ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ TADEUSZ HILCZER

Plan wykładu Wprowadzenie Podstawowe pojęcia Zderzenie i rozproszenie Przewodnictwo materii Naturalne źródła promieniowania jonizującego Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio Źródła promieniowania jonizującego Pole promieniowania jonizującego Detekcja promieniowania Skutki napromieniowania materii żywej Dozymetria medyczna Ochrona przed promieniowaniem Osłony przed promieniowaniem Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

OSŁONY PRZED PROMIENIOWANIEM JONIZUJACYM

Osłony przed promieniowaniem osłona przed promieniowaniem każda pochłaniająca materia znajdująca się pomiędzy źródłem promieniowania a miejscem w którym znajduje się napromieniowywany obiekt osłona może być stacjonarna przenośna konstrukcyjnie jednolita zbudowana z oddzielnych elementów kolimator osłona z kanałem do formowania wiązki promieniowania Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Osłony przed promieniowaniem osłona może zabezpieczać otoczenie źródła Z napromieniowywany obiekt D wybrany obiekt D i źródło Z Z D Z D Z D Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Osłony przed promieniowaniem przy stosowaniu silniejszych źródeł (w laboratoriach wyższych kategorii, szpitalach itp.) stosuje się skomplikowany system osłon, zwykle typu labiryntowego osłony labiryntowe zabezpieczają chronione miejsce nie tylko przed promieniowaniem dochodzącym bezpośrednio ze źródła, ale i przed promieniowaniem odbitym (np. od sufitu czy ścian) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Osłony przed promieniowaniem typy osłon szczelne kurtynowe kanałowe Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

rozkład dawek w pomieszczeniu na jednakowej wysokości izodozy Mapa dozymetryczna obliczenie pola promieniowania za osłonami przy możliwości odbić od znajdujących się przedmiotów, ścian itp. jest możliwe przy użyciu wyspecjalizowanych programów mapa dozymetryczna rozkład dawek w pomieszczeniu na jednakowej wysokości izodozy krzywe jednakowej mocy dawki mapa dozymetryczna pozwala określić strefy bezpieczne strefy o ograniczonym czasie przebywania strefy niebezpieczne itd. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

punkty pomiarowe (na jednej wysokości) siatka geometryczna Mapa dozymetryczna punkty pomiarowe (na jednej wysokości) siatka geometryczna punkty charakterystyczne mapa dozymetryczna pomieszczenia (izodozy) Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Zasięg cząstek a Zasięg [cm] Zasięg [mm] powietrze tkanka biologiczna aluminium Energia [MeV] Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Osłony przed promieniowaniem a promieniowanie a cienka warstwa np. z tworzywa sztucznego, całkowicie zabezpiecza otoczenie źródła nie przenika przez skórę - nie stanowi bezpośrednio dużego zagrożenia bardzo niebezpieczne jest przeniknięcie emiterów a do wnętrza napromieniowanego obiektu, np. do materii biologicznej, może spowodować znaczne uszkodzenia jonizacyjne dla promieniowania a z źródeł naturalnych o maksymalnej energii, natężenie promieniowania hamowania, nawet dla najcięższych pierwiastków, jest całkowicie do zaniedbania Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Zasięg cząstek b Zasięg [cm] Zasięg [mm] powietrze Tkanka biologiczna aluminium Energia [MeV] Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Osłony przed promieniowaniem b promieniowanie b o energii rzędu 70 keV przenika już przez skórę do obliczenia grubości d osłony przed promieniowaniem b z materiału o gęstości r stosować można empiryczne zależności zasięg-energia, np.: Rmax - zasięg maksymalny promieniowania b (w g/cm2) o energii maksymalnej E (w MeV) r - gęstość materiału osłony (w g/cm3) Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Osłony przed promieniowaniem b grubość osłony można również wyznaczyć z warstwy połówkowego osłabienia d1/2 promieniowania b Z i A - liczby porządkowa i masowa materiału osłony, E - maksymalna energia promieniowania (w MeV) d1/2 (w g/cm2) grubość osłony wynosząca od 7 do 8 warstw połówkowego pochłaniania d1/2 całkowicie pochłania promieniowanie b należy uwzględnić powstające promieniowanie hamowania proporcjonalne do liczby masowej Z Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Osłony przed promieniowaniem g przy obliczaniu osłon przed promieniowaniem g nawet dla źródła punktowego trzeba uwzględniać promieniowanie rozproszone analityczne uwzględnienie promieniowania rozproszonego jest możliwe jedynie w prostych przypadkach modelowych punktowe źródło promieniowania g o natężeniu I0 jest przesłonięte ekranem o grubości d natężenie promieniowania poza ekranem: Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Osłony przed promieniowaniem g przy obliczaniu osłon przed promieniowaniem g wprowadza się współczynnik wzrostu B (md ,E,Z), md - bezwymiarowa grubość absorbenta o liniowym współczynniku pochłaniania m i grubości d współczynnik wzrostu B oblicza się dla określonej geometrii rozmieszczenia źródła, osłony i obiektu napromieniowanego np., detektora 16 Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

