bĠr beta kaynaĞinin lÜmĠnesans ÖlÇÜmlerĠ ĠÇĠn …lumidoz4/sunular/6.pdf ·...

BĠR BETA KAYNAĞININ

LÜMĠNESANS ÖLÇÜMLERĠ ĠÇĠN

KALĠBRASYONU

Ş. KAYA, K. DURUER, B. KOZANLILAR, H.Y. GÖKSU

Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü, Ankara, Tü[email protected]

LÜMİDOZ IV Lüminesans Dozimetri Kongresi, 20-22.09.2010, Gaziantep/TÜRKİYE

GERĠYE DÖNÜK (RETROSPEKTĠF)

DOZĠMETRE

TL Ş

iddeti (

k.b

.)

Sıcaklık ( C)

FOTONLARIN MADDE ĠLE ETKĠLEġĠMLERĠ

Gelen fotonların enerjisine

Hedef maddenin etkin atom numarasına bağlıdır.

Çift Oluşumu E >birkaç MeV ~ Zeff2

Compton Saçılması 10keV -10 MeV ~Zeff

Fotoelektrik Etkileşim (düşük enerjilerde etkin) ~ Zeff4.5

i. Fotoelektrik Olay

ii. Compton Saçılması

iii. Çift Oluşum

ELEKTRONLARIN MADDE ĠLE ETKĠLEġĠMLERĠ

i. Bremsstrahlung X-ışını

ii. Karakteristik X-ışını

RADYASYON BĠRĠMLERĠ

IġINLAMA (X)

Havada iyonize radyasyonun birim kütlede oluşturduğu yük miktarıdır.

Elektromanyetik radyasyon için tanımlanmıştır.

Elektromanyetik radyasyon tarafından havada oluşturulan tüm elektronların

tamamen soğurulduğu kabul edilir.

X=dQ/dm

Eski birimi : Röntgen (R)

SI birimi : C/kg

1 R = 2.58 x 10-4 C/kg

o 300 keV’in altındaki fotonlar için

%0.05 hassasiyetle ÖlÇÜLEBİLİR!

oYüksek enerjili fotonlar için

elektronun menzili büyük olduğundan

ÖLÇÜLEMEZ!

EtrFoton

Saçılan Fotonlar

m, V

Havada 1 keV bir foton

Yaklaşık 30 elektron üretir


KERMA (K)

(Kinetic Energy Released per unit Mass)

Maddenin birim kütlesine iyonize radyasyon tarafından transfer edilen

enerji miktarıdır.

K = dEtr/dm

dEtr sadece başlangıçtaki etkileşimler sonucu maddeye aktarılan

başlangıçtaki kinetik enerji miktarıdır.

Burada radyasyonun soğurulması dikkate alınmaz.

SI birimi : Gray (Gy) … 1 Gy = 1 C/kg


SOĞURULAN DOZ (D)

İyonize radyasyon tarafından birim kütlede soğurulan enerji

miktarı olarak tanımlanır.

Tüm iyonize radyasyon için geçerlidir.

Herhangi bir madde için kullanılır.

D=dE/dm

Eski birimi : rad … 1 rad = 100 erg/gr

SI birimi : Gray (Gy) … 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad


IġINLAMA – KERMA - SOĞURULAN DOZ

Havada:

1 Röntgen = 0.0087 Gy (hava KERMA)

1 Röntgen = 0.0097 Gy (doku KERMA)

Eğer fotonların ortalama enerjisi yüksekse (60Co- 1.25 Mev) elektronik

denge sağlanmak koşuluyla hava KERMA kuvars gibi maddelerde

soğurulan doza eşittir.

Elektronik denge ise, 3 mm kalınlığında bir zırh ile elde edilebilir. Bunun

dışında doz hesabı için şu faktörlerin göz önüne alınması gerekir:

a) Bremsstrahlungb) Çarpışmaya girmeyen fotonlar

% 3

90Sr Beta Kaynağı

90Sr Beta Işınlayıcı

137Cs Foton Kaynağı

Soğurulan Doz :

D = dE/dm (Joule/kg)

137Cs Foton Işınlayıcı

KALĠBRASYON NEDEN YAPIYORUZ ?

1. Kırma

2. Eleme

3. 125<µm<200 seçilerek;

4. Yıkama

5. %1’lik HCl, % 40’lık HF

6. 140<µm<200 elek ile sulu eleme

i. Manyetik karıştırıcı-demir parçacıkları

ii. Kurutma

iii. 600 ºC , 15 dk

SİVRİHİSAR KUVARSLARININ HAZIRLANIŞI:

ÖRNEĞĠN X-IġINI KIRINIM YÖNTEMĠ

(XRD) ĠLE ANALĠZĠ

Ankara Üniversitesi Jeoloji Müh. XRD Analiz Laboratuarında İnel Equinox-1000 model X-ışını difraktometresi ile analiz

yapılmıştır. (ASTM Card # 5-490)

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80 100 120

Şid

de

t

2 theta (⁰)

2θ=30.44⁰ (kuvars)

ÖRNEKTEKĠ DOĞAL VE YAPAY

RADYONÜKLĠT MĠKTARI

Kirli örnek

Temiz örnek

Örneklerin içerdiği doğal ve yapay radyonüklit miktarı, %44.8 bağıl verimli

HPGe kuyu tipi dedektör ile ölçülmüştür.

