• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Radiation Safety Instrument
 

Radiation Safety Instrument

on

  • 1,870 views

lecture slides on Radiation safety instrument

lecture slides on Radiation safety instrument

Statistics

Views

Total Views
1,870
Views on SlideShare
1,870
Embed Views
0

Actions

Likes
2
Downloads
0
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Radiation Safety Instrument Radiation Safety Instrument Presentation Transcript

    • RADIATION SAFETY INSTRUMENTS Pawitra Masa-ah
    • เนื่องจากหัววัดรังสีมีหลายชนิด ได้มีการออกแบบมาโดยมีวัตถุประสงค์แตกต่างกัน ต่อไปนี้จะกล่าวถึงเครื่องมือตรวจวัดและสารวจรังสีแบบเคลื่อนที่ 3 แบบDose-rate monitors and Survey meters. Gas-Filled Detectors  Ionization chambers  Proportional counter  Geiger-Muller (GM) tubes
    • OUTLINEDose-rate monitors and Survey meters. Gas-Filled Detectors  Ionization chambers  Proportional counter  Geiger-Muller (GM) tubesIntegrated dose indicators Thermoluminescence Dosimeter (TLD) Optically Stimulated Luminescence (OSL)
    • Gas-Filled Detectorเครื่องมือสารวจรังสีแบบเคลื่อนที่ ใช้หัววัดรังสีประเภทบรรจุก๊าซ หรือ เรียกว่าGas-filled Detectorหลักการวัดรังสีประเภทนี้ อาศัยหลักการที่ว่าเมื่อรังสีก่อไอออนทาอันตรกิริยากับแก๊สที่บรรจุอยู่ภายในหัววัด จะก่อให้เกิดคู่ของไอออน (Ion pairs) ภายในหัววัด คู่ของไอออนที่เกิดจะถูกรวบรวมในรูปของกระแสไฟฟ้า (Current) หรือสัญญาณพัลส์ (Pulse) ถ้าสัญญาณที่เกิดมากหมายถึงมีความแรงรังสีมากสัญญาณเกิดน้อยหมายถึงมีความแรงรังสีน้อย
    • Gas-Filled Detectorเมื่ อ แก๊ ส ได้ รั บ รั ง สี จ ะเปลี่ ย นจากโมเลกุ ล ที่ เ ป็ น กลางทางไฟฟ้ า (Neutralmolecule) เป็นโมเลกุลที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบโดยภายในหัววัดจะมีขั้วบวกอยู่ตรงกลางทาด้วยขดลวดเล็ก ๆ และขั้วลบซึ่งเป็นโลหะทรงกระบอก เมื่อให้ความต่างศักย์ที่ขั้วไฟฟ้า จะเกิดสนามไฟฟ้ามีทิศทางจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ประจุที่เกิดขึ้นเมื่อแก๊สได้รับรังสีก็จะวิ่งไปยังขั้วตรงข้าม ทาให้เกิดเป็นกระแสไหลในวงจรที่ต่อครบ
    • Gas-Filled Detectors-Components  Variable voltage source  Gas-filled counting chamber  Two coaxial electrodes well insulated from each other  Electron-pairs  produced by radiation in fill gas  move under influence of electric field  produce measurable current on electrodes  transformed into pulse
    • Gas-Filled Detectors wall fill gasEnd Anode (+) OutputwindowOr wall Cathode (-) R or A
    • Gas-Filled Detector ที่มี ความต่างศักย์ ต่าง ๆ กันไป ก็จะเกิดเป็นเครื่องมือสารวจ ต่างประเภทต่าง วัตถุประสงค์การใช้งานI ; Ionization chamber regionP ; Proportional regionGM ; Geigur-Mueller region
    • OUTLINEDose-rate monitors and Survey meters. Gas-Filled Detectors  Ionization chambers  Proportional counter  Geiger-Muller (GM) tubesIntegrated dose indicators Thermoluminescence Dosimeter (TLD) Optically Stimulated Luminescence (OSL)
