش شده است (شکل 1-4، فصل 1-1-1-2 را نیز ببینید) که در آنها یونهای تولید شده بوسیله پرتو رادیواکتیو و تغییرات جریان برای نتیجه گیری درباره ترکیب گاز استفاده می شود. بسته به آنکه کدام یک از عوامل هندسه آشکارساز، میدان الکتریکی استفاده شده و حامل های گازی مد نظر است، آشکارساز های یونیزاسیون سطح مقطع، گیراندازی الکترون و گاز نجیب (آرگون) وجود دارد.

 

حساسیت این آشکارسازها بـا تعداد یون های اولیه تعیین می شود و لذامناسب ترین چشمه های  ایزوتوپی، گسیلنده های ( ) یا ( ) با انرژی یونیزاسیون کافی هستند.

از عوامل اصلی در انتخاب نوع ایزوتوپ، نیمه عمر و میزان خطر از دیدگاه حفاظت در برابر اشعه است.

جریان یونیزاسیون درحد  تا آمپر است و لذا انجام تقویت مناسب ضروری است (مبحث 1-2 را ببینید).  آشکارسازهای یونشی در کروماتوگرافی گازی وتجزیه گازهای صنعتی کاربرد وسیعی دارند.

آشکارسازهای سطح مقطعی[1] (   دارای حداکثر شعاع فعال پرتوهای  یونیزان کوچک تری نسبت به گاز حامل کروماتوگراف هستند، در این حالات جریان یون بصورت زیر نوشته می شود:

  (1-4)                                                                                                 

 

که در آن ثابت بوده و به هندسه بستگی دارد.  و  فشار ودما   گاز آشکارساز است، ثابت جهانی گاز و  کسر مولی nامین جزء و  نیز سطح مقطع نسبی یونیزاسون جزء n ام است (معمولاً حامل گازی بــا واحــد یک در نظر گرفته می شود).

معمولاً بــا افزایــش عـدد اتمـی، سطـح مقطـع یونیزاسیـون عناصر افزایش می یابد، لذا می توان  یا  را بعنوان حامل های گازی در نظر گرفت.  سطح مقطع مولکولها از ثوابت بنیادی با استفاده از روش های ساده محاسبه می شوند.  این ثوابت از جداول کتابهای راهنما قابل استخراج هستند (مثلاً مرجع ).

در کروماتوگرافی گاز ایزوتوپهای گسیلنده پرتو  به نوع گسیلنده ارجح تر هستند و جریان یونی یکسان دراین شرایط با تعداد ذرات  کمتری تولید می شود و لذا نوسانات آماری و زمینه نویز آشکارساز بزرگتر است.

از مهم ترین مزایای آشکارساز محکم بودن آن است و به راحتی می توان ولتاژ ورودی را ( 100تا 200ولت) روی آن انتخاب کرد . محدوده % تا% 100خطی است و گزینش پذیری آن نیزکوچکتر است (مثال 1-4).

آشکارسازهای گاز نجیب (آشکارسازهای آرگون، هلیوم، ، ) بر این اساس کار می کنند که انرژی حالت تحریک شبه پایدار گازهای نجیب خیلی زیاد است  و از انرژی یونیزاسیون بیشتر مواد بالاتر است.  ولتاژ اتاقک معمولاً بالا ( )انتخاب می شود تا امکان مشارکت یونیزاسیون ثانویه در تولید حساسیت تحریک شبه پایدار وجود داشته باشد.  آشکارساز دارای حساسیت بسیار بالایی بوده  و به ناخالصی و تغییرات دما و فشار نیز بسیار حساس است.

آشکارسازهای گیراندازی الکترون در کروماتوگرافی گاز و سایر زمینه ها نظیر آشکارسازهای آئروسل ها کاربرد گسترده ای دارند. عملکرد آنها بر اساس گیراندازی الکترون و بازترکیب یونیزاسیون اولیه است. احتمال گیراندازی نوترون با میل ترکیبی الکترون اتم، مولکول یا ذرات آئروسل مشخص می شود. این معادل انرژی لازم برای خارج کردن الکترون گیراندازی شده است.

ثابت میل ترکیب الکترون،  ،بوسیله تابع نمایی از انرژی های الکترون ترکیبی محاسبه می شود و تا هفت برابر بزرگی انرژی مربوط به مواد آلی است.

اگر این مقدار برای بنزن، واحد در نظر گرفته شود، برای تتراکلراید کربن خواهد بود[4-10].  این قانون، انتخاب پذیری بالا را امکان پذیر می سازد، زیرا ضرائب جریان یونی را به صورت نمایی تحت تاثیر قرار می دهند.

 (4-2  )                                                                                                                                                                       

واگر  لذا که درآن  و  شدت جریان یونی در حال حاضر و حالت اولیه ماده با غلظت و ثابت  است. نیز ثابت هندسی و عامل بُعد است.

با استفاده از نیتروژن بعنوان حامل گازی، حساسیت برای مواد با میل ترکیب قوی الکترونی نظیر هیدروکربن های هالوژن تا  قابل افزایش است. ایزوتوپهای و بهترین چشمه های پرتودهی هستند.

آشکارسازهای آئروسل گونه ای خاص از آشکارسازهای گیراندازی الکترون هستند که در کاربردهای صنعتی در برخی زمینه ها بکار می روند و برای اندازه گیری آلاینده های هوا در حفاظت محیط زیست کاربرد گسترده ای دارند. دومسئله در ارتباط با اندازه گیری غلظت آئروسل ها بوسیله آشکارساز گیراندازی الکترون وجود دارد که عبارت است از:

-    اگر اندازه گیری در حضور مواد گیرانداز الکترون در هوا) انجام شود، این تاثیر مخرب با افزایش میدان الکتریکی قابل کاهش است  زیرا گیراندازی الکترون بوسیله  در انرژی های بالاتر الکترون ها  تا ) ، کاهش می یابد.

-    خواص گیراندازی الکترون ذرات آئروسل به نسبت قطر آنها افزایش می یابد، لذا اندازه گیری غلظت تولید مجدد تنها با پراکنده سازی همگن آئروسل ها قابل انجام است. اگر غلظت به صورت بیان شود،  این نوع آشکارساز آئروسل حساسیت بالاتری برای ذرات ریزتر از میکرومتر که آشکارسازی آنها معمولاً با روشهای متداول اندازه گیری و جداسازی امکان پذیر نیست وبرای سلامت خطر دارد، خواهد داشت.

آشکارسازهای دودی (شکل 2-4) مشابه آشکارسازهای آئروسل هستند و شامل اتاقک یونیزاسیون دو گانه هستند. در صورت وجود دود، تعادل اتاقک بهم خورده و سیگنال هشدار تولید می شود.

برای اندازه گیری غلظت آلاینده های هوا، حساس ترین آشکارساز آئروسل به گونه ای قابل استفاده است که آلاینده ها خود هیچ سیگنالی نداده ولی بتوانند بوسیله واکنش های شیمیایی مناسب آن را به آئروسل ها منتقل کنند.

برای مثال آلاینده شامل سولفور ( ، ترکیبات آلی گوگرد) بعد از اکسیداسیون روی کاتالیست به ، بعنوان ادوات قابل حمل و نقل (شکل 2-4)، که دارای حساسیت در رنج محدوده هستند می توانند استفاده شوند.

  با توجه به الزامات حفاظت زیست محیطی، آشکارسازدارای چشمه پرتوزای آب بندی شده  با اکتیویته است.  همین دستگاه می تواند غلظت گرد و خاک و دود را اندازه گیری کند.  با یک فیلامان تنگستن  می توان آئروسل های تولید شده در تجزیه حرارتی نظیر ترکیبات ارگانومتالیک و کربونیل متال مانند افزودنی های سربی گازوئیل را اندازه گیری کرد.  با استفاده از بخارات تری اتیل آمیــن انـدازه گیری آلاینده های اسیدی با روش انتخابی قابل اندازه گیری است.

---

Cross sectional [1]  

خطرات ناشي از مواد راديواكتيو

خطرات ناشي از مواد راديواكتيو

بطور كلي، خطرات ناشي از مواد راديواكتيو به دو دسته خطرات ناشي از تابش خارجی و خطرات ناشي از تابشهای داخلي تقسيم مي شوند. مقدار تابش خارجي بستگي به طبيعت تابش، قدرت چشمه و زمان پرتوگیری دارد و با عواملی چون نصب حفاظ و ايجاد فاصله، قابل كنترل خواهد بود.

شدت خطر تنفس مواد راديواكتيو اساساً بستگي به مکان قرارگیری ماده، روش و ميزان دفع آن از بدن دارد. كنترل آن مستلزم مقررات آزمايشگاه، نظافت و تهويه مناسب مي باشد.

 

تقسيم بندي نوكلئيدها بر اساس سميت

با توجه به عوامل موثر در خطرات ناشي از تنفس نوكلئيدهاي مختلف، جدول 6-1 تنظيم شده و سميت[1] نسبي تعدادي از آنها را نشان مي دهد.

اين جدول مجموعه اي از نوكلئيدها را كه بيشترين احتمال يافت شدن در مايعات و يا گازها را دارند، ارائه مي دهد. گزارش فنی شماره 15 آژانس بين المللي انرژي اتمي (IAEA Tech. Report No. 15) ليست كاملي را ارائه مي دهد. براي ALI نشريه شماره 30- ICRP و يا NRPB-R82 را ملاحظه كنيد.

مقدار ماده از هر گروه سمي كه مي تواند در آزمايشگاه بكار گرفته شود مسلماً به نوع كار، و استاندارد روشهاي اتخاذ شده بستگي دارد. جدول 6-2 راهنماي مناسبي در مورد استانداردهاي امكانات آزمايشگاهي مورد نياز سطوح مختلف اكتيويته مي باشد.

 

جدول 6-1   تقسيم بندي راديونوکلیدها  براساس سميت رادیو اکتیویته آنها

سمیت	نوكلئيد
بالا	Sr^90  و	Pb^210  و	Po^210  و	Ra^226 و	Ac^227
	Pu^239  و	Am^241  و	U^238 و	NatU ^و	NatTh
متوسط بالا	^mAg^110 و	Ce^144  و	Ru^106 و	Eu^154  و	At^211
	Sb^124  و	Cs^137  و	I^131  و	Co^60  و	Na^22
	Mn^54  و	Ca^45  و	Tl^204 و	Ir^192 و	Cl^36
				Zr^95 و	Sr^89
متوسط پایین	Hg^203 و	Pm^147 و	Zn^65 و	Fe^59 و	P^32
	Br^82 و	Na^24 و	Sr^85 و	Ru^103 و	Nb^95
	Fe^55 و	Mn^56 و	S^35 و	Au^198 و	I^132
	C^14 و	F^18 و	Cu^64 و	Ar^41 و	Be^7
پایین	^mSr^85 و	^mCo^58 و	^mTc^99 و	Zn^69 و Ar^37 و	H^3 Kr^85

 

جدول 6-2  استاندارد امكانات آزمايشگاهي در اكتيويته هاي مختلف

سميت	نوع آزمايشگاه
	درجه 1	درجه 2	درجه 3
بالا	بیشتر از MBq37 (mCi1)	MBq37-7/3 (mCi1 – mCi100)	کمترازMBq37/0 (mCi10)
متوسط بالا	بیشتر از GBq7/3 (mCi100)	GBq7/3-37MBq (mCi100-1)	کمترازMBq37 (mCi1)
متوسط پايين	بیشتر از GBq370 (Ci10)	GBq370-7/3 (Ci10 – mCi100)	کمترازGBq7/3 (mCi100)
پايين	بیشتر از TBq37 (Ci1000)	TBq37-7 3/0 (Ci1000-10)	کمترازGBq370 (Ci10)

 

هدف ارائه راهنمايي جهت تعيين حدود وسعت كار كه مي تواند بطور معقول به عهده گرفته شود، مي باشد. با توجه به پيچيدگي و خطرات ذاتي روشها، فاكتورهاي اصلاحي بايد بكار گرفته شوند(جدول 6-3)

 

جدول 6-3  روشها و فاكتورهاي اصلاحي

روش	فاكتور اصلاحي
نگهداري در كانتينر بسته، ولی با تهویه	100´
شيمي مرطوب ساده با اكتيويته ویژه پایین	10´
كارهاي معمولي شيميايي	1´
كارهاي مرطوب پیچیده يا خشك ساده	1/0´
كارهاي خشك و غبار آلود	01/0´

 

حفاظ

            از مقررات داده شده در فصل 4 (^1-CE rad h 53/0 = آهنگ دز گاما در يك متري)، كه در آن C اكتيويته بر حسب كوري و E انرژي كل گاما در هر فروپاشی است، مقدار دز حاصل از يك ميكروكوري از يك گسیلنده گاما با انرژي MeV1 برابر ^1-mR h  53/0 در يك متري است. كار با اين مقدار اكتيويته براي مدت كوتاهي ممكن است عاري از خطر باشد، ولي يك چشمه بزرگتر ، يا همان چشمه در يك فاصله كوتاهتر، نياز به حفاظ دارد.

چنانچه بتوان فرض نمود كه هيچ يك از فوتونهاي پراكندگي كامپتون به آشكارساز نرسد، محاسبه حفاظ گاما بسيار ساده خواهد بود. در اين حالت سيستم داراي مختصات «پرتوي باريك» بوده و تضعيف[2] بصورت نمايي است.

