دزیمتر ترمولومینسانس

برخی از مواد نیمه هادی یا عایق در صورتیکه ابتدا پرتودهی و سپس گرمادهی شوند، نور مرئی انتشار می­ دهند که به آن نور ترمولومینسانس گویند. بنابراین، ترمولومینسانس انتشار نور مرئی از ماده پرتودهی شده (نیمه هادی یا عایق) در اثر تحریک گرمایی می­ باشد. موادی که دارای این خاصیت می­ باشند را مواد ترمولومینسانس می ­نامند. هنگامی که این مواد پرتودهی می­ شوند، انرژی پرتو در اثر فرآیندهای فیزیکی در ماده جذب می­ شود و باعث برانگیختگی الکترون­ها می­ گردد. الکترون­ های برانگیخته شده به ترازهای انرژی بالاتر منتقل می­ شوند و به دلیل ناپایداری در زمان کوتاهی به حالت پایه قبلی بر می ­گردند که در مسیر بازگشت در دام­ های الکترونی که به واسطه ناخالصی و نقایص ذاتی در ماده ایجاد شده به دام می ­افتند و تا زمانی که مجدد انرژی دریافت نکنند در دام باقی می ­مانند. بدین ترتیب می­ توان گفت پرتوی برخوردی به ماده در آن ذخیره شده است. در صورتی که به وسیله گرما دوباره به ماده انرژی داده شود الکترون­ ها از دام آزاد شده و انرژی اضافی خود را با انتشار فوتون ترمولومینسانس انتشار می­ دهند. معمولا گرمادهی به صورت خطی و تا دمای ۲۵۰ درجه سانتی­گراد صورت می­ گیرد و دام­ های الکترونی در دماهای مختلف تخلیه می­ شوند.

 

در صورتی که شدت فوتون­ های انتشار یافته بر حسب دما رسم شود منحنی بدست آمده را منحنی درخشندگی ماده ترمولومینسانس می­ نامند. سطح زیر منحنی درخشندگی متناسب با مقدار دز پرتوهایی است که به ماده برخورد نموده است.

این پدیده جالب باعث شده تا موادی که این رفتار را ازخود نشان می­ دهند به عنوان آشکارساز و یا دزیمتر پرتوهای یونساز مانند ایکس، گاما، بتا و نوترون مورد استفاده قرار گیرند و آنها را دزیمتر ترمولومینسانس با علامت اختصاری (Thermo Luminescence Dosimeter: TLD) می ­نامند. دزیمتر ترمولومینسانس دارای انواع مختلف با ترکیب شیمیایی و نام تجاری متفاوت می ­باشد.

در جدول زیر تعدادی از آنها معرفی شده است.

 