rozmieszczenia źródła Z, detektora D i absorbenta Współczynnik wzrostu Z D Z-D Z-P Z D D Z d rozmieszczenia źródła Z, detektora D i absorbenta B Z i D wewnątrz nieskończenie rozciągłego absorbenta współczynnik, grubość obliczeniowa - odległość Z-D Z wewnątrz absorbenta ograniczonego od strony D współczynnik B2p. grubość obliczeniowa - odległość Z-P geometria 2p pomiędzy Z a D absorbent o grubości d współczynnik BB; grubość obliczeniowa d geometria bariery Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

WSPÓŁCZYNNIKI WZROSTU   7.47 7.50 3.28 3.30 1.98 1.99 1.44 1.49 1.23 1.24 1.11 4 4.24 4.30 2.87 2.91 2.09 2.12 1.63 1.66 1.35 1.37 1.20 1 Ołów 7.45 7.80 4.14 4.40 2.50 2.60 1.72 1.78 1.36 1.40 1.45 19.8 8.60 4.07 2.45 2.43 2.68 1.90 1.91 Stal 7.20 7.65 4.21 4.46 2.74 1.83 1.42 1.47 1.22 25.7 30.8 10.5 12.5 5.01 5.89 2.72 3.29 1.96 2.11 2.21 Woda BB B2p B MeV 16 8 2 0,5 E md Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

dawka w miejscu chronionym może być zmierzona lub wyliczona KROTNOŚĆ Grubość osłony zabezpieczającą całe otoczenie źródła można oszacować znając wymaganą krotność osłabienia natężenia promieniowania przyjmując, że punkt chroniony znajduje się za osłoną: Dg - dawka graniczna, D - dawka bez osłony dawka w miejscu chronionym może być zmierzona lub wyliczona krotność powiększa się o pewien współczynnik bezpieczeństwa wynikający z istniejących realnych warunków krotność osłabienia dawki zależy również od przyjętej dawki granicznej Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

KROTNOŚCI 137Cs (E = 0.7 MeV) 60Co (E = 1.25MeV) grubość warstwy [cm] woda woda beton beton żelazo żelazo ołów ołów krotność Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

DAWKA PROMIENIOWANIA g ZA OSŁONĄ PŁASKĄ natężenie promieniowania (i dawka) maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości natężenie promieniowania dla dwu punktów a i b odległych o Ra i Rb od źródła promieniowania A - aktywność źródła, t – czas ekspozycji współczynnik I - stała jonizacyjna - natężenie promieniowania Ia w jednostkowej odległości (Ra = 1 m) od źródła punktowego o jednostkowej aktywności (A = 1 Bq) dla jednostkowego czasu (t = 1 s) [I] = C kg-1 m2 Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

ŹRÓDŁO PUNKTOWE ZA OSŁONĄ Z PŁYTY J dawka w punkcie P osłoniętym od źródła punktowego o aktywności A płytą o grubości d z materiału o współczynniku absorpcji m z uwzględnieniem promieniowania rozproszonego Ig stała jonizacyjna, t - czas ekspozycji Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

ŹRÓDŁO LINIOWE ZA OSŁONĄ Z PŁYTY J 2 l 1 dawka w punkcie P osłoniętym od źródła liniowego o długości l i aktywności A płytą o grubości d z materiału o współczynniku absorpcji m z uwzględnieniem promieniowania rozproszonego Ig stała jonizacyjna, t - czas ekspozycji Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