 

كه در آن I_x مقدار شدت با ضخامت x جذب كننده، _٠ Iشدت بدون جذب كننده،  نيمه ضخامت و x ضخامت جذب كننده است.

در كاربردهاي عملي حفاظ، از فوتونهاي پراكندگي كامپتون نمي توان صرف نظر كرد، و تضعيف، ديگر خطي نيست. اين حالت داراي مختصات «پرتو وسيع» مي باشد. بنابراين، مقررات حفاظ شديداً به مختصات هندسي حفاظ و چشمه بستگي دارد كه در حالتي كه آشكارساز و چشمه هر دو بوسيله حفاظ پوشيده شده باشند بیشینه است. در جدول 6-4 اين مشخصات براي دو ماده مخصوص حفاظ، سرب و بتون آورده شده است.

درصد تضعيف براي پرتو گاما 1، 2 و3 مگا الكترون ولت داده شده و ضخامتها بر حسب سانتي متر است. بعنوان مثال، اين جدول نشان مي دهد كه 65/3 سانتيمتر سرب يا 25 سانتيمتر بتون، دز حاصل از 10 ميلي كوري گسیلنده گاما با انرژي MeV1        (^1-mR h3 /5 در يك متري) را تا 10 درصد (^1-mR h 53/0) كاهش مي دهد. چنانچه 1 كوري اكتيويته داشته باشيم براي همان ميزان دز به 10 سانتيمتر سرب نياز خواهد بود.

 جدول 6-4 حفاظ گاما بوسيله سرب و بتون

تضعيف %	سرب			بتون
	MeV1	MeV2	MeV3		MeV1	MeV2	MeV3
90	65/3	15/6	26/6	25		4/31	2/35
99	9/6	11	3/12	2/45		55	67
9/99	10	16	18	58		80	94
99/99	13	8/20	3/23	70		101	118
999/99	9/16	27	8/28	88		120	143

 

هزينه حفاظ گاما

اگرچه، سرب غالباً بعنوان حفاظ گاما بكار مي رود، و در صورت كمبود فضا از ارزش بالايي برخوردار است ولي با توجه به هزينه بالاي آن كه چند صد برابر هزينه بتون است بكارگيري بتون از نظر اقتصادي مقرون به صرفه خواهد بود. (هنگام نگارش اين كتاب يك آجر سربي با ضخامت 10 سانتيمتر و سطح 10 سانتيمتر مربع 12 پوند، در صورتي كه هر متر مكعب بتون 18 پوند هزينه داشت). از آجرها و يا بلوكهاي بتوني نيز مي توان استفاده نمود كه به آساني قابل تهيه است. براي بعضي از اهداف قطعات كوچك آهن و فولاد در داخل بتون كه منجر به حصول ضخامت و هزينه مابين سرب و بتون مي گردد بكار مي رود. با توجه به اينكه هوا ارزانترين حفاظ مي باشد مي توان با استفاده از فاصله حداكثر استفاده را از آن نمود. در بعضي از موارد، مثلاً چشمه هاي راديوگرافي و يا نگهداري موقتي، ديگر چشمه هاي بسته، به شرط عدم وجود خطر خوردگي يا انحلال، مي توان از آب استفاده نمود. اغلب از آب بعنوان كند كننده و حفاظ مناسب جهت چشمه هاي نوترون Sb/Be استفاده مي شود. در كليه مسائل حفاظ، بايد به اين مسئله توجه نمود كه تابش يك پديده p4 (انتشار كروي) است. ايجاد حفاظ سربي روي ميز يا زير هود كافي نيست چرا كه فقط يك قسمت را مي پوشاند. دزهاي كاملاً بالا  مي توانند از روي ميز و يا كف هود به پاها برسند. همچنين بايد دريافت دز در اطاقهاي بالا و افراد را در نظر داشت. دز حاصل از يك گسیلنده گاما با انرژي MeV1 و اكتيويته   GBq37 (Ci 1) در فاصله 30 سانتيمتري از پشت حفاظ سربي به ضخامت 10 سانتيمتر برابر mGy6  (^{1 –}  mR h6) خواهد بود، در حاليكه مقدار دز در فاصله 5/2 متري بالا و پايين چشمه بدون حفاظ معادل mGy 1 (^{1 –} mR h 100) مي باشد و ممكن است به افراد اطاقهاي ديگر آسیب برساند. اورانيوم تهي شده[3] كه داراي دانسيته بالايي نسبت به سرب است در بعضي از مواقع براي ايجاد بیشینه حفاظ در حداقل فضا بكار مي رود ولي هزينه آن بالاست. از جيوه نيز كه داراي مزاياي زيادي است استفاده شده ولي داراي معايب هزينه بالا، خوردگي احتمالي و نيز خطر از بين رفتن اتفاقي آن در حفاظ مي باشد.

پراكندگي در هوا

براي چشمه هاي گاما با اكتيويته كمتر از  GBq 18 (Ci 5/0) پراكندگي در هوا اهميتي ندارد، ولي هنگامي كه با چشمه هاي بزرگتري در پشت حفاظ كار شود مي توان با ايجاد حفاظهاي موثر از پرتوهای ناشي از پراكندگي در هوا جلوگيري نمود، كه در غير اين صورت ايجاد دزي بالاتر از دز حاصل از تابش مستقيم مي نمايد. مثلاً پرتوهای حاصل از پراكندگي كبالت- 60 با اكتيويته TBq 7/3 (100كوري) كه در فاصله 30 سانتيمتري پشت ديواره اي با ارتفاع 25/1 متری قرار دارد دزي معادل mGy 1 (^{1 –} mR h 100) در دو متري طرف ديگر ديواره بوجود مي آورد و اين، در صورتي است كه حفاظ تنها جهت كاهش دز انتقالي بكار رود. همچنين پراكندگي در ديواره هاي اطراف حفاظ، ديوارها يا سقف نيز ايجاد دز زياد مي نمايد و اين به فاكتورهايي چون مواد بكار رفته در ساختمان و يا فاصله چشمه بستگی دارد. بنابراين در مواقع ضروري بايد ميزان دز اندازه گيري و محاسبه شده و حفاظهاي بالا و پايين لازم تهيه شوند.

 حفاظ بتا

از آنجا که ذرات بتا دارای برد محدودی هستند، معمولاً می توان با قراردادن موادی با عدد اتمی پایین از نفوذ آنها جلوگیری کرد. چنانچه از فلزات سنگین جهت حفاظ استفاده شود، تابش ترمزی ایجاد می گردد. در مورد گسیلنده های بتا – گاما حفاظهای گاما می توانند از نفود بتا و نیز تابش ترمزی جلوگیری کند، هر چند در بعضی از حالات ممکن است دز حاصل از تابش ترمزی قابل مقایسه با دز حاصل از تابش گاما باشد. مثلاً تولیوم – 170(Tm¹⁷⁰)  پرتو گاما با انرژی MeV084/0 و با انشعاب 3 درصد گسیل نموده و دارای فاکتور – k معادل 0025/0 مي باشد.[1]

تابش ذرات بتا شامل 22 درصد انرژی MeV 87/0 و 78 درصد انرژی MeV 97/0 می باشد. بر اساس ضخامت چشمه، پرتوهای ثانویه (تابش ترمزی و پرتو ایکس حاصل از بتا) میزان دزی معادل 10 برابر میزان دز حاصل از پرتو گاما تولید می نماید و این یک حالت استثنایی است چرا که معمولاً دز حاصل از پرتوهای ثانویه می تواند در مقایسه با دز حاصل از پرتوهای گامای اولیه صرف نظر گردد. قسمتی از انرژی بتا که بصورت تابش ترمزی ظاهر می گردد تقریباً معادل   است.

بهترین مواد برای جلوگیری از نفوذ پرتو بتای خالص پرسپکس یا موادی با عدد اتمی پایین است. پرسپکس می تواند نور را از خود عبور دهد و نیز محکم و مقاوم می باشد و کار کردن با آن آسان است. شیشه ارزان، ولی شکننده بوده و کار کردن با آن آسان نیست.

چنانچه مشاهده طرف دیگر حفاظ ضروری نباشد می توان از آلومینیوم یا چوب نیز استفاده کرد. ضخامت (برحسب^2-mg cm) لازم جهت محافظت کامل بستگی به انرژی بتا دارد. جدول 6-5 ضخامتهای لازم را برحسب میلیمتر برای انرژیهای مختلف بتا در مواد گوناگون نشان می دهد.

از آنجا که ماده گسیلنده بتا خالص با انرژی بالاتر از MeV 2 وجود ندارد، می توان نتیجه گرفت پرسپکس یا مواد معادل آن با ضخامت 2 سانتیمتر جهت جلوگیری از نفوذ آن کافی است و این وقتی صادق است که تولید تابش ترمزی چندان اهمیتی نداشته باشد. شیشه های معمولی برای گسیلنده بتا با انرژی پایین تر از MeV 1 کافی بوده و در محلولها ذرات بتا بطور قابل ملاحظه ای توسط خود محلول حفاظ می شوند.

جدول 6-5

(MeV)  Emax
	5/0	1	2	3
پرسپکس	2میلیمتر	4میلیمتر	7 میلیمتر	12 میلیمتر
شیشه	1	2	4	7
چوب	4	7	14	24

 

ذرات آلفا

از آنجاییکه برد ذرات آلفا حتی با بالاترین انرژی حداکثر چند سانتیمتر است لذا می توان با قرار دادن  ورقه کاغذی از نفوذ آنها جلوگیری نمود. هر چند که این ذرات فاقد خطر پرتوگیری خارجی هستند ولی دارای خطر شدید آلودگی می باشند.

---

[1]. مترجم: فاكتور – k عبارت است از ضریب تبدیل پرتوگیری به میزان دز .

---

[1] . Toxicity

[2] . Attenuation

[3] . Depleted

سنتیلاسیون مایع

سنتیلاسیون مایع

 مقدمه

شمارش سنتیلاسیون مایع بهترین روش جهت شمارش گسیلنده های بتای ضعیف مانند H³ ،C¹⁴ ، S³⁵ است. درحقیقت ممکن است این روش برای شمارش هر رادیوایزوتوپی بکار رود ولی هزینه و مشکلات تهیه محلولهای مخصوص برای شمارش را در بر خواهد داشت.

ماده رادیواکتیوی که باید شمارش شود در حلالی که حاوی یک سنتیلاتور آلی است، حل می شود. بنابراین این چشمه بطور نزدیک با آشکارساز مخلوط شده و اثرات ناشی از جذب پرتوها به حداقل می رسد. محلول در ظرف شیشه ای دربدار جای گرفته سپس بطور دستی یا مکانیکی در اطاقکی با روشنائی کم قرار می گیرد که درآنجا یک یا چند لوله تقویت کننده نوری سنتیلاسیونها را آشکار نموده وجهت شمارش به پالسهای الکتریکی تبدیل می کند.

این روش شمارش معمولا دارای بازدهی شمارش بسیار خوبی مثلاً 90 درصد برای C¹⁴ و40 درصد برای H³ است. این دستگاهها در حال حاضر برای انواع دیگر آنالیزها که درآنها لازم است شدت کم پالسهای کوچک اندازه گیری شود بکارمی رود، که شامل شمارش پدیده چرنکوف[1] و نورتابی[2] می باشد.

فرایند انتقال انرژی

وقتی که یک ذره بتا گسیل می شود در داخل محلول حرکت نموده و بوسیله میدان الکتریکی مولکولهائی که با آنها برخورد می کند پراکنده می گردد. هربار که الکترون پراکنده می شود مقدار کمی از انرژی خود را به یک مولکول انتقال       می دهد. ممکن است قبل از توقف هزاران بار پراکنده گردد. معمولاً 95 درصد مولکولهای محلول آلی هستند و در نتیجه مولکولهای حلال بیشترین قسمت انرژی ذره بتا را به خود اختصاص می دهند. برای انتقال این انرژی به مولکولهای سنتیلاتور حلال باید دارای حالت برانگیخته ای بالاتر از حالت برانگیخته مولکولهای سنتیلاتور بوده و طول عمر آن به اندازه کافی طولانی باشد تا انتقال انرژی در برخورد صورت گیرد . نقش حلال در شمارش با سنتیلاتور مایع بسیار مهم است و تعداد کمی از حلالها دارای شرایط لازم هستند، آب دارای این شرایط نمی باشد.

شمارش تناسبی

با توجه به اینکه شدت نور رسیده به لوله تقویت کننده نوری متناسب با انرژی اعمال شده به محلول توسط ذرات بتا می باشد، شمارش سنتیلاسیون مایع نوعی شمارش تناسبی است. بطوریکه قبلاً خاطر نشان شد (شکل 2-2 را ببینید) طیف انرژی یک گسیلنده بتا یک طیف پیوسته  بوده و از صفر تا E_max گسترش می یابد. جدول (12-1) مقادیرE_max و دیگر مشخصات را برای برخی از  گسیلنده های بتای ضعیف که غالبا با سنتیلاتورهای مایع شمارش می شوند، نشان می دهد. مقدارE_max  برای C¹⁴ در حدود 9 برابر E_max برای H³ است. این نشان  می دهد که قویترین سنتیلاسیون حاصل از C¹⁴ ، 9 مرتبه روشن تر از سنتیلاسیون H³  است. حال از آنجا که یک تقویت کننده نوری وسیله تناسبی است، در نتیجه بازدهی شمارش C¹⁴ بالاتر از H³  خواهد بود. همیشه آشکار کردن پالسهای بزرگتر C¹⁴ ساده تر از پالسهای حاصل از H³ است. بعضی از آنها به قدری کوچک هستند که قابل مقایسه با پالسهای حاصل از الکترونهای حرارتی فوتوکاتد که بطور گاه و بیگاه گسیل می شوند، می باشد. برای حذف پالسهای کوچک حاصل از نویزهای یونیزاسیون حرارتی در تقویت کننده نوری لازم است، تفکیک کننده ایی بکار گرفته شود و این قسمت بزرگی از طیف H³ را حذف می کند.