مزایا و کاربردهای دزیمتر ترمولومینسانس

  • برخی از دزیمترهای TLD مانند LiF:Mg,Ti و  LiF:Mg,Cu,P عدد اتمی آنها معادل به بافت بدن انسان است و این ویژگی منحصر به فرد باعث می­ شود تا پاسخ دزیمتر نسبت به پرتوهای فوتونی (ایکس و گاما) به انرژی پرتو بستگی نداشته باشد. لذا، هنگام دزیمتری با این نوع دزیمترها نیاز به تصحیح پاسخ دزیمتر نسبت به انرژی پرتو مورد اندازه­ گیری نیست و نتایج دزیمتری از دقت بالایی برخوردار است. بنابراین، این دزیمترها برای اندازه­ گیری پرتوگیری پرتوکاران و یا بیماران در فرآیندهای پرتو تشخیصی و پرتو درمانی کاربرد دارند.
  • کلیه دزیمتری­ های TLD برای اندازه­­ گیری پرتوهای ایکس، گاما، و بتا قابل استفاده است. برخی از آنها مانند TLD-600 و LiF:Mg,Ti نسبت به پرتوهای نوترون حساس هستند. در صورتی که TLD-700 نسبت به پرتو نوترون حساس نیست. این خاصیت باعث می­ شود تا بتوان با استفاده از دو عدد دزیمتر TLD-600  و TLD-700 در کنار هم در میدان­ های مخلوط نوترون و گاما دزیمتری نمود. لذا، از این طریق می ­توان سهم پرتوهای گاما و نوترون را از هم تفکیک کرد.
  • دزیمترهای TLD پس از هر بار قرائت اطلاعات ذخیره شده در آنها تخلیه شده و در نتیجه مجددا برای انجام دزیمتری قابل استفاده می­ باشند.
  •  عوامل محیطی از قبیل نور، دما و رطوبت بر آنها بی اثر است و باعث از دست رفتن اطلاعات ذخیره شده در آنها نمی ­شود.
  •  به دلیل اینکه در اثر پرتوگیری زیاد، اشباع نمی­ شوند در گستره وسیعی از دزهای کم تا دزهای زیاد با دقت مطلوب برای اهداف دزیمتری مورد استفاده قرار می­ گیرد.
  • دزیمتری فردی بر اساس استانداردهای بین المللی، سه کمیت مختلف شامل دز موثر یا ((HP(10) (دز در عمق ۱۰ میلیمتری بافت بدن), دز پوست یا ((HP(0.07) (دز در زیر لایه مرده پوست به ضخامت ۷ میکرون) و دز عدسی چشم ((HP(3) (دز در عمق ۳ میلیمتری عدسی چشم) در پرتوگیری شغلی یا دزیمتری فردی پرتوکاران در فعالیت­های مختلف پرتوی باید اندازه ­گیری شود.
  • اندازه ­های کریستال معادل بافت ۳/۱ × ۳/۱ میلیمتر به ضخامت ۰/۴ یا ۰/۸ میلیمتر است. این کریستال­ ها روی کارت فلزی یا لاستیکی نصب می­ شوند و فیلترها در قاب (بج) نصب می ­شوند. زمانی که که کارت درون قاب قرار می­ گیرد کریستال­ ها زیر فیلترهای ذکر شده قرار می­ گیرند و کمیت­ های فوق اندازه­ گیری می­ شوند. ویژگی­ های منحصر به فرد دزیمترهای TLD باعث شده تا طراحی دزیمتری فردی با استفاده از آنها به شکل دلخواه صورت پذیرد و کمیت­ های دزیمتری با دقت بالا اندازه­ گیری شوند.
  • کارت­ های دزیمتری فردی TLD بسته به نوع کاربرد و میدان پرتو که پرتوکار با آن مواجه می­ شود می­ تواند شامل ۲، ۳ و یا ۴ کریستال باشد. کارت­ های دارای دو کریستال TLD-100 و قاب دارای فیلترهای با دانسیته ۱۰۰۰mg/cm2 و ۷mg/cm2 برای اندازه ­گیری کمیت­های ((HP(10)  و (HP(0.07) مورد استفاده پرتوکاران در رادیوگرافی صنعتی، رادیولوژی معمولی، و پزشکی هسته­ ای است. در صورتی که دست پرتوکار در معرض پرتوگیری باشد (مانند فعالیت­ های حمل چشمه پرتوزا، تهیه و توزیع رادیوایزوتوپ و پزشکی هسته ­ای). دزیمتر فردی TLD هنگام کار روی مچ دست نصب می­ شود و یا یک عدد کریستال TLD در قاب انگشتی مورد استفاده قرار می­ گیرد.
  • در فعالیت­ های رادیولوژی مداخل ه­ای و آنژیوگرافی دزیمتری فردی حداقل ۳ کریستال TLD مورد استفاده قرار می­ گیرد و هر سه کمیت دزیمتر فردی یعنی: دز موثر، دز پوست و دز عدسی چشم اندازه­ گیری و یا حدود استاندارد پرتوگیری مقایسه می­ شوند.
  • در فعالیت­ های که پرتوکار با میدان­ های آمیخته نوترون-گاما مواجه می­ شود (مانند: نیروگاه ­های هسته­ ای، چاه پیمایی، رطوبت سنجی و کارهای پژوهشی) بر اساس استانداردهای بین المللی و ضوابط واحد قانونی ایران باید دزیمتر فردی نوترون- گاما استفاده شود و سهم دز نوترون و گاما به صورت جداگانه گزارش و ثبت شود.
  • کارت دزیمتری نوترون-گاما TLD، حاوی چهار کریستال TLD-600 و TLD-700 با آرایش ۶۷۷۶  می­ باشد و با توجه به اینکه TLD-600  نسبت به پرتوهای گاما و نوترون حساسیت داشته و TLD-700 فقط دز گاما را اندازه­ گیری می­ نماید. سهم دزهای نوترون و گاما قابل تفکیک است. این دزیمتر، یکی از گزینه­ های مناسب برای دزیمتری فردی در میدان­ های آمیخته نوترون-گاما است.
  •  ابعاد کوچک دزیمترهای TLD و معادل بافت بودن عدد اتمی موثر آنها این امکان را می ­دهد تا بتوان از آنها در دزیمتری بیماران بدون اینکه در کیفیت تصویر برداری پزشکی خللی ایجاد کند استفاده نمود. با توجه به اینکه دزیمترها معادل بافت بدن می­ باشند در هر نقطه ­ای که داخل بافت قرار گیرند دز مربوط به همان بافت را در پرتوگیری بیماران اندازه­ گیری می ­نمایند. کریستال­ ها را روی بدن بیمار نصب می­ نمایند و یا آنها را در  حفره­ های داخل فانتوم  مدل انسان (فانتوم راندو) قرار می ­دهند و در فرایندهای پرتو تشخیصی و پرتو درمانی پرتوگیری بیمار و اندام­ های داخل بدن را اندازه­­ گیری می­ نمایند. دزیمتر TLD و فانتوم راندو دو ابزار ویژه­ ای هستند که در پژوهش ­­های پرتو درمانی و پرتو تشخیصی در مراکز پزشکی استفاده می شوند.

شکل زیر نمایی از فانتوم راندو را نشان می دهد.