ŹRÓDŁO PŁASKIE ZA OSŁONĄ Z PŁYTY J 2 l 1 dawka w punkcie P osłoniętym od źródła płaskiego nieskończenie rozciągłego o aktywności A płytą o grubości d z materiału o współczynniku absorpcji m z uwzględnieniem promieniowania rozproszonego Ig stała jonizacyjna, t - czas ekspozycji Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Źródło rozciągłe za osłoną z płyty dawka w punkcie P osłoniętym od źródła rozciągłego w postaci stożka ściętego o grubości l o aktywności A płytą o grubości d z materiału o współczynniku absorpcji m z uwzględnieniem promieniowania rozproszonego Ig stała jonizacyjna, t - czas ekspozycji, E2(x) - funkcja Kinga Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Źródło rozciągłe za osłoną z płyty dawka w punkcie P osłoniętym od źródła w postaci grubego dysku (mzl > 6) o grubości l o aktywności A płytą o grubości d z materiału o współczynniku absorpcji m z uwzględnieniem promieniowania rozproszonego Ig stała jonizacyjna, t - czas ekspozycji Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanały Kanał przelotowy kolimatory Kanał labiryntowy wzierniki Kanał nieprzelotowy pojemniki Kanał szczelinowy Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

ściany kanału traktuje się jako doskonale czarne Kanały przy przechodzeniu promieniowania przez kanał zachodzi oddziaływanie promieniowania zarówno ze ścianami kanału jak i materiałem wypełniającym kanał oddziaływanie zależy od rodzaju promieniowania, jego energii, aktywności, geometrii źródła, materiału kanału, oddziaływanie kanału przelotowego z przechodzącym przez niego promieniowaniem jest pomijane ściany kanału traktuje się jako doskonale czarne promieniowanie padające na ścianki kanału jest całkowicie pochłaniane kolimator - kanał pusty wypełniony materiałem otaczającym geometryczne ograniczenie wiązki przy kanałach labiryntowych istotne jest promieniowanie rozproszone od ścian Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

przed kanałem znajduje się źródło promieniowania Kanały przed kanałem znajduje się źródło promieniowania gęstość strumienia promieniowania f w punkcie P w materii nie pochłaniającej dla dowolnego rozkładu promieniowania f’ (W) - różniczkowa gęstość strumienia cząstek , f(W) - funkcja normująca gęstość strumienia f w punkcie P dla materii o współczynniku absorpcji m l - odległość punktu P od źródła Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

gęstość strumienia w punkcie P dla źródła izotropowego (2p) Kanały gęstość strumienia w punkcie P dla źródła izotropowego (2p) f’ W - całkowita gęstość promieniowania emitowana przez źródło Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju prostokątnym x y 1 b2 b a l P(y1,z1) b1 gęstość strumienia promieniowania w punkcie P(y1,z1) dla pustego kanału dW = da db Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju prostokątnym x y 1 b2 b a l P(y1,z1) b1 gęstość strumienia promieniowania w punkcie P(y1,z1) dla kanału wypełnionego materią w współczynniku pochłaniania m F(b,mx) - całkowy sekans Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju prostokątnym kanał długi (b « l) - pusty kanał długi (b « l) - wypełniony (b1, b2 < 5°) Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju kołowym gęstość strumienia promieniowania w punkcie P dla pustego kanału Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju kołowym kanał długi (b >> R ) - pusty (po rozwinięciu na szereg i urwaniu na pierwszym wyrazie) S – powierzchnia przekroju kanału Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju kołowym gęstość strumienia promieniowania w punkcie P dla kanału wypełnionego materią w współczynniku pochłaniania m Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju pierścieniowym kanał o przekroju pierścieniowym - kanał typu szczelinowego koncentryczne materiały o takich samych własnościach promieniowanie w szczelinie w punkcie P zależy od grubości szczeliny d (b >> d) b - średnia odległość punktu P od źródła gęstość strumienia w punkcie P dla pustego kanału – suma składowej fa (promieniowanie w przestrzeni pustej) składowej fb (promieniowanie przechodzące częściowo przez materiał wyełnienia kanału) Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju pierścieniowym składowe fa i fb ograniczone kątami Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał o przekroju pierścieniowym gęstość strumienia w punkcie P dla pustego kanału strumień będzie miał maksymalną wartość dla r = R2. Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Przenikanie promieniowania z osłony do kanału założenie idealne - promieniowanie jest całkowicie pochłaniane w materiale osłony m - współczynnik absorpcji promieniowania materiału osłony uwzględnieniu przenikania promieniowania przez materiał osłony strumień promieniowania f(l) w punkcie P(l) składa się z dwu składowych f(l) = fn(l) + fp(l) fn(l) - strumień promieniowania dla nieprzenikliwej osłony fp(l) - strumień promieniowania przenikającego przez osłonę Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Przenikanie promieniowania z osłony do kanału kanał o przekroju kołowym o średnicy R1, promieniowanie izotropowe ze źródła kołowego o średnicy R >>R1 Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Kanał nieprzelotowy strumień promieniowania w punkcie P od źródła w postaci pręta przy obu geometriach kanału walcowego Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)

Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)