 

جدو12-1 مشخصات گسیلنده های بتای ضعیف که اغلب با شمارشگرهای سنتیلاسیون

مایع شمارش می شوند .

رادیوایزوتوپ	Emax(keV)	2/1T	حداکثر اکتیویته مخصوص (MBq/mg atom)
H^3	18	26/12 سال	1079
C^14	156	5730 سال	308/2
S^35	167	2/87 روز	55408

 

در قدیمی ترین سنتیلاتورهای مایع، معمولاً تقویت کننده نوری برای کاهش نویزهای حاصل از یونیزاسیون حرارتی خنک می شد و در نتیجه تفکیک کننده می توانست در سطحی پایین تنظیم گردیده و بدین ترتیب بازدهی شمارش برای تریتیم اصلاح می شد. علیرغم اینکه در حال حاضر بسیاری از شمارشگرهای سنتیلاسیون مایع خنک می شوند، ولی توسعه کیفیت لوله های تقویت کننده نوری و  ورود شمارش انطباقی[1] کمک زیادی برای حذف نویزهای انرژیهای پایین نموده است.

پالسهای خروجی از دو تقویت کننده نوری با هم جمع شده و ایجاد پالسهای «جمع» می کند. این پالس به ورودی سه تقویت کننده پالس جداگانه که هرکدام از آنها به یک تحلیلگر ارتفاع پالس تک کاناله وصل است وارد می شود. خروجی هریک از این تحلیلگرها از طریق درب الکترونیکی به یک ساختار شمارش جداگانه فرستاده می شود. این درب معمولاً بسته بوده و فقط برای زمانی کوتاه وقتیکه مدار همفرودی تشخیص می دهد که هر دو تقویت کننده نوری سنتیلاسیون را در یک زمان مشاهده نموده اند باز می شود. این حالت بطور موثر امکان شمارش پدیدهای ایجاد شده با گسیل الکترون حرارتی از فوتوکاتد را کاهش می دهد، چرا که این پدیده اتفاقی بوده و همزمان با سنتیلاسیون نخواهد بود. البته انطباق اتفاقی وجود خواهد داشت. اما اگر طول عمر پالس درب کوچک انتخاب گردد احتمال انطباق این پدیده با سنتیلاسیون به حداقل خواهد رسید. بعداً خواهیم دید که نور تابی شیمیایی[1] می تواند میزان انطباقهای اتفاقی را افزایش دهد ولی پالایش بیشتر معروف به پایش فوتون می تواند از شمارش نمونه تا تمام شدن نورتابی شیمیای جلوگیری کند.

دلایل متعددی برای داشتن بیشتر از یک کانال شمارش در شکل(12-3) وجود دارد. ممکن است بخواهیم بیشتر از یک رادیوایزوتوپ را که در محلول سنتیلاسیون وجود دارد شمارش کنیم. در عمل مشکلی برای اندازه گیری با هم  2 ، یا حتی 3 رادیو ایزوتوپ مختلف وجود ندارد. مشروط بر اینکه E_max به اندازه کافی از هم دور باشند. برای هر کانال شمارش یک تفکیک کننده بالای و یک تفکیک کننده پایینی وجود دارد. تفکیک کننده بالای برای حذف پالسهای که بزرگتر از پالسهای بوجود آمده از رادیوایزوتوپ اصلی می باشد تنظیم شده است حتی اگر یک رادیوایزوتوپ وجود داشته باشد معمولا پالسهای بزرگی وجود دارند که حاصل از تابشهای گامای کیهانی و طبیعی می باشد و باید دفع شوند. تفکیک کننده پایینی برای حذف پالسهای کوچک که ممکن است بوسیله نویزهای الکترونیکی ایجا د گردند، در انتهای پایین طیف  تنظیم می گردد.

محلول سنتیلاسیون

در فرایند انتقال انرژی از ذرات بتا به سنتیلاتور، حلال نقش اساسی دارد مولکول حلال باید دارای حالت مولکولی برانگیخته با طول عمر متوسط کافی باشد تا انرژی برانگیختگی در اثر برخورد از مولکولی به مولکول دیگر انتقال یابد. حلالهای حلقوی دارای همچون حالت برانگیخته در پیوند پی(p) که در آن الکترون در هر یک از دو طرف حلقه بنزن قرار می گیرد، می باشند. گسترش زنجیر جانبی باعث پایین آمدن حالت برانگیخته می شود. شکل (12-5) این مطلب را به شکل نمودار برای بنزن تولوئن و متاگزیلن نشان می دهد. با توجه به اینکه سطح انرژی حالت برانگیخته تولوئن دقیقاً برای انتقال انرژی به سنتیلاتور کافی است، تولوئن بیشتر از دیگر حلالها در شمارش با سنتیلاتور مایع بکار می رود. اما این توام با مشکل می باشد وآن اینکه قابل اختلاط با حلالهای آبی نیست.

بعضی از اترها قابل اختلاط با محلولهای آبی بوده و می توانند بعنوان حلال برای شمارش با سنتیلاسیون مایع مورد استفاده قرارگیرند. 1و4 دی اکسان پراستفاده ترین حلال در این دسته می باشد.

---

[1] . Chemiluminescence

---

[1] . Coincidence Counting

---

[1] . Cerenkov

[2] . Bioluminescence

تجهيزات آشكارسازي سنتيلاسيون

تجهيزات آشكارسازي سنتيلاسيون

يك نوع از سنتيلاسيون يا ابزار آشكارسازي پرتو گاما بطور متداول در پزشكي هسته اي بكار مي رود. شمارنده هاي چاهي[1]، به سوندهاي تيروئيد، و تصويربردارهاي گاما يا سنتيلاسيون معمولاً مورد استفاده بيشتري دارند. تمامي اين تجهيزات، ابزاري براي آشكارسازي پرتوگاما هستند و شامل يك موازي ساز[2] ( باستثناي شمارنده چاهي)، آشكارساز يديد سديم، لامپ تکثير كننده نوري[3]، و حافظه يا صفحه نمايش هستند. اساساً، پرتوهاي گاماي ناشي از يك چشمه در آشكارساز يديد سديم برهمكنش انجام داده و فوتونهاي نور گسيل مي شوند. در انتها يك فوتوكاتد به لوله تقويت كننده نوري(PM) متصل شده و يك پالس در انتهاي لوله PM توليد مي شود. پالس در ابتدا توسط يك پيش تقويت كننده و سپس بوسيله يك تقويت كننده خطي تقويت مي شود. يك تحليلگر[4] ارتفاع پالس، پالسهاي تقويت شده خروجي را مطابق انرژي مطلوب پرتو گاما مرتب سازي كرده و در نهايت پالسها به يك مقياس، نوار مغناطيسي، رايانه، لوله پرتو كاتدي و يا فيلم پرتو-X به عنوان خروجي هدايت مي شود.

 

موازي ساز

در همه تجهيزات پزشكي هسته اي براي تصويربرداري، يك موازي ساز به صفحه جلويي آشكارساز يديد سديم بمنظور محدود كردن ميدان ديد متصل شده است، بطوريكه از رسيدن تمامي تابشهاي خارج از ميدان ديد به آشكارساز جلوگيري شود. موازي سازها از سرب ساخته مي شوند و داراي تعدادي حفره با شكلها و اندازه هاي متفاوت هستند. سوندهاي تيروئيد، داراي يك منفذ ساده و استوانه اي شكل هستند. در تصويربردارهاي سنتيلاسيون، موازي سازها بسته به نوع كانوني كردن به حفره موازي، انشعابي، حفره سوزني، و همگرا طبقه بندي مي شوند. زماني كه تعداد حفره ها در يك موازي ساز افزايش يابد، حساسيت آشكارساز نيز افزايش مي يابد، اما يك افت ضخامت جداري قابل مقايسه بوجود خواهد آمد كه باعث نفوذ جداري پرتوهاي گاما با انرژي نسبي بالا مي شود و از اينرو وضوح فضايي كاهش مي يابد. عاملي كه مي تواند وضوح[5] يا جزئيات تصوير را افزايش دهد از طريق كاهش اندازه حفره ها در يك موازي ساز معين يا افزايش طول موازي ساز است. اين باعث يك كاهش در حساسيت (يعني راندمان آشكارسازي پرتو گاما) تصويربردار مي گيرد.

 

آشكارساز

براي آشكارسازي پرتو گاما، يك بلور يديد سديم كه يك مقدار خيلي كمي از تاليوم بصورت ناخالصي به آن افزوده شده است  بطور معمول استفاده مي شود. ساير آشكارسازها از قبيل آشكارساز ژرمانيوم با ليتيم مهاجر  ، ژرمانات بيسموت( BGB)، فلورايد باريم( BaF₂)، اكسيردو سيليكات گادليم(GSO) و اكسيردو سيليكات لوتسيم(LSO) نيز براي آشكارسازي سنتيلاسيون مورد استفاده هستند. انتخاب بلور(Tl)NaI براي آشكارسازي پرتو گاما در ابتدا بعلت چگالي قابل قبول(3/67g/cm³) و عدد اتمي بالاي يد(Z=53) كه بمحض برهمكنش پرتوهاي گاما با يك اندازه كمي از تاليوم موجود( % مول 0/1-0/4) باعث ايجاد مؤثر فوتونهاي نور( در حدود 1 فوتون نور بازاي تقريباً 30eV) مي شود، است. نور توليد شده در بلور مستقيماً از طريق پوشاندن سطح بيروني بلور با يك ماده بازتاب كننده مانند اكسيد منيزيم يا با استفاده از لوله هاي نوري بين بلور و لوله PM، به لوله PM هدايت مي شود. يديد سديم جاذب آب و نمگير بوده و باعث تغييرات رنگ كه انحراف مسير انتقال نور به لوله هاي PM را دربردارد، می شود. از اينرو، بلورها بطور سربسته و محكم در حفاظ هاي آلومينيومي محكم مهر و موم شده اند. دماي اتاق نبايد بطور ناگهاني تغيير كند، زيرا چنين تغييراتي در دما مي تواند باعث ترك خوردن بلور شود. همچنين، از ضربه هاي مكانيكي در حمل و نقل آنها بايد جلوگيري شود، زيرا بلورهاي NaI بسيار شكننده هستند.

اندازه هاي مختلفي از آشكارسازهايNaI(Tl) در تجهيزات مختلف مورد استفاده است. در نوع چاهي آشكارسازهايNaI(Tl)، بلور در مركز داراي يك حفره با عمق كافي بمنظور اينكه نمونه مورد شمارش را تقريباً بطور كامل پوشش دهد، می باشد. در اين بلورها راندمان شمارش بسيار بالا است و نياز به هيچ موازي سازي نيست. در سوندهاي تيروئيد و شمارنده هاي چاهي، بلورهاي استوانه اي كوچكتر اما ضخيم تر( 7/6×7/6cm يا 12/7×12/7cm) مورد استفاده قرار
مي گيرند، در حاليكه در تصويربردارهاي سنتيلاسيون، بلورهاي بزرگترمستطيلي
( 33-59cm) و نازكتر( 0/64-1/9cm) بكار مي روند.

 

لامپ تکثير کننده نوری

يك لوله PM شامل يك فوتوكاتد حساسيت- بالا در يك انتها و يك سري
( معمولاً 10) الكترودهاي فلزي بنام داينود در وسط، و يك آند در انتهاي ديگر كه همگي در يك لوله شيشه اي تحت خلأ قرار دارند، است. لوله PM به سمت بلور NaI(Tl) با يك روكش فوتوكاتد بلوري با يك روغن مخصوص اپتيكي ثابت شده است. تعداد لوله هاي PM در سوند تيروئيد و شمارنده چاهي يك عدد است، در حاليكه در تصويربردارهاي سنتيلاسيوني از 19 تا 94 عدد متغير است كه به پشت بلورNaI(Tl) متصل شده اند.

يك ولتاژ بالاي حدوداً 1000V از فوتوكاتد به آند لوله PM با گامهاي 100V بين داينودها بكار رفته است.

هنگاميكه يك فوتون نور از بلورNaI(Tl) به فوتوكاتد برخورد مي كند، فوتوالكترونها گسيل مي شوند، كه فوراً از طريق اختلاف ولتاژ بين الكترودها به سمت داينود شتاب مي گيرند. الكترونهاي شتاب گرفته با داينود برخورد و الكترونهاي ثانويه بيشتري گسيل مي شوند، كه مجدداً شتاب مي گيرند. فرايند تكثير الكترونهاي ثانوي بطور پيوسته تا زماني كه به آخرين داينود برسند ادامه دارد، كه در آن يك پالس از10⁵ تا 10⁸ الكترون توليد مي شود. سپس پالس در آند جذب و سرانجام به پيش تقويت كننده منتقل مي شود.