    • Ionization Chamber ไอออนไนเซชัน แชมเบอร์ได้ถูกออกแบบมาเพื่อวัด Exposure rate ในหน่วย mR/hr หรือ R/hr หัววัดจะเป็นรูปทรงกระบอกและมีการเติมอากาศ (Air) ไว้ภายใน เมื่อรังสีเกิด อันตรกิริยากับอากาศที่อยู่ภายในหัววัดจะเกิดคู่ของไอออนขึ้นและคู่ของไอออนนี้ จะถูกเก็บสะสมและเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าขึ้น ในขณะที่สนามไฟฟ้าไม่เข้มพอ คู่ ของไอออนที่เกิดจะกลับไปรวมตัวกันแต่เมื่อเพิ่มความต่างศักย์ไฟฟ้าให้มากขึ้น จนทาให้คู่ของไอออนที่เกิดขึ้นทั้งหมดเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าตรงกันข้าม เรียกว่า เกิด Ion saturation กระแสที่วัดได้จะมีค่าสูงสุดถึงแม้จะเพิ่มความต่าง ศักย์ไฟฟ้าให้มากขึ้น จะไม่ทาให้กระแสที่วัดได้เพิ่มขึ้น การวัดสัญญาณจากหัววัดไอออนไนเซชันทาได้โดยการวัดกระแสตรงหรือโดย การแปลงประจุให้เป็นพัลส์
    • Ionization Chamber Electrometer + 1234 HV - The response is proportional to Negative ion ionization rate (activity, exposure rate) Positive ion
    • Ionization Chamberไอออนไนเซชัน แชมเบอร์ เป็นเครื่องมือที่เหมาะสมในการวัด ปริมาณรังสี(Radiation dosimetry) เพราะหัววัดชนิดนี้มีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่จ่ายให้แก่หัววัดต่าและเพียงพอที่จะทาให้หัววัดจับ/นับวัด จานวนคู่ของไอออนที่เกิดขึ้นได้ทั้งหมด โดยไม่มีการคูณขยาย (Multiplication)จานวนคู่ของไอออนเพิ่มขึ้นจากเดิม ดังนั้นขนาดของกระแสที่เกิดขึ้นที่หัววัดจึงสามารถเทียบเป็นหน่วยเรินต์เกนหรือหน่วยซีเวิร์ตได้โดยตรง
    • Ionization ChamberIn the ionization chamber region  The number of ion pairs collected by the electrodes is equal to the number of ion pair produced by the radiation in the detector.  There is no change in the number of ion pairs collected as the voltage increase.  จานวนคู่ของไอออน (Ion Pair) ที่ถูกเก็บสะสมโดย Electrode จะมีค่า เท่ากับจานวน Ion pair ที่เกิดขึ้นจริงเมื่อรังสีตกกระทบหัววัด  ถึงแม้จะเพิ่มความต่างศักย์ไฟฟ้าให้มากขึ้น จะไม่ทาให้กระแสที่วัดได้เพิ่มขึ้น
    • Ionization ChamberMain properties  High accuracy  Stable  Relatively low sensitivity  Slow response (used as integrator)  Wide range (uGy/hr – several thousand)  PortableUsed for  Monitoring instrument : Survey for radiation level >1 mR/hr  Main x-ray QC. Instrument
    • Portable ion chambersurvey instrument
    • OUTLINEDose-rate monitors and Survey meters. Gas-Filled Detectors  Ionization chambers  Proportional counter  Geiger-Muller (GM) tubesIntegrated dose indicators Thermoluminescence Dosimeter (TLD) Optically Stimulated Luminescence (OSL)
    • Proportional region ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่จ่ายให้ electrodes สูงขึ้นในช่วงนี้ ทาให้ขนาดของกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น เนื่ อ งจากความต่ า งศั ก ย์ ที่ เ พิ่ ม ขึ้ น นอกจากจะท าให้ มี พลังงานเพียงพอที่จะไปถึง electrodes และยังให้คู่ ไอออนซึ่งมีความเร็วเพิ่มขึ้น จากการที่เพิ่มความเร็วนี้ ท าให้ เ กิ ด ก ารแตกตั ว อี กครั้ ง เป็ น secondary ionization ทาให้ได้คูไอออนเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้ เรียกว่า gas multiplication มีผลให้ได้กระแสไฟฟ้า ขนาดใหญ่ขึ้น จะเห็นได้ว่าจานวนคู่ไออนเพิ่มขึ้นเมื่อความต่างศักย์ เพิ่มขึ้น