 

پيش تقويت كننده

پالس ناشي از لوله PM داراي دامنه كوچك است و بايد قبل از ساير فرآيندها تقويت شود. اين تقويت اساساً با يك پيش تقويت كننده كه در انتهاي لوله PM قرار گرفته انجام مي شود. يك پيش تقويت كننده نياز به تنظيم ولتاژ شكل پالس و تطابق سطوح امپدانس بين آشكارساز و اجزاء بعدي دارد بطوريكه پالس بطور مناسب توسط سيستم مورد پردازش قرار گيرد.

 

تقويت كننده خطي

پالس خروجي از پيش تقويت كننده نياز به تقويت بيشتري دارد و بطور مناسبی توسط تقويت كننده خطي شكل مي گيرد. سپس پالس تقويت شده بمنظور تحليل ولتاژ آن به تحليلگر ارتفاع پالس هدايت مي شود. تقويت پالس توسط بهره مشخص تقويت كننده از طريق نسبت دامنه پالس خروجي به دامنه پالس ورودي تعريف مي شود، و بهره مي تواند در محدوده 1 تا 1000 توسط كنترلهاي بهره فراهم شده بروي تقويت كننده تنظيم شود.

دامنه هاي پالسهاي خروجي معمولاً از 0 تا 10 ولت مرتب مي شوند.

 

تحليلگر ارتفاع پالس

انرژيهاي متفاوتي از پرتوهاي گاما مي تواند از يك چشمه، يا از راديونوكليدهاي يكسان و يا راديونوكليدهاي مختلف، يا بعلت پراكندگي پرتوهاي گاما در يك چشمه ساطع شود. پالس هاي خروجي از تقويت كننده ممكن است دامنه هاي مختلفي ناشي از اختلاف انرژيهاي پرتوهاي گاماي آن داشته باشند.

تحليلگر ارتفاع پالس((PHA ابزاري براي انتخاب شمارش تنها پالسهايي كه بين فاصله دامنه ولتاژ از پيش تعيين شده يا "كانال" و ساير آنهايي كه خارج از آن قرار گرفته اند، است. اين انتخاب پالسها بوسيله دكمه هاي كنترل كه سطح پايين و سطح بالا ناميده مي شود، يا پايه و پنجره، بر PHA فراهم شده، ساخته مي شود. انتخاب صحيح تنظيمات اين دكمه ها، محدوده انرژيهاي پرتو گاما را تعيين مي كند بطوريكه براي ساير پردازش ها از قبيل ثبت، شمارش و... قابل قبول خواهد بود. در تصويربردارهاي سنتيلاسيون، اين دو دكمه ها معمولاً از طريق يك كنترل پالس ولتاژ و كنترل درصد پنجره، جايگزين مي شود. كنترل ولتاژ پالس به انرژي پرتو گاما مطلوب مربوط مي شود و كنترل درصد پنجره، عرض پنجره در درصد مربوط به انرژي مطلوب را مشخص مي نمايد، كه بطور قرينه در هر طرف پالس ولتاژ تنظيم مي گردد.

روش شمارش فوق، شمارش تفاضلي ناميده مي شود، كه فقط پالسهاي مربوط به انرژي از پيش تعيين شده را مي شمارد. چنانچه نياز به شمارش پرتوهاي گاماي همه انرژيها يا همه پرتوهاي گاماي انرژيهاي بيشتر از يك انرژي از پيش تعيين شده معين باشد، روش شمارش، شمارش كامل ناميده مي شود، كه دو حالت تنها سطح پايين تر يا خط زمينه عمل كننده است و مكانيسم پنجره جنبي است.

يك تحليلگر ارتفاع پالس معمولاً فقط يك محدوده از پالسها را انتخاب مي كند و تحليلگر تك كاناله(SCA) ناميده مي شود. يك تحليلگر چند کاناله (MCA) يك ابزاري است كه مي تواند بطور همزمان پالسهاي خروجي انرژيهاي مختلف را در يك تعداد از كانالها طبقه بندي كند. با بكارگيري يك MCA، مي توان بطور همزمان يك طيف از پرتوهاي گاما با انرژيهاي متفاوت كه از يك چشمه دريافت مي شود را بدست آورد.

---

[1] - Well Counters

[2] - Collimator

[3] - Photomultiplier Tube

[4] - Analyzer

 [5]  وضوح، كمترين فاصله بين دو نقطه در يك تصوير است كه مي تواند بوسيله ابزار آشكارسازي، آشكار شود.

فيلم بج

فيلم بج 

فيلم بج شامل بسته اي از فيلم عكس برداري است كه در يك نگهدارنده با فيلترهاي تضعيف كننده است. تابش يونيزان مانند يك عكس پرتوX- فيلم را سياه مي كند. فيلتراسيون براي انجام ميزان سياه شدن فيلم تا حد ممكن نزديك به تابعي معلوم از پرتوگيري پرتو- گاما مستقل از انرژي پرتوهاي گاماي فرودي طراحي مي گردد. پس از اينكه بج بوسيله پرتوكار براي مدت معيني مورد استفاده قرار گرفت، فيلم به همراه فيلم هاي كاليبراسيون با لایه حساس يكسان كه به مقدار معيني تحت تابش پرتو قرار گرفته است دز تابش ظاهر مي گردد. دز تابش پرتو كار براي مدت معيني ارزيابي شده و معمولاً در پرونده پرتوگيري طول عمر وي نگهداري مي شود. در برخي موارد از فيلترهاي تضعيف كننده خاصي براي مرتبط كردن سياهي قسمت تابيده شده از فيلم به ذره بتا و يا حتي دز نوترون بكار مي رود. نگهدارنده هاي ويژه بج به شكل حلقه انگشتر يا دستبند براي كنترل پرتوگيري دست، مچ و قوزك مورد استفاده قرار مي گيرند.

 

8-4-3: دزيمتر ترمولومينسانس (گرما تابشي)

دزيمتر گرما تابش (TLD) يك آشكار ساز پرتو حالت جامد است، كه در آن دز پرتو را مي توان با اندازه گيري، نور در اثر گرم شدن آشكار ساز پس از پرتوگيري ارزيابي كرد.  TLD ها بلورهای معدني همچون LiF يا CaSO₄ هستند كه به آنها عناصر ناخالصي، همچون Mn، P، Mg يا Cu با غلظتهاي كم افزوده­ مي­شوند. ماتريس TLD يك عايق است ولي آلاينده حفره ودامهای الكترون با ترازهاي انرژي در حدود فاصله پيوند عايق اضافه مي كند. در پرتوگيري تابش، دامها پر مي شوند. اين دامها تا زماني كه TLD گرم مي شود باقي  مي مانند، و از اين رو حامل هاي بار بدام افتاده را رها مي كنند. تركيب مجدد حاملهاي بار كه به حركت افتاده اند منجر به گسيل نورمي شود. Li طبيعي، كه در آن فراواني ⁶Li برابر 4/7 % است براي نوترونهاي حرارتی كم و بيش حساس است. حساسيت نوتروني TLD مي تواند با افزودن ايزوتوپ سبك تر حاصل گردد. بطور مشابه، LiF غير حساس به نوترون تنها ⁷Li را مورد استفاده قرار مي دهد. دزيمتري تابش نوترون و پرتو- گاما ممكن است با بكارگيري جفتهاي TLDهاي حساس به نوترون و غيرحساس به نوترون انجام پذيرد.

 

8-5: تئوري اندازه گيري

8-5-1: انواع عدم قطعيت در اندازه گيري ها

تحليل هرنوع داده تجربي نياز به ارزيابي عدم قطعيت همراه با هر كدام از اندازه گيري ها دارد. بدون يك چنين تخميني ، داده ها ارزش بسيار محدودي دارند. چندين نوع عدم قطعيت همراه با ارزيابي وجود دارد. اين­ها شامل عدم قطعيت هاي آماري و عدم قطعيت هاي نمونه برداري و نيز خطاهاي سيستماتيك مي­باشد. مثلاً، واپاشی اتمهاي راديواكتيو بطور اتفاقي رخ داده يا بطور آماري است و لذا اندازه گيري تعداد واپاشی در يك زمان معين عدم قطعيت ذاتي دارد. اندازه گيريهاي تكراري نتايج كم و بيش متفاوتي به دست مي دهند. خطاهاي سيستماتيك بوسيله بعضي گرايش يا خطاهاي ثابت در سيستم اندازه گيري اعمال شده و غالباً بدليل اينكه از گرايشهاي نامعلوم براي آزمايشگر حاصل مي شوند براي ارزيابي بسيار مشكل هستند. خطاهاي نمونه برداري از اندازه گيريها در جمعيت هاي گوناگون از يك جمعيت معين حاصل مي شوند. اين گرايشها را به آساني نمي توان ديد چه اينكه ارزيابي شوند.

مهندسين و محققين بايد هميشه اختلاف دقت[1]  و كمي سازي[2] آگاه باشند اگرچه بكارگيري اين دو لغت بطور عام باعث از بين رفتن تفاوت آنها شده است مشهور غالباً تشخيص مهم را بهم ريخته و يا  از آن صرف نظرمي كند.  كمي سازي عبارت است از درجه كمي سازي اندازه گيري تعيين شده، مثلا، بوسيله تعدادي از ارقام معني دار عبارت است از اينكه يك اندازه گيري با مقدار اندازه گيري تا چه حد به مقدار واقعي نزديك است. يك اندازه گيري بسيار كمي نيز ممكن است بسيار غير دقيق باشد.

---

[1] . Accuracy

[2] . Precision

آشكار سازهاي سنتيلاسيون (سوسوزن)

آشكار سازهاي سنتيلاسيون (سوسوزن)

دو نوع آشكار ساز سوسوزن وجود دارد (1) بلورهای معدني جامد و (2) پلاستيك و مايعات آلي. در اين سوسوزنها نوع برانگيختگي متفاوت بوده ولي نتيجه نهائي يكسان است. با عبور ذرات باردار از ميان ماده انرژي از دست رفته بوسيله آنها به انرژي برانگيختگي بلورهای معدني يا برانگيختگي مولكولي مولكولهاي آلي تبديل مي گردد. انرژي برانگيختگي بصورت فلورسانس يا سوسوزني رها مي شود. تعداد فوتونهاي نوري گسيل شده در هر واقعه متناسب با انرژي از دست رفته بوسيله ذره باردار اوليه در واقعه است. وابستگي زماني گسيل فلورسانس، و لذا شكل پالس خروجي وابسته به نوع خاص ماده است.

اگر چه ماده سوسوزن از يكصد سال پيش براي آشكارسازي تابش يونساز مورد استفاده قرار گرفته، كاربرد گسترده آنها به زمان توسعه لامپ تكثير كننده نوري (فوتومولتي پلاير PMT) يعني به حدود 50 سال پيش بر مي گردد. اين لامپ خلاء اندازه گيري مقدار بسيار كم نور را امكان پذير مي سازد. در يك PMT فوتونهاي فرودي به يك فوتوكاتد برخورد مي كنند كه در اين صورت فوتوالكترون آزاد مي گردد. سپس فوتو الكترونها بطرف الكترود ديگري در پتانسيل بيشتر شتاب داده مي شوند كه در آنجا الكترونهاي برخورد كننده پرانرژي موجب گسيل الكترونهاي بيشتري مي گردند. اين فرايند تكثير الكترون در طي يك سري الكترودها، ادامه پيدا مي كند. تعداد الكترونها كه در نهايت در الكترود نهائي جمع آوري شده ممكن است. ميليونها برابر بيشتر از تعداد الكترونها باشد كه آبشار را شروع كرده اند. در اصل يك تقويت كننده فوتون به الكترون است.

يك مجموعه ويژه آشكار ساز سنتيلاتور داراي يك ماده سنتيلاسيون بسته است كه از نظر اپتيكي روي يك فوتوكاتد PMT سوار شده است. يك رشته تقسيم کننده ولتاژ (VDS) در (PMT) و يك پيش تقويت كننده جهت توليد يك پالس ولتاژ از الكترونهاي جمع آوري شده در الكترونهائي PMT بكار رفته است. اين اجزاء تشكيل دهنده معمولاً بصورت يك مجموعه به هم وصل شده اند. با بكاربردن اين آرايه معمولي، مجموعه آشكارساز يك دستگاه كاملي است كه تنها نياز به يك ولتاژ خارجي براي PMT و يك منبع تغذيه خارجي براي پيش تقويت كننده دارد. چنين مجموعه اي غالباً آشكارساز سوسوزني ناميده مي شود.

اندازه پالسهاي ولتاژ خروجي متناسب با انرژي انتقال يافته بوسيله ذرات باردار توليد شده در ماده سوسوزني است. يك پرتو گاماي نفوذي به ماده سوسوزني ممكن است انرژي خود را از طريق برهم كنش هاي فوتوالكتريك، پراكندگي كامپتون و توليد جفت انرژي خود را به سوسوزن بدهد. چنانچه همه(تمام) انرژي پرتو- گاماي فرودي به ماده سوسوزن انتقال يابد، تعداد فوتونهاي سنتيلاسيون توليد شده متناسب با انرژي پرتوگاماي فرودي مي باشد. لذا، با اندازه گيري توزيع اندازه هاي پالس يا توزيع ارتفاع پالس (PHD) توليد شده بوسيله آشكار ساز سوسوزن، توزيع انرژي پرتوهاي گاماي فرودي مي تواند ، تعيين گردد. لذا يكي از مهم ترين كاربردهاي آشكار سازهاي سنتيلاسيون اسپكتروسكوپي پرتو- گاما است. خواص آشكار سازهاي معمول سوسوزن در جدول 8-2 داده شده است.

 

 

جدول8-2: مواد معمولي سنتيلاسيون

ماده	ثابت واپاشی (نانو ثانيه  10^-9 s)	كاربردهاي عمده	توضيحات
معدني: NaI(Tl)	230	1)آشكار سازهاي پرتو x و 2)طيف سنج ها پرتو x و	1- رطوبت گير
			2- ماده با Z زياد
			3- 3 اينچ در 3 اينچ معمولترين براي پرتو
			4- قدرت تفكيك پرتو  با 6 تا 8%
			5- شكل عمودي استوانه اي معمولترين شكل، استوانه اي
			6- نوع- چاهي داراي كارآئي برجسته است.
آلي:	4/2	1)آشکارسازهای پرتوx و 2)آشکارسازهای دروازه ها و سطوح بزرگ 3) آشکارسازهای a و b و نوترونهای سریع 4) طیف سنج های b	1- غير رطوبت گير
BC-400			2- هزينه كم
NE-102			3- Z كم، حداقل اثر فوتوالكتريك
پلاستيك			4- بازدهي زياد براي ذرات باردار
			5- قابل دسترسي در اندازه ها و شكلهاي گوناگون

 

آشكار سازهاي سنتيلاسيونNaI

متداول­ترين ماده معدني سوسوزن NaI(TI) است. اين آشكارسازها در اندازه ها و اشكال گوناگوني قابل دسترسي هستند با توجه به اينكه حداكثر طول موج نور گسيل شده بوسيله اين ماده برابر 415nm است، پيدا كردن PMT هاي قابل دسترسي تجاري كه حداكثر حساسيت آنها با طيف گسيل فلورسانس منطبق باشد آسان است ثابت زماني واپاشی نسبتاً زياد معمولاً مسئله اي نيست چرا كه كارآئي بسيار زياد براي پرتو-X و پرتوگاما برتري زيادي بر پاسخ نوري آنها دارد. از آشكار سازهاي گوناگون (NaI(Tl  موجود كه براي مشخص نمودن ميدانهاي تابش پرتوگاما استفاده مي شود، آشكارساز استوانه اي دايره­اي با اندازه 3×3  اينچ، از نظر تاريخي مناسب مطلوب بوده است. اين نوع آشكار ساز  NaI(Tl)  بطور  گسترده اي بكار رفته و داده هاي كارآئي گسترده در كتابها و مجلات وجود دارد. توزيع ارتفاع پالسي معمول با)  NaI(Tl در شكل 8-6 نشان داده شده است.

با توجه به بازدهي بسيار زياد براي تابش الكترو مغناطيسي (شكل 8-7 را ملاحظه كنيد)، NaI(Tl)  بطور گسترده اي جهت اندازه گيري پرتوهاي- X و پرتوهاي –  بكار رفته است. آشكارسازهاي پرتوX-  با پنجره اي نازك حاوي آشكارساز بسيار نازك (NaI(Tl  غالباً براي اندازه گيري شدت و يا طيف انرژي  تابش الكترومغناطيسي با انرژي كم مورد استفاده قرار مي گيرد، با توجه به اينكه آشكار ساز هاي) NAI(Tl  نياز به خنك شدن ندارند، دازاي كاربردهاي زيادي هستند. كاربردهاي صحرائي با اين آشكار سازها امكان پذير است چرا كه مي توانند در مدت زمان طولاني در محيط گرم و مرطوب بكار گرفته شوند و بطور قابل ملاحظه اي در مقابل ضربه مقاومت نشان مي دهند و در مقابل تخريب تابشی هم مقاوم هستند.

اساساً براي هر كاربرد نياز به يك آشكار ساز با كارآئي زيادي پرتو گاما و با قدرت تفكيك متوسط، آشكار ساز) NaI(Tl  بوضوح انتخاب مناسبي است.

 

مقايسه سوسوزن هاي معدني

پيشرفتها در توموگرافي رایانه ای پرتو-X (CTX) و توموگرافي گسيل پوزيترون (PET) نيازهاي جديدي را در رابطه با سرعت، كارآئي، و عدد اتمي موثر سوسوزن هاي بكاررفته براي پرتوX- و فوتون نابودي را مطرح كرده است. جدول 8-3، NaI را با چند سنتيلاتورجديد معدني مقايسه مي كند.

 

جدول 8-3: مقايسه مواد معدني سوسوزن

سوسوزن	NaI(Tl)	BGO Bi4Ge3O12	LSO Lu2(SiO4)O	GSO Gd2siO5
بهره نسبي نور	100	20-15	75	25-20
طول موج قله (nm)	410	480	420	440
ثابت واپاشی (ns)	230	300	42و12	60-30
چگالي((g/cm^3	3/67	13/7	40/7	71/6
عدد اتمي موثر	51	75	66	59
ضريب شکست	85/1	15/2	82/1	85/1

 

آشكار سازهاي سوسوزن آلي

آشكارسازهاي سنتيلاسيون آلي نيز بسيار متداول هستند. وقتي كه آشكار ساز بزرگتر با هزينه كم مورد نياز باشد عالي ترين انتخاب هستند. اين سوسوزن براي طيف نهائي تابش الكترو مغناطيسي با انرژي زياد كاربردي ندارند چرا كه عدد اتمي كوچك حساسيت فوتوالكتريك آنها را محدود مي سازد. لذا، پراكندگي كامپتون از تقريباً 60keV تا 10MeV غالب است. علاوه بر آن، از آنجا كه آشكارسازها حاوي تنها هيدروژن و اكسيژن با چگالي 1/032g/cm³ باشند،  يك آشكار ساز ″نزديك معادل بافت″  تشكيل مي دهند. كاربردهاي معمول شامل دستگاههاي بازرسي قابل حمل و نقل ؛ مونيتورهاي قابل حمل و طيف سنج های ذره- بتا مي باشد.

8-3: آشكار سازهاي نيمه هادي پرتو- يونيزان

طرز كار اين آشكارسازهاي پرتو براساس جديدترين فناوري ها استوار است. تاثير اين آشكارسازها بر اندازه گيري پرتو با توجه به خواص يگانه نيمه­ هادي، مخصوصاً قدرت تفكيك انرژي برجسته آنها بسيار زياد بوده است.

 

جدول 8-4: آشكار سازهاي معمولي  نيمه هادي تابش يونساز

ماده	قدرت تفكيك انرژي(FWHM)	كاربرد اصلي	توضيحات
HPGe	2KeV در 1/33MeV 1KeV در 122KeV 0/15KeV در 5/9KeV	انرژي پرتو-X و پرتو گاما، اندازه گيري ها	1- قدرت تفكيك عالي
			2- عدد اتمي متوسط
			3- هزينه بالا با بازدهي پرتو ،  متغير است
			4- هنگام استفاده خنك شدن لازم دارد
			5- حجم كوچك
Si(Li)	0/14KeV در 5/9KeV  از ^55Fe	اندازه گيريهاي انرژی پرتو-   X (KeV پائين) و ذرات باردار  (مخصوصا α)	1- قدت تفكيك عالي
			2- عدد اتمي پائين
			3- هزينه پائين
			4- نياز به خنك شدن ندارد
			5- حجم پائين
			6- پنجره هاي ورودي نازك
تلورايد Cd/Zn/ (CZT)	1/5KeV در 122KeV از ^57CO	براي اندازه گيريهاي انرژي پرتوX- و انرژي كم پرتو	1- قدرت تفكيك خوب
			2- عدد اتمي بالا
			3 پر هزينه
			4- حداقل خنک شدن لازم دارد
			5- تنها در اندازه هاي پائين قابل دسترسي است

آشكارسازهاي جديد نيمه هادي ، پيوسته به بازار عرضه مي شوند. سه نوع از معمولترين اين آشكارسازها در جدول 8-4 توضيح داده شده اند.

 

 آشكارسازهاي نيمه هادي ژرمانيوم

دو نوع اصلي آشكارسازهاي نيمه هادي ژرمانيوم وجود دارند: (1) Ge(Li)، يك بلور ژرمانيوم همراه با رانش فاصله دار يونهاي ليتيوم براي حذف اثر، ناخالصي هاي طبيعي در بلور ژرمانيوم و (2) بلور ژرمانيوم با خلوص زياد HPGe كه اخيراً معرفي شده و در آن غلظت اتم ناخالص كمتر از 10¹⁰cm^-3  است. آشكارسازهاي گرانتر HPGe جايگزين فناوري Ge(Li) قديمي تر شده اند چرا كه مي توانند هنگامي كه مورد استفاده قرار نمي گيرند در دماي اتاق نگهداري شوند در حاليكه بلورهای Ge(Li) لازم است هميشه در دماي نيتروژن مايع نگهداري شوند.

آشكارسازهاي ژرمانيوم علاوه بر مزيت قدرت تفكيك انرژي استثنائي، براي آشكارسازي فوتونها كارآئي زياد دارند. كارآئي آنها براي پرتوهاي X- با انرژي هاي كم عالي بوده و براي پرتوهاي با انرژي گاما از 1KeV تا 10MeV خوب است. كيفيت اين آشكارسازها غالباً با NaI(Tl) و تلوريد روي (CZT)Cd/Zn مقايسه مي گردد. با توجه به عدد اتمي زيادتر و اندازه بزرگتر، آشكار سازهاي NaI(Tl) غالباً داراي كارآئي بيشتري براي پرتو گاما با انرژي زياد نسبت به آشكارسازهاي ژرمانيوم هستند ولي داراي قدرت تفكيك ضعيف انرژي مي باشند.

اطاقكهاي يونش

 اطاقكهاي يونش

اطاقكهاي يونش يا اطاقك يون بطور گسترده اي بعنوان مونيتورهاي تابش مورد استفاده قرار مي گيرند. اين دستگاهها مي توانند براي شمارش يا آشكارسازي ذرات آلفا، ذرات بتا، پرتو گاما، پرتويX و نوترون طراحي شوند. اطاقكهاي اصلي ترين نوع آشكارساز پرتو گازي است. چرا كه بدون تكثير گازي كار مي كند. اين محفظه ها بطور گسترده اي به نام اطاقكهاي جريان هستند چرا كه آنها غالباً با اندازه گيري مستقيم جريان خروجي كار مي كنند. هنگام كار در سطح جريان اشباع (ناحيه II شكل 8-2) اندازه يا مقدار جريان خروجي متناسب با شدت تابش فرودي بوده، و اندازه گيري مستقيم آهنگ پرتوگيري را امكان پذير مي سازد. در يك اطاقك يون با الكترودهاي ورقه هاي موازي و ميدان يكنواخت الكتريكي، پالسهاي جريان از هروزه بطور جداگانه مي تواند ثبت شده، لذا طیف نگاری انرژي تابش فرودي را مجاز مي سازد ليكن يا اما در معمولترين هندسه استوانه­اي ، محفظه هاي يونيزاسيون نمي تواند براي اين منظور بكار رود چرا كه اندازه يا ارتفاع پالس به محلي بستگي دارد كه در آن جفت يون- الكترون در آشكارساز تشكيل مي شوند.

 

اطاقك يونش پرتو- گاما

اطاقك يون پرتو گاما كه در حالت جريان كار ميكند، بسيار پايداربوده و داراي عمر طولاني است. اين اطاقكها مي توانند در اندازه ها و شكلهاي گوناگون ساخته شود. اطاقكهاي يوني بزرگ بعنوان مونيتورهاي محيط براي تابشهاي يونساز بكاررفته و محفظه هاي با فشار بالا حساسيت زيادي از خود نشان داده ، اندازه گيري آهنگهاي دز را تا 1μR/h امكان پذير  مي كند. اطاقكهاي كوچك با فشارهاي كم گاز مي توانند در ميدانهاي تابش آهنگهاي پرتوگيري تا 10⁷R/h كاركنند.

اطاقكهاي يونيزاسيون پر شده از هوا مرتبط با فشار اتمسفر غالباً براي اندازه گيري مفدار پرتوگيري بكار مي روند. پس از تشكيل يك جفت الكترون- يون، الكترونها و يونها از ميان گاز بطرف الكترودها ، جمع آوري آنها شروع به حركت مي كنند. با وجود اين اكسيژن الكترونگاتيو الكترون آزاد را براي توليد يك يون منفي سنگين سريعاً گير اندازي مي كند. با توجه به اين گيراندازي بخش اعظم الكترونهاي آزاد ناپديد شده و جريان محفظه بوسيله حركت يونهاي منفي و مثبت توليد مي گردد. هنگامي كه يك آشكار ساز در مد جريان كار ميكند تا زماني كه اختلاف پتانسيل كافي براي جلوگيري از تركيب مجدد وجود داشته باشد مشكل و مسئله اي نيست. با وجود اين، يك چنين اطاقكي براي كار در حالت- پالس مناسب نيست چرا كه يونهاي مثبت و منفي در مقايسه با سمت الكترون در ميدان الكتريكي يكسان بسيار آرام حركت كرده، و پالسهاي بسيار عريض از نظر زمان و غير قابل تفكيك از هم توليد مي شوند.