    • Proportional region การเกิด gas multiplication สามารถทาให้เกิดคู่ไอออนประมาณล้านคู่ต่อ 1 ปฏิกิริยา ซึ่งต่างจาก ionization chamber ที่ 1 ปฏิกิริยาทาให้เกิดเพียง 1 คู่ ไอออน ถึงแม้จะเกิดการขยายตัวได้คู่ไอออนมากมายแต่อัตราการขยายยัง เป็นสัดส่วนกับพลังงานของรังสีหรืออนุภาคที่เข้ามาทาปฏิกิริยา Diagram of a proportional counter: (a) region of electron drift and (b) region of gas amplification
    • Proportional region นิ ย มใช้ วั ด นิ ว ตรอนในเตาปฏิ ก รณ์ ป รมาณู เนื่ อ งจาก proportional counter ให้สัญญาณที่มีขนาดใหญ่ทาให้ประสิทธิภาพการวัดสูงจึงเป็น เหตุให้แยกชนิดของรังสีหรืออนุภาคได้ ข้อเสียคือหัววัดชนิดนี้ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ จ่ า ยให้ ท าให้อั ต ราขยายสั ญญาณเปลี่ ยนแปลงด้ ว ยจึ ง จ าเป็ นต้ อ ง ควบคุมการเปลี่ยนแปลงของความต่างศักย์ไฟฟ้าในการใช้งาน
    • Proportional counterIn the proportional region  The number of ion pairs collected is greater than the number of ion pairs produced in the detector by the radiation.  There is gas amplification. ion pairs collected The amplificat ion factor  ion pairs produced  The amplification factor at specific voltage is the same for any type of radiation or energy of radiation.  The number of ion pairs collected is proportional to the number of ion pairs originally produced.
    • Proportional counter  Operates in pulse mode  Most common general-purpose : 90% argon + 10% methane
    • Proportional counterMain properties  Laboratory instrument.  Accuracy.  A little higher sensitivity than the ion chamber.  Used for particles and low energy photon.Used for  Monitoring instrument ; Assay of small quantities of radionuclides  spectrometer
    • OUTLINEDose-rate monitors and Survey meters. Gas-Filled Detectors  Ionization chambers  Proportional counter  Geiger-Muller (GM) tubesIntegrated dose indicators Thermoluminescence Dosimeter (TLD) Optically Stimulated Luminescence (OSL)
    • Geiger-Müller CounterIn the Geiger-Muller region  Any single ionizing event will produce so many secondary ions that very large pulse is produce.  These ion pairs produce more ion pairs, until literally millions of ion pairs are produced. This effect called “Avalanching”  Because of the avalanche, It’s possible to tell that the radiation is present, but it isn’t possible to determine the type of radiation.  To stop the continual avalanche, another gas, called “Quenching gas” is mixed with argon
    • Geiger-Müller Counterไกเกอร์ มูลเลอร์ เคาท์เตอร์ หรือ ไกเกอร์ เคาท์เตอร์ เป็นเครื่องสารวจรังสีแบบเคลื่อนที่ ที่นิยมใช้กันมาก ภายในหัววัดรูปทรงกระบอกจะบรรจุแก๊ส ซึ่งประกอบด้วย ฮีเลียม 98% และ บิวเทน 1.3% และหัววัดจะสามารถถอดแยกออกจากตัวเครื่องได้เพื่อสะดวกในการใช้งาน Hand Monitor for Beta and Pancake Typed GM counter Gamma Detection
    • Geiger-Müller Counterหลักการทางานคล้ายกับ Ionization Chamber แต่ขนาดของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่จ่ายให้มีค่าสูงกว่ามากค่ า ความต่ า งศั ก ย์ ที่ สู ง มากนี้ จ ะท าให้ คู่ ข องไอออน โดยเฉพาะอิ เ ล็ ก ตรอนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากขึ้นทาให้เมื่อ รังสีตกกระทบ แก๊สทุกโมเลกุลที่อยู่ในหัววัดแตกตัวเป็นคู่ของไอออนทั้งหมด เนื่องจากเกิดการชนกันแบบต่อเนื่อง จนทาให้สัญญาณพัลส์ที่ได้มีค่าเกือบคงที่หรือเท่ากัน