 

اطاقکهای یونش حساس به نوترون

با توجه به اينكه نوترونها مستقيماً توليد زوج يون – الكترون نمي كنند، يك اطاقك يوني حساس به نوترون بايد بهمراه بعضي از ايزوتوپهائي باشند كه با سطح مقطع بزرگ نوترون براي يك واكنش هسته اي توليد ذرات باردار كنند كه بنوبه به خود توليد زوج يون- الكترون در گاز محفظه مي نمايند. معمولترين گازهاي مصرف شده ³He  و BF₃ هستند. يا اينكه، ممكن است داخل لوله با يك لايه اي از ماده حساس به نوترون همچون B يا ²³⁵U پوشانده شود، كه در هنگام جذب نوترون ذرات باردار همچون ذرات آلفا يا پاره هاي شكافت در داخل گاز توليد كند اطاقك هائي كه با مواد قابل شكافت پوشانده شده اند به اطاقك شكافت معروف اند. چنين محفظه هائي غالباً در حالت شمارشگر تناسبي كار مي كنند.

محفظه هاي شكافت غالباً در جائي بكار مي رود كه ميدان تابش مخلوط همراه با بخش زيادي از پرتو گاما وجود داشته باشد. از آنجا كه اين آشكارسازها در مد پالس كار مي كنند، پالس بزرگ ولتاژ تشكيل شده بوسيله بار زياد توليد شده بوسيله يونيزاسيون محصولات شكافت باردار و سنگين يا راديواكتيويته حاصل از آنها شناسائي را در مقابل پالس كوچكتر ولتاژ حاصل از پرتو گاما امكان پذير مي سازد. محفظه­هاي شكافت پوشيده از لايه ²³⁵U يا ²³⁹PU آشكار سازهاي نوترون حرارتی كارآيي هستند كه غالباً براي كانالهاي شروع قلب راكتور هسته اي بكار مي روند.

يك اطاقك يوني جبراني يك آشكارساز نوتروني است كه بطور موثر جريان القائي پرتوگاما را تبعيض مي كند. معمولاً محفظه داراي سه الكترود متمركز بوده، يكي با ماده اي حساس به نوترون همچون ²³⁵U، يا تركيبي داراي ¹⁰B پوشش داده شده است. محفظه هاي يوني جبراني بطور گسترده اي در راكتورهاي هسته اي با توجه به توانائي آنها براي پاسخ به ميدانهاي نوتروني كه تا 10¹⁰ برابر متغيير است بكار مي روند، يعني اين آشكار سازها داراي "برد ديناميك" بسيار بزرگي هستند.

فيزيك بهداشت چیست؟

فيزيك بهداشت چیست؟

فيزيك بهداشت مجموعه قوانيني است كه حفاظت پرتوكاران و همچنين مردم را در مقابل اثرات خطرناك تابش مورد بحث و بررسي قرار مي‌دهد. كاربرد تابش يون‌ساز بلافاصله پس از كشف پرتوهاي -X به وسيله رانتگن در دسامبر 1895 شروع گرديد. سه سال پس از آن در دسامبر 1898، ماري كوري و پيركوري راديم را كشف كردند. شدت تابش اين دو منبع بلافاصله در زمينه پزشكي براي تشخيص و درمان مورد استفاده قرار گرفت. در بسياري از كاربردها موضوع پرتوگيري تابش و اثرات خطرناك آن شناخته نشد. تا سال 1920 بسياري از راديولوژيست‌ها و تكنسين‌هاي آن زمان به سرطان پوست مبتلا شده و بعضي ديگر از كم‌خوني (احتمالاً سرطان خون) فوت مي‌كردند. اين موضوع باعث به وجود آمدن اصل “ دز مقاومت ” براي پرتوكاران شد كه مي‌توان آن را تولد علم فيزيك بهداشت ناميد.

انتخاب تجهیزات شمارش

انتخاب تجهیزات شمارش

شمارش آلفا

برای شمارش مستقیم آلفا شمارنده سنتیلاسیون سولفور روی معمولا بعلت زمینه پائین، زمان تفکیک پائین که منجر به آهنگ شمارش بالا می شود وحقیقت اینکه نیازی به تقویت کننده با بهره  بالا ندارد،  اولین انتخاب می باشد.

اکتیویته آلفا می تواند در حضور یک گسیلنده بتا با اکتیویته 10⁶ برابر آن بدون تداخل قابل ملاحظه تعیین گردد. یک گزینه دیگر برای طیف سنجی آلفا بکار بردن آشکارساز نیمه هادی با سد سیلسیم است. شمارش باید به منظور کاهش پراکندگی به وسیله مولکولهای گاز در خلاء صورت گیرد. خروجی شمارشگر بوسیله یک تقویت کننده اولیه حساس به بار به تقویت کننده اصلی و آنالیزور چند کاناله تغذیه گردد. آنالیزور 1024 کاناله معمولاً مناسب است.

 

شمارش بتا

برای شمارشهای عمومی شمارشگر گایگر با پنجره انتهائی احتمالا مناسب ترین شمارنده است. این آشکارسازها در بازه محدودیت خود پرتوزایی های آلفا، بتا و گاما را آشکار می سازند. لوله Mullard MX 123 در کشورهای اروپائی موارد استفاده وسیعی جهت شمارش اکتیویته هائی مواد جامد روی دیسک یا پلانچت دارد. این لوله دارای پنجره ای با ضخامت^2-mg cm2 بوده و می تواند برای شمارش کربن-14 (C¹⁴)، گسیلنده بتا با انرژیkeV155 E_max=با بازدهی آشکارسازی یک درصد مورد استفاده قرار گیرد. هنگامیکه گسیلنده  بتا پر انرژی نزدیک پنجره شمارش شود بازدهی شمارش تا 200 درصد افزایش می یابد. لولهMx123 «لوله خاموش» شده با برم بوده، معمولا در ولتاژی حدود100 ولت کار می کند و پنجره ای با قطر 14 میلی متر دارد.

ممکن است مایعات را با بکار بردن لوله گایگر توام با محفظه حلقوی در اطراف بیرونی لوله شیشه ای نازک جهت نگهداری مایع شمارش نمود. لوله MuIIard Mx 142 از این نوع می باشد. این لوله دارای ضخامت^2-mg cm5 بوده و می تواند 5 تا 7 میلی لیتر مایع را درخود جای دهد و معمولا در حدود420 ولت کار می کند. لوله های گایگر مایع فقط برای گسیلنده های بتا پر انرژی قابل استفاده می باشند، چرا که پرتوهای کم انرژی براحتی در مایع  و در دیواره لوله جذب می گردند. هر لوله گایگر برای هر مدار شمارنده ای مناسب نیست. مقدار ظرفیت ورودی و مقاومت، خواص لوله را تحت تاثیر قرار می دهند. اگر شکی در مقادیر ترکیبات مدار ورودی وجود دارد، بهتر است که با سازنده تماس گرفته شود.

برای ذرات بتا با انرژی کمتر از100 کیلو الکترون ولت مناسبترین روش شمارش سنتیلاسیون مایع می باشد. مزیت این روش در داشتن بازدهی آشکارسازی بیشتر از90  درصد برای C¹⁴ و60 درصد برای H³ است. در حال حاضر روشهای تصحیح خاموشی به خوبی توسعه یافته اند که در فصل 12 توضیح داده شدند. تهیه نمونه ممکن است نامطلوب و پرهزینه باشد ولی صرفه جوئی در مصرف مقادیر کم رادیوایزوتوپها با توجه به بازدهی آشکارسازی بالای این روش سریعاً هزینه را جبران می نماید. همانگونه که در فصل 13 توضیح داده شد با بکاربردن دترژانها مانند تریتون- ایکس 100، محلولهای آبی براحتی با شمارش سنتیلاسیون مایع شمارش می شوند.

ممکن است شمارش گازی برای شمارش بعضی از گسیلنده های بتا کم انرژی بکار روند. ترکیب حاوی C¹⁴ می تواند با سوزاندن به ₂CO¹⁴ تبدیل شده و سپس برای ورود به شمارشگر با آرگون و متان مخلوط شود. هر چند این روش متضمن داشتن یک خط عملیات گازی است ولی هنوز هم برای سالیابی با C¹⁴ بکار می رود. یک شمارشگر تناسبی گازی با پنجره و یا بدون پنجره می تواند برای شمارش گسیلنده های بتا کم انرژی بکار رود. مزیت این نوع سیستم ها پایداری طولانی آنهاست و اغلب در آزمایشگاههای سنجش رادیوایزوتوپ بکار می روند ولی نیاز به تهیه گاز مخصوص و امکانات خشک کردن دارند.

دیسکهای نازک آنتراسن و یا یدیدسدیم نیز می توانند بعنوان آشکارسازهای سنتیلاسیون برای تابش بتا بکار روند. اینها برای اندازه گیری اکتیویته بتا در حضور زمینه بالا گاما مورد استفاده قرار می گیرد. هر اندازه دیسک نازکتر باشد دفع تابش گاما از آن آسانتر انجام می گیرد ولی حتی دیسک های نازک  می توانند هنوز تابش بتا را آشکار نمایند. این نوع آشکار سازها برای اندازه گیری اکتیویته بتای جذب شده روی الکترود فلزی از محلول احاطه کننده که حاوی اکتیویته بالائی از گاما است بکار می روند. بالاخره آشکار سازهای نیمه هادی می توانند برای طیف سنجی بتا مورد استفاده قرار گیرند. شمارشگرهایGe(Li)  و سیلیسیم  با مانع سطح هر دو بکار می روند. با توجه به اینکه آشکارسازهای سیلسیم در درجات حرارت معمولی عمل می کنند مناسبتر از آشکار سازها ی ژرمانیوم که باید در درجه حرارت ازت مایع کار کنند می باشند.

 

شمارش گاما

شمارش گاما زمانی بازدهی بیشتری خواهد داشت، که چشمه دورتر از آشکارسازها قرار گرفته باشد. این چنین حالت زمانی اتفاق می افتد که رادیوایزوتوپ در داخل بدن انسان بوده در لوله آزمایشی احاطه شده و یا اینکه در داخل دستگاه شیمیائی قرار گرفته باشد. پرتو گاما  اندازه گیری از فاصله دور را امکان پذیر می سازد. شمارش سنتیلاسیون با کریستال یدید سدیم بعنوان  پس تاب دارای بازدهی بیشتری نسبت به شمارشگرهای گایگر می باشد. مقدار حقیقی بازدهی آشکار سازی بستگی به فاکتورهای متعددی دارد- نسبت انشعاب فرو پاشی انرژی گاما و ژئومتری شمارش مهمترین آنها هستند.

علیرغم اینکه بازدهی شمارش50 درصد با آشکارسازهای یدیدسدیم قابل دسترسی است مقادیر معمولی در حدود 10درصد می باشند. با وجود این حتی بازدهی 10درصد آن با بازدهی یک درصد لوله های گایگر یا آشکارساز ژرمانیوم با ناخالصی لیتیم قابل مقایسه است. زمان تفکیک کریستال یدیدسدیم درحدود یک میکرو ثانیه بوده و لذا آهنگ های شمارش بالا می توانند بدون نیاز به تصحیح شمارش از دست رفته بدست آیند. اهمیت زمینه حاصل از پرتوهای کیهانی و منابع طبیعی متناسب با حجم کریستال بوده و بنابراین یک کریستال نازک با حفاظ مناسب برای شمارش گسیلنده های گاما کم انرژی بهتر است. بسیاری از سازندگان آشکار ساز یدید سدیم را توام با رشته داینود و  گسیلنده های متعاقب مربوط عرضه می کنند.

تابشهاي هسته اي

خواص تابش

 

چهار نوع تابش اصلي وجود دارند كه مورد بحث قرار مي گيرند:

 

ذرات آلفا

ذرات آلفا داراي بار مثبت (2 واحد) و جرم u4 هستند .

ذرات بتا

ذرات بتا داراي بار منفي (1 واحد) و جرم قابل صرف نظر هستند.

پرتو گاما

پرتو گاما فاقد بار و جرم هستند.

نوترونها

نوترونها داراي بار نيستند ولي جرمي معادل u1 دارند.

خواص ذرات شتابدار (الكترونها، پروتونها، دوترونها ...) را مورد بحث قرار نخواهيم داد و فقط در مورد نوترون بحث خواهد شد.

جهت بررسي اختلاف بين پرتوها شكل 2-1 را كه بوسيله مادام كوري ارائه شده و در آن ميدان مغناطيسي عمود بر صفحه كاغذ است را در نظر مي گيريم. ميداني كه ذرات بتا را تحت تاثير قرار مي دهد تقريباً بر روي ذرات آلفا تاثير كمتري دارد. نوترونها نيز همچون پرتو گاما بدون تاثير از ميدان عبور مي كنند و پوزيترونها همچون ذرات بتا، ولي در جهت مخالف عمل مي نمايند.

 

يونيزاسيون

هنگام عبور يك ذره باردار از نزديكي يك اتم نيروهاي الكترواستاتيك الكترونهاي اربيتالهاي اتم وارد عمل مي شوند. چنانكه ذره خيلي نزديك به اتم عبور كند احتمال اينكه يكي از الكترونهاي اربيتالها با بدست آوردن انرژي كافي از اتم خارج شده و بگريزد زياد خواهد بود. اين پديده يونيزاسيون ناميده مي شود. اتمي كه يك الكترون از دست داده است داراي بار مثبت شده و همراه الكترون تشكيل يك جفت يون مي دهد. انرژي از دست رفته ذرات بستگي به طبيعت ماده اي دارد كه ذره از آن عبور مي كند ولي اين مقدار انرژي به بزرگي انرژي ذره باردار نيست. در هوا،انرژي لازم جهت تشكيل يك جفت يون ev34 است. چنانچه مقدار MBq1 از يك گسيلنده آلفا با انرژي MeV4 وجود داشته باشد هنگام انتقال انرژي اين ذرات به هوا 10¹¹ ´18/1 = (10⁶´4´10⁶) «جفت يون» در ثانيه بوجود خواهد آمد يعني مقدار بارهاي منفي برابر 10¹¹ ´ 18/1 در ثانيه است. از آنجا كه يك واحد بار برابر ^19-10 ´ 6/1 كولن است، شدت جريان توليد شده برابر «آمپر» ^8-10 ´ 9/1 خواهد بود.(از يك چشمه mCi1 شدت جريان برابر        ^7-10 ´ 9/6 آمپر است). اين پديده اساس اندازه گيري اكتيويته توسط شدت جريان يون توليد شده است كه در آشكارسازي ذرات باردار مورد بحث قرار خواهد گرفت. از آنجا كه پرتوگاما و نوترونها فاقد بار  هستند، مستقيماً توليد يونيزاسيون نمي كنند و آشكارسازي آنها بستگي به اثرات ثانوي آنها دارد.

پديده اي كه همراه يونيزاسيون است برانگيختگي است و زماني رخ مي دهد كه انرژي رسيده به الكترون در حال گريز كافي نباشد، در حاليكه الكترون به انرژي بالاتري نيز دارد. چنانچه اتم برانگيخته به حالت پايدار برگردد گسيل نور با طول موج مشخصي بوقوع خواهد پيوست. از اين پديده در اندازه گيري اكتيويته بوسيله شمارشگرهاي سينتلاسيون سوسوزن(Scintillation) استفاده مي شود.

 

يونيزاسيون مخصوص

 از آنجا كه پرتوها هنگام برخورد با الكترونهاي ماده انرژي خود را از دست مي دهند، لذا هنگام عبور ذره باردار از ماده مسافت پيموده شده توسط ذره بستگي به انرژي اوليه و ميزان انرژي از دست رفته در واحد طول دارد. فاكتور مذكور بنام يونيزاسيون مخصوص است كه جهت اندازه گيري هر جفت يون در هر سانتي متر مسير مي باشد. اين مقدار براي ذرات آلفا برابر 40000 و براي ذرات بتا برابر 50 بوده و در هر حال بستگي به انرژي دارد.

 

ذرات آلفا

ذرات آلفا از يك فروپاشي مشخص با انرژي يكسان منتشر مي شوند و داراي طيف خطي گسسته هستند. با توجه به اينكه داراي يونيزاسيون مخصوص بالايي مي باشند، مسافت پيموده شده در ماد ه توسط آنها كوتاه خواهد بود. يك ذره آلفا با انرژي MeV3 داراي بردي در حدود 16 ميلمتر در هوا بوده و با يك صفحه آلومينومي به ضخامت 015/0 ميليمتر متوقف مي شود.

 

ذرات بتا

برعكس ذرات آلفا، ذرات بتا داراي طيف پيوسته هستند. بدين معني كه اين ذرات مي توانند هر اندازه انرژي را تا محدوده ماگزيمم آن كه در واكنشهاي هسته اي بوجود مي آيند، داشته باشند. اين پديده با فرض مسلم وجود نوترينو (داراي جرم غير قابل ملاحظه و بدون بار) مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته است. مطابق اين تئوري انرژي بين ذره بتا و نوترينو بطور نسبي تقسيم شده و مي تواند يك طيف پيوسته توليد نمايد (شكل 2-2). متوسط انرژي ذره بتا  انرژي ماگزيمم است و از اين طيف براي محاسبه نرخ جذب و يا گسيل انرژي استفاده مي شود(آهنگ دز). البته بايد در نظر گرفت كه مقدار نفوذ يا برد تابعي از انرژي ماكزيمم ذره است.

تخمین مقدار پرتو گیری طبیعی از گاز رادون

تخمین مقدار پرتو گیری طبیعی  از گاز رادون

 

رضا قلی پور پیوندی*

چكيده:  گاز رادون یکی از مواد رادیو اکتیو بی رنگ وبی بو میباشد که  از اورانیوم و رادیوم طبیعی موجود در زمین گسیل می شود و از طریق خاک وصخره ها آزاد و وارد محیط می شود و بطور طبیعی

 داخل آبها نیز یافت می شود. بنا بر گزارش سازمان جهانی بهداشت بعد از سیگار این گاز دومین عامل ابتلا به سرطان ریه می باشد.بنابراین با توجه به اهمیت اندازه گيري مواد پرتوزا در محيط ومطلع بودن از مقدار آنها در محيط به منظور محاسبه مقدار پرتو گيري افراد جامعه، در اين كار پژوهشي اقدام به اندازه گيري مقدار گاز رادون موجود در آب آشامیدنی وهوای يك نقطه از تهران گرديد، تا مقدار حاصل با استانداردهاي جهاني مقايسه گردد.

واژه هاي كليدي: گاز رادون – پرتو گیری- دوز سالانه – هوا وآب

 

Estimated of exposure to natural radon

By: R-Gholipour*

                   

Abstract: Radon is a colorless, odorless, radioactive gas which is created naturally by the breakdown of uranium and radium. Radon gas is continuously released from rocks and soil containing these two elements. The Surgeon General has declared radon exposure to be the second leading cause of lung cancer deaths in the United States, after smoking. With attention to dimension of measurement radioactive materials in environment and known value in order to natural exposure monitoring for public,in this research work we adventurism for measurement radon in air and water of Tehran until can compare this value with international standard limits.

 Keywords:Radon gas-Exposure- Annual Dose- Air and water

 

مقدمه:

گاز رادون به عنوان یکی از اصلي ترين مواد راديواكتيو موجود در طبيعت بشمار می رود كه مانند تشعشعات كيهاني از مهمترين عوامل پرتوگيري انسانها به حساب می آید.مقدار وجود اين گاز در طبيعت بستگي به موقعيت  جغرافيايي و منابع زميني آن منطقه دارد. درمناطقي كه معادن طبيعي اورانيوم و راديوم وجود داشته باشد و يا به هر نحوي كه خاك يا آب منطقه داراي اين مواد باشد، اين گاز به مقدار فراوان تري در آن مناطق يا فت مي شود.

 % 55 از پرتوگيري طبيعي هر فرد در طول سال ناشي از وجود اين گاز راديواكتيو، % 11 ناشي از پرتوگيري داخلي كه در نتيجه مصرف مواد غذايي و آشاميدني وارد بدن مي شوند( موادغذايي وآشاميدني نيزبطورطبيعي حاوي مقداري مواد راديواكتيومي با شند)، % 8 ناشي از پرتوگيري كيهاني ، % 6 ناشي ازپرتوگيري از زمين و% 18 ناشي از پرتوگيري مصنوعي ‌‌‌‌‌‌‌‍‍‍‍(شامل تصويربردا ري با ا شعه x يا استفاده از رادیو داروها در پزشكي هسته اي و...) است كه مجموع پرتوگيري سالانه هر فرد از اين منا بع طبيعي درحدود msv  6 /3 در سال مي با شد.

Annual Dose from Background Radiation

Total US average dose equivalent = 3.6 mSv/year

Total exposure

 

 

 

 

 

 

Man made sources

 

 

Radon

Internal 11%

Cosmic 8%

Terrestrial 6%

Man-Made 18%

55.0%

Medical X-Rays

Nuclear

Medicine 4%

Consumer

Products 3%

Other 1%

11

گاز رادون تنها محصول شكافت راديوم است كه با توجه به وجود راديوم در زنجيره شكافت اورانيوم،اين گاز نيز در زنجيره واپاشي اورانيوم نيز وجود دارد . گاز رادون يك ماده راديواكتيو پرتوزا با نيمه عمر 1/3 روز است كه از خود ذره α ساطع مي كند وبه Po-218  كه يك ماده راديواكتيو با نيمه عمر 3 دقيقه است تبديل مي شود اين  ماده نيزبا تابش يك ذره α به Pb-214  كه يك ماده پرتوزا با نيمه عمر 26/8  دقيقه است تبديل مي شودو...

U-238→…→Ra-226  ^α→ Rn-222  ^α→ Po-218  ^α→ Pb-214  ^γ→ Bi-214  ^γ→ Po-214         ^α→ Pb-210  ^γ→ Bi-210 ^γ → Po-210

همانگونه كه در زنجيره واپاشي گاز رادون مشاهده مي شود تعداد ذرات آلفاي گسيل شده در اين زنجيره زياد است و با توجه به اينكه ذره α يكي از خطرناكترين ذرات حاصل از واپاشيها به حسا ب مي آيد لذا اين گاز به عنوان یکی از گازهای راديواكتيو خطرناك به حساب مي آيد به همين علت اندازه گيري گاز رادون موجود درطبيعت يكي از مهمترين وظايف سازمانهاي مربوط به اين امور و كليه سازمانهايي كه به نوعی با مواد راديو اكتيو و اثرات آنها بروي انسانها به نوعي سروكار دارند٬ مي باشد از جمله سازمان حفاظت محيط زيستEPA) =  Environmenta Protection Agencg )

گاز رادون طبيعي به دو صورت گاز موجود در هوا و رادون موجود در آب وجود  دارد. رادون موجود در هوا از طريق استنشاق وارد بدن انسان شده وچنانچه مقدار آن در محيط بالاتر از حد استاندارد باشد به انسان آسيب مي رساند از جمله اينكه با قرار گرفتن بروي كيسه هاي هوايي در ششها وساطع كردن ذرات α موجب ابتلا به سرطان ريه مي شود . رادون موجود در آب نيز در اثر نفوذ به داخل بدن و جذب در ارگانيسمهاي مختلف بدن مي تواند عوارض مختلفی را به همراه داشته باشد.در تمام موارد که از وجود گاز رادون صحبت می شود به طبع دختران آن نیز در پی وجود خود گاز رادون مطرح می شوند و آثار ونتایج بدست آمده ناشی از کل زنجیره شکافت می باشد.

 بر اساس استاندارد ICRP(كميته بين المللي حفاظت در برابر اشعه) حد بحراني مقدار گاز رادون ودختران آن درهواPci/lit(1100Bq/m³)  30 و ماكزيمم حد مجاز غلظت آن درهوا بر اساس استاندارد EPA Pci/lit(147Bq/m³)  4  مي باشد. ريسك خطرسرطان ريه براي محيطي با آلودگي گازرادن  4 Pci/lit با در نظر گرفتن ميانگين طول عمر 74 سال براي افراد غيرسيگاري بین % 1-5.0  وبراي افرادسيگاري بین  % 5 -4 ( براسا س تحقيقات EPA) مي باشد. البته براي مناطق شهري كه معمولا مناطقی با اكتيويته بالا نيستند مقدارغلظت اين گاز در حدود  Pci/lit  1.5-0.7  مي باشد٬ كه ريسك ابتلا به سرطان با اين مقداربراي افراد سيگاري بین  % 2.0-1.0 مي باشد.نتايج تحقيقات و آمارگيري نشان داده است كه ريسك ابتلا به سرطان ريه ناشي از گاز رادون در مردان حدود 5/1 برابر زنان است.همچنين ريسك ابتلا به اين نوع سرطان گذشته از اين نتيجه آماري تابعي از سن افراد٬ مدت زمان پرتوگيري از اين گاز٬ سيگاري بودن يا در معرض دود سيگار بودن٬ جنسيت٬ شرايط فيزيكي بدن افراد ٬استعداد زنتيكي ابتلا به سرطان و موقعيت جغرافيائي افراد دارد. با اين توصيفات قابل ذكراست كه ريسك ابتلا به سرطان ريه ناشي ازسيگا ركشيدن درحدود 30 – 10 برابربيشتراز ريسك استنشاق گازرادون است . به عبارتي چون گازرادون بطورطبيعي دركل جو وجود دارد لذا اين ريسك براي تمام انسانها وجود دارد ويك امرطبيعي است اما ريسك  ناشي از سيگار فقط براي  افرادي مطرح مي شود كه سيگاريند و يا درمعرض دود سيگارقرار دارند:

Lung cancer risks from exposure to Radon-222 at 1 Bq/m3
	Ever-Smokers	Never-Smokers
Men	3. 1 x 10-4	0.59 x 10-4
Women	2.0 x 10-4	0.4 x 10-4
Population	1.6×10-4

 

 براسا س گزارش EPA  درايالات متحده هرسال 160000 ازمردم بر اثر ابتلا  به سرطان ريه جان خود را از دست مي دهند كه  مرگ  19000 نفر ناشي از گاز رادون موجود درهوا مي باشد و درحدود 160 نفر براثر وجود گاز رادون  درآ ب مي ميرند و ساير افراد در اثر استنشاق دود سيگار به این سرطان مبتلا و جان خود را از دست مي دهند. براساس گزارش EPA خطرريسك ابتلا به سرطان به ازاي غلظتهاي مختلف گازرادون موجود درهوا طبق گزارش به شرح زيرا ست:

Pci/lit	Wl	Estimated numbers of Lung cancer deaths due of  radon exposure              (out of 1000)
200 100 40 20 10 4 2 1 0.2	1 .50 .20 .10 .050 .020 .010 .0050 .0010	770-440 630-270 380-120 210-60 120-30 50-13 7-30 3-13 1-3

 ريسك ابتلا به سرطان براي افراد سيگاري درمقايسه با افراد غيره سيگاري درغلظتهاي فوق  تقریبا 10 برابر می باشد.