    • Geiger Müller-tube principle - + - Knoll A single incident particle cause full ionization
    • Geiger-Müller Counterหัววัดชนิดนี้จะวัดออกมาในรูป พัลส์ หรือค่านับวัด (Count)และด้วยสัญญาณพัลส์ที่ออกมาจะมีขนาดเท่ากัน ไม่ว่าคู่ไอออนเริ่มต้นเป็นเท่าใด ดังนั้นเครื่องมือนี้จึงไม่สามารถแยกชนิดของรังสี หรือระดับพลังงานต่าง ๆ ได้ จึงมักใช้บ่งบอกว่ามีสารรังสีอยู่เท่านั้น
    • Geiger Müller counterMain properties  High sensitivity.  Lower accuracy  Limited to <100 mR/hr  PortableUsed for  Contamination monitor  Survey for low radiation level  Dosimeter (if calibrated)
    • OUTLINEDose-rate monitors and Survey meters. Gas-Filled Detectors  Ionization chambers  Proportional counter  Geiger-Muller (GM) tubesIntegrated dose indicators Thermoluminescence Dosimeter (TLD) Optically Stimulated Luminescence (OSL)
    • Personal Dosimetryงานตรวจวัดรังสีประจาบุคคลคือ การตรวจวัดปริมาณรังสีที่ได้รับขณะปฏิบัติงาน โดยใช้เครื่องวัดรังสีประจาบุคคลสาหรับบุคลากรที่ปฏิบัติงานด้านรังสี เป็นโครงสร้างพื้นฐานของระบบป้องกันอันตรายจากรังสี เป็นการเฝ้าระวังและประเมินความเสี่ยงไม่ให้บุคลากรด้านรังสีได้รับปริมาณรังสีเกินกว่าค่ามาตรฐาน
    • Thermo-luminescence Dosimeter (TLD)
    • Thermo-luminescence Dosimeter (TLD) ที แอล ดี (Thermoluminescence Dosimetry : TLD) เป็นของผลึกใช้ ผลึกลิเทียมฟลูออไรด์(LiF) หรือ แคลเซียมฟลูออไรด์ (CaF2) ซึ่งมีสมบัติที่เมื่อได้รับพลังงานจากรังสีแล้วจะสะสมพลังงานเอาไว้โดยการ เปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็คตรอน เมื่อได้รับความร้อนที่เหมาะสม ผลึ ก จะคายพลั ง งานที่ เ ก็ บ ไว้ อ อกมาในรู ป ของแสง ปรากฏการณ์ นี้ จึ ง เรีย กว่ า Thermoluminescence ปริมาณของแสงนี้จ ะถูก เปลี่ยนให้ เป็น สัญญาณไฟฟ้าซึ่งจะแปรผันตามปริมาณรังสีที่ผลึกได้รับ อ่านค่าออกมาเป็นตัวเลขได้ ผลึกนี้จะบรรจุอยู่ในตลับซึ่งจะมีตัวกรองเพื่อ แยกความแตกต่างของชนิดและพลังงานของรังสี
    • Thermoluminescence (TL) (TL) is the ability to convert energy from radiation to a radiation of a different wavelength, normally in the visible light range. Two categories  Fluorescence - emission of light during or immediately after irradiation  Not a particularly useful reaction for TLD use  Phosphorescence - emission of light after the irradiation period. Delay can be seconds to months. TLDs use phosphorescence to detect radiation.
    • Thermoluminescence Radiation moves electrons into “traps” Heating moves them out Energy released is proportional to radiation Response is ~ linear High energy trap data is stored in TLD for a long time
    • TL Process Conduction Band (unfilled shell) Electron trap (metastable state) -Phosphor atom Valence Band (outermost electron shell) Incident radiation
    • TL Process, continued Conduction BandThermoluminescentphoton - Heat Applied Phosphor atom Valence Band (outermost electron shell)
    • TLD Reader Construction To High DC Amp Voltage To ground PMT Recorder or meter Filter TL material Heated Cup Power Supply •Output as “glow curve” •Area under represents the radiation energy deposited in the TLD