با ارائه مقدمه فوق مشخص مي شود كه اندازه گيري مقدار رادون موجود درهوا و رادون موجود درآب بويژه آبهاي آشاميدني حائزاهميت است.بدين منظور با استفاده ازامكانات ودستگاه موجود اين اندازه گيريها به كمك دستگاههاي ALPHA GUARD , WLM-PLUS وبراساس روشهاي زيرصورت گرفت :

 

اندازه گيري رادون موجود درهوا:

تمام دستگاههاي موجود دراين آزمايشگاه غلظت رادون ( ودختران آن ) را مستقيما اندازه گيري مي كنند. اساس كار تمام اين دستگاهها مكش هوا بوسيله پمپ و گيراندازي گاز رادون بروي فيلترهاي مخصوص كه در مسير عبور هوا قرار دارند٬ می باشد. گاز رادون تجمع يافته بروي اين فيلترها سپس توسط دتكتورهاي مخصوص شمارش آلفا (اتاقك يونش) شمارش می شوند. نتايج به دست آمده از اندازه گيري گاز رادون موجود در يك اتاق به عنوان یک محيط  بسته  ( هواي اين محيط  را مي توان به نوعی هواي تهران نيزنسبت داد )  با ميانگين گيري بيش از صد اندازه گيري و مقايسه اعداد دو دستگاه با يكديگر غلظت گاز رادون موجود در اين محيط را در حدود                    Pci/lit(25±6 Bq/m³)  0.2± 0.7   نشان مي دهد.

با توجه به اينكه اين مقدار گاز رادون همواره بصورت طبيعي در يك محيط وجود دارد بنابراين يك فرد بزرگسال درطول يك  سال با فرض اينكه درطول سال 7300 مترمكعب هوا استنشاق مي كند حدود 182500 گازرادون وارد بدن خود مي كند و با توجه به اينكه پرتوگيري از هر بكرل گاز رادون و به طبع از دختران آن بصورت استنشاق  mSv/Bq 8.6×10^-6 مي باشد(mSv/Bq DCF_h=8/6×10^-6) بنابراين يك فرد چنانچه يكسال در چنين محيطي قرار بگيرد در حدود  1.6msv پرتوگيري خواهد نمود البته مسلما يك شخص كمتر از اين مدت در چنين محيطي قرار مي گيرد چون در حالت طبيعي غلظت اين گازدر محيط باز كمتر از اين مقدار است٬ همچنين در این محاسبات فرض شده که تمام رادون جذب بدن می شود. نتايج اندازه گیریهای  مربوط به يك محيط كاملا بازمقدارPci/lit(9±1Bq/m³) 0.02 ± 0.24  را نشان مي دهد كه مقدار دوز دريافتي با شرايط فوق  در حدود  .6 msv0  در سال مي باشد. با احتساب ميانگين اينكه يك شخص %50 وقت خود را در هریک از این دو محيط بگذراند در طول سال به مقدار  1.1 msv  از گاز رادون و دختران آن  پرتوگيري خواهد كرد.  

اندازه گيري رادون موجود درآب :براي اندازه گيري رادون موجود درآب ازدستگاه آلفا گاردALPHA GUARD))  براساس روش زيراندازه گيري صورت گرفته است :

ابتدا مقدار CC100 از نمونه آب مورد نظر را درظرف Degassing  Vessel ( ظرف حباب ساز ) كه يك ظرف شيشه اي استوانه اي شكل است با استفاده ازسرنگهاي مخصوص تزريق مي كنيم . سپس سيستم كاملا ايزوله شده را با روشن كردن پمپ راه اندازي مي كنيم .  ظرف دوم كه Securitg  vessle ( )ظرف ايمني ) نام دارد به اين علت درمدار قرار گرفته است كه تا  احيانا  ازنفوذ هرگونه رطوبت يا آبي به داخل پمپ جلوگيري كند.

     پمپ به مدت 10 دقيقه با فلوي Lit/min 0.3 مكش مي كند كه درطي آن باعث مي شود دراثرچرخش هوا در يك مداربسته  و عبور آن از یک فیلتر شیشه ای (glass filter) با مش ریز كل گازرادون موجود از نمونه خارج   شود .رادون موجود درهواي درحال چرخش در هنگام عبور ازدستگاه آلفاگارد درداخل اتاقك يونش گيرمي افتد ( اين عمل توسط فيلترهاي مخصوص جذب گاز رادون در داخل دستگاه شمارنده صورت مي گيرد) و ذرات آلفا گسيل شده ازآن توسط اتاقك يونش موجود دردستگاه ٬شمارش مي شود .  پس از10 دقيقه پمپ را خاموش كرده وبه مدت 20 دقيقه سيستم را به حال خود رها مي كنيم تا گاز رادون داخل دستگاه به حداقل تعادل با دختران خود برسد پس ازاين مدت غلظت گاز رادون موجود در آب توسط نرم افزار دستگاه آنا ليز ومقدارآن به همراه خطا محاسبه مي شود.

درمحاسبه غلظت گازرادون درآب٬ دما و مقدار رطوبت محيط موثراست كه اين پارامترها نیز  در محاسبات در نظر گرفته مي شود.

پس ازهراندازه گيري  بايد کل سيستم عاري ازگاز رادون شود تا براي اندازه گيري نمونه های بعدی سیستم آماده باشد به عبارتی بايد گاز رادون محبوس شده دراتاقك يونش وكل سيستم را ازآن خارج كرد كه اين عمل با استفاده اززغال اكتيو صورت مي گيرد . زغال اكتيو به علت ساختار شيميايي اش گازرادون را جذب وسيستم را عاري ازآن مي كند.

 با استفاده ازاين دستگاه و اندازه گيريهاي متداول مقدار غلظت گاز رادون موجود در   آب آشاميدني تهران حدود  Bq/lit 1.5 بدست آمده که مقدار دوز دریافتی در طول سال با احتساب اینکه یک شخص بزرگسال در طول سال 750 لیتر آب می نوشد٬    0.011 msv می باشد( مقدار دوز دریافتی از هر بکرل گاز رادون  که از طریق آشامیدن وارد بدن می شود msv  ^-510 ×1  است ٬ mSv/Bq    ^-510 ×1  DCF_i =) . این مقدار در مقایسه با دوز دریافتی از طریق استنشاق بسیار کمتر است . همچنین مقدار گاز رادون موجود در آب آشامیدنی تهران در مقایسه  با سایر آبهای آشامیدنی در سطح دنیا بسیار کمتر است.البته چنانچه در سیستم فوق آب در یک محیط کاملا ایزوله به مدت بیش از20 روز محبوس شود مقدار غلظت این گاز در این مدت به علت به تعادل رسیدن رادون با دخترانش این مقدار افزایش می یابد که از این طریق نیز می توان غلظت رادیوم موجود در آب را  تخمین زد.ولی به جهت اینکه آب شهر یک آب جاری است لذا این اندازه گیری بدون محبوس کردن آب صورت گرفته است. مقدار گاز رادون موجود در آب  آشامیدنی تهران در مقایسه با سایر آبهای آشامیدنی در سطح دنیا بسیار کمتر است و جزو یکی از تمیزترین آبهای دنیا از این لحاظ می باشد. بنابراین یک شهروند ساکن در چنین محیطی در سال در حدود 1.2msv از گاز رادون پرتو گیری می کند.

Refrence:

1) Citizen’s Guide to Radon, US EPA,1992

2) report from the National Academy of Sciences

3) EPA 1992 and recent NAS report

4)High level of natural radiation ,Iran,1990

5) High level of natural radiation and radon areas,Germany,2004

6)safety series,no.90,IAEA

*[e-mail]

 

 

 

رامسر

پرتوزايي طبيعي در مناطقي از رامسر10 برابر مناطق عادي است:
يك پژوهشگر ايراني براي نخستين بار ميزان پرتوگيري گياهان در مناطق با پرتوزايي بالا را بررسي كرد

براساس تحقيقات انجام شده، متوسط دوز سالانه ناشي از عناصر راديواكتيو در اثر مصرف سبزيجات كشت شده در مناطقي از رامسر، 11 برابر بيشتر از متوسط دوز موثر ساليانه ناشي از مصرف تمامي مواد غذايي و آشاميدني‌ها در مناطق با پرتوزايي طبيعي است.

دكتر مهدي غياثي نژاد، دانشيار فيزيك دانشكده علوم دانشگاه تربيت مدرس كه براي نخستين بار ميزان پرتوگيري ساكنان مناطق با پرتوزايي بالاي رامسر از طريق مصرف سبزيجات را بررسي كرده است در گفت‌وگو با خبرنگار «پژوهشي» خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا) اظهار داشت: در برخي بخش‌هاي زمين، مناطقي وجود دارند كه ميزان پرتوزايي عناصر راديواكتيو در آنها از حد طبيعي بالاتر است. در كشور ما مناطقي از رامسر مانند طالش محله و خاك سفيد كه حدود 2 هزار نفر جمعيت دارد، در زمره مناطق با «پرتوزايي بسيار بالا» قرار دارند كه ميزان پرتوزايي طبيعي در برخي نقاط آن تا ده برابر پرتوزايي مناطق ديگر است.

وي خاطرنشان كرد: به منظور بررسي تاثيرات دوز بالا دريافتي بر سلامت ساكنان اين مناطق، دوز موثر ساليانه ناشي از راديوم 226 براي ساكنان طالش محله رامسر از طريق اندازه‌گيري غلظت آن در خاك و سبزيجات كشت شده و نسبت آنها و همچنين ميزان پرتوگيري از محصولات كشاورزي كشت شده در اين منطقه مورد ارزيابي قرار گرفت.

برگزيده رتبه دوم گروه علوم پايه دهمين جشنواره تحقيقاتي علوم پزشكي رازي تصريح كرد: در اين تحقيق باغچه‌اي انتخاب شد كه پرتوزايي آن در برخي از نقاط حدود هزار برابر پرتوزايي طبيعي بود. بررسي ميزان جذب راديوم توسط سبزيجات و در نتيجه ميزان جذب آن توسط مصرف‌كنندگان اين سبزيجات نشان داد كه متوسط دوز ساليانه ناشي از راديوم در اثر مصرف سبزيجات خوراكي در ساكنان منطقه در حدود 3/72 ميكروسيورت است كه بيش از 11 برابر متوسط دوز ساليانه ناشي از اين راديونوكلئيد در اثر مصرف تمام مواد غذايي در مناطق با پرتوزايي طبيعي است.

دكتر غياثي نژاد در عين حال خاطرنشان كرد: مطالعات سيتوژنتيكي و ساير مطالعات در اين منطقه اين فرضيه را ثابت كرد كه بدن ساكنان اين قبيل مناطق به صورتي با محيط و مواد غذايي با پرتوزايي بالاي اين مناطق وفق يافته كه تفاوت چنداني با مردمي كه در مناطق با پرتوزايي طبيعي زندگي مي‌كنند نداشته و دچار اختلالات كروموزومي نمي‌شوند. تحقيقات انستيتو كانسر(سرطان) تاكنون هيچ موردي را كه حاكي از تاثير پرتوزايي بالاي اين مناطق در افزايش ابتلا به سرطان باشد را نشان نداده، اين در حاليست كه معمولا ميزان موارد ابتلا به سرطان خون و اختلالات كروموزومي در كساني كه با پرتوهاي راديواكتيو سروكار دارند، بيشتر از افراد عادي است.

وي با اشاره به اينكه تحقيقات انجام شده در مناطق با پرتوزايي طبيعي بالا در ساير كشورها نيز نتيجه مشابه داشته است، تصريح كرد: به منظور بررسي دقيقتر تاثيرات اين پرتوها آمار موارد ابتلا به سرطان در اين مناطق طي مطالعات اپيدميولوژيك با همكاري انستيتو كانسر ايران و انستيتوي سلامت ژاپن دنبال

مي‌شود و اطلاعات حاصل دائما با نتايج تحقيقات مشابه در ساير مناطق با پرتوزايي طبيعي بالا در هند، برزيل و چين مقايسه مي‌شود.

اين محقق در ادامه زياد بودن ميزان اورانيوم يا توريوم در خاك رامسر و نيز وجود چشمه‌هاي آب گرم حاوي راديوم را از علت‌هاي اصلي پرتوزايي بالا در مناطقي از رامسر عنوان كرد و درباره ميزان جذب پرتو توسط سبزيجات كشت شده در اين مناطق گفت: برخي گونه‌هاي سبزيجات تا يك مرحله راديوم را جذب مي‌كنند، سپس به مرحله اشباع مي‌رسند يعني هر چه خاك داراي راديوم بيشتري باشد سبزيجات آنرا جذب نمي‌كنند اين نشان مي‌دهد كه طبيعت بيش از حد لازم نمي‌تواند جذب كند در نتيجه پرتوگيري مردم توسط خود طبيعت كنترل مي‌شود.

وي خاطرنشان كرد: ميزان جذب راديوم توسط ريشه گياهاني مانند هويج و سيب‌زميني بسيار كم است و اين عنصر عمدتا در برگ اين گياهان كه مصرف خوراكي ندارد تجمع مي‌يابد.

دكتر غياثي نژاد در پايان با تاكيد بر اينكه ترجيحا بايد مناطقي را كه ميزان گاز رادون كمتري دارند، براي زندگي انتخاب كرد به ساكنان مناطقي كه پرتوزايي طبيعي بالايي دارند توصيه كرد در احداث ساختمانها حتي‌الامكان از مصالحي استفاده كنند كه ميزان رادون كمتري توليد مي‌كنند.