    • ThermoluminescenceMain properties  High sensitivity.  Accuracy  Wild range (uGy-Gy)  Size-so small, can be taped to finger.  Versatility ; can use for long period.  Reusable - economical  Readout convenience - rapid (<30 sec)  No wet chemical ; data won’t be lost if it wet.Used for  personnel monitoring  stationary area monitoring
    • Thermoluminescence dosimeter : area monitoring , Personnelradiation monitoring (Courtesy Bicron.)
    • OUTLINEDose-rate monitors and Survey meters. Gas-Filled Detectors  Ionization chambers  Proportional counter  Geiger-Muller (GM) tubesIntegrated dose indicators Thermoluminescence Dosimeter (TLD) Optically Stimulated Luminescence (OSL)
    • Optically stimulatedluminescence (OSL)
    • Optically stimulated luminescence(OSL) Minimum detectable dose  1 mRem for gamma and x-ray radiation,  10 mRem for beta radiation. Uses thin layer of aluminum oxide  Al2O3 : C  Has a TL sensitivity 50 times greater than TLD-100 (LiF:Mg,Ti) Almost tissue equivalent. Strong sensitivity to light Readout stimulated using laser Intensity luminescence in proportion to radiation dose.
    • Optically stimulated luminescence(OSL)แผ่นวัดรังสีชนิด OSL เป็นของผลึกสารประกอบ Al2O3 : Cผลึกมีคุณสมบัติที่เมื่อได้รับพลังงานจากรังสีแล้วจะสะสมพลังงานเอาไว้โดยการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็คตรอน เมื่อมีการกระตุนด้วยแสงสี ้น้าเงินความเข้มที่เหมาะสม ผลึกจะคายพลังงานที่ได้รับมาส่วนหนึ่งในรูปของแสงสีน้าเงินเช่นกัน ปริมาณของแสงที่ปล่อยออกมาจะแปรตามปริมาณรังสีที่ได้รับเนื่องจากการคายอิเล็กตรอนในขบวนการกระตุนแต่ละครั้ง จะมีอิเล็กตรอน ้หลุดออกมาเพียงบางส่วนเท่านั้น ทาให้สามารถทาการกระตุ้นได้หลายครั้งจึงทาให้มีคุณสมบัติในการอ่านซ้าได้
    • ปรากฏการณ์ของ OSL คล้ายกับขบวนการของ TLD ต่างกันด้วยวิธีการกระตุ้น “TLD ใช้ ความร้อน” ในขณะที่ “OSL ใช้ แสง”ผลึกของ Al2O3 : C เมื่อนามาบรรจุเป็นแผ่นวัดรังสีแล้วต้องใช้คู่กับตลับใส่แผ่นวัดรังสีซึ่งตัวตลับจะบรรจุแผ่นกรองรังสีชนิดและความหนาแตกต่างกัน เพื่อใช้วิเคราะห์ปริมาณรังสีแยกความแตกต่างของชนิดและพลังงาน
    • Optically Stimulated Luminescence dosimeters(Courtesy Laudauer.)
    • Film Badge Film Badge (ฟิล์มแบดจ์) ประกอบด้วย ฟิล์มวัดรังสีและตลับบรรจุ ตัวฟิล์มวัดรังสี เป็น สารโพลีเอสเตอร์ เคลือบด้วย emulsion ที่เป็น ส่วนประกอบของ AgBr ซึ่งเมื่อได้รับรังสีจะถูก ionized เป็น Ag+ และ Br- โดย Ag+ เป็นตาแหน่งของภาพแฝง เมื่อนาไปผ่านกระบวนการล้าง ฟิล์มจะปรากฏความดาตรงตาแหน่งของภาพแฝงนั้น ฟิล์มวัดรังสีต้องใช้คู่กับตลับใส่ฟิล์มที่มีแผ่นกรองรังสี ชนิดและความหนา ต่างกัน ทาให้เกิดรูปแบบ (pattern) ของการได้รับรังสีที่แตกต่างกันซึ่ง สามารถน ามาวิเคราะห์ ชนิด และปริม าณของรัง สีชนิ ด นั้น ได้แ ก่ Conventional Film ซึ่งตอบสนองต่อรังสี โฟตอนและ บีตา
    • Film Badge
    • Film Badge อย่างไรก็ตามหากเลือกใช้ตลับบรรจุชนิดมี Cadmium เป็นแผ่นกรองรังสี จะสามารถตอบสนองต่อ Thermal neutron ได้ เนื่องจาก Thermal neutron ทาอันตรกิริยากับ Cadmium จะให้รังสีแกมมา ทาให้เกิดความ ดาที่บริเวณแผ่นกรองรังสี Cadmium