A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü Spektroskopi Laboratuarında Uzm.Ayşe Nur Solmaz

ve Esra Köse tarafından Canberra model Germanyum Dedektörü ile analizler

yapılmıştır.

NüklitAktivite

(Bq/kg)

MDA

(Bq/kg)

238U 2.9 0.1 1

232Th < MDA 540K 56.2 1.5 20

137Cs 4.1 0.1 1

Ölçümlerde elde edilen tüm sonuçlar

MDA’nın altındadır.

MDA » Ölçülebilen en küçük aktivite

RISØ TL/OSL SİSTEMİ KAPALI DURUMDA İKEN BETA KAYNAĞINDAN YAYILAN SIZINTI RADYASYON DOZU

90Sr beta

kaynağı

1234567

89

1011

1213

14

15161718

1920

2122

232425262728293031

3233

3435

3637383940

41

4243

4445

4647

48

Karusel, 90Sr beta

kaynağı 19 numaralı

örneğin üzerine

gelecek şekilde

yerleştirilmiştir.

0255075

100125150175200225250

1 2 3 4 5 6 7 8 91

01

11

21

31

41

51

61

71

81

92

02

12

22

32

42

52

62

72

82

93

03

13

23

33

43

53

63

73

83

94

04

14

24

34

44

54

64

74

8

Do

z h

ızı (

µG

y/sa

)

Karuseldeki örnek yeri

SĠVRĠHĠSAR KUVARSININ IġIMA EĞRĠSĠ

0,0E+00

5,0E+05

1,0E+06

1,5E+06

2,0E+06

2,5E+06

3,0E+06

0 100 200 300

TL Ş

idd

eti

Sıcaklık (⁰C)

ısıtma hızı 5⁰C/s

170 :C piki210 :C piki

110 :C piki

0,0E+00

5,0E+03

1,0E+04

1,5E+04

2,0E+04

0 50 100 150 200 250 300Sıcaklık (⁰C)

140⁰C'de ön-ısıtma

ısıtma hızı 5⁰C/s170⁰C piki

210:C piki

TL

ġid

det

i

RADYASYON DOZ CEVABI

0

50000

100000

150000

200000

250000

0 1,4 2,8 4,2 5,6 7 8,4 9,8

TL Ş

idd

eti

Radyasyon Dozu (Gy)

100 C-250 C

arasındaki toplam

alan alınmıştır.

Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü Optik Araştırma Laboratuvarı UV-Vis 1800

model Shmadzu marka cihaz kullanılarak filtrelerin UV spektrumu 190-1100 nm dalga boyu

aralığında taranmıştır.

0102030405060708090

100

190 290 390 490 590 690 790 890 990 1090

% g

eçi

rge

nlik

dalgaboyu (nm)

7-59, 4.07mm

BG-39, 2.04 mm

U-340, 7.46 mmBG-39

7-59

U-340

KULLANILAN OPTĠK FĠLTRELERĠN

GEÇĠRGENLĠK SPEKTRUMLARI

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

BG-39 ve 7-59 filtreleri

U-340 filtresi

Aynı radyasyon dozu

verilen

örnekler, 140⁰C'de ön-

170⁰C

210:C

TL

ġid

det

i

Sıcaklık (⁰C)

Değerlendirmeler, 120ºC ve 280ºC arasındaki eğrinin altında kalan

toplam alan kullanılarak yapılmıştır.

KUVARS ÖRNEKLERĠNĠN FARKLI FĠLTRELER

ĠLE ELDE EDĠLEN IġIMA EĞRĠLERĠ

SĠVRĠHĠSAR KUVARSLARININ TERMAL AKTĠVASYONUNUN

ĠNCELENMESĠÖlçüm Örnek Konumu ĠĢlem

1 1-24 Beta, 2 s

2 1-24 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma)

3 1-24 TL, 280ºC, 5ºC/s

4 1-24 Beta, 40 s

5 1-3 TL, 280ºC, 5ºC/s

6 4-6 TL, 300ºC, 5ºC/s

7 7-9 TL, 350ºC, 5ºC/s

8 10-12 TL, 400ºC, 5ºC/s

9 13-15 TL, 450ºC, 5ºC/s

10 16-18 TL, 500ºC, 5ºC/s

11 19-21 TL, 550ºC, 5ºC/s

12 22-24 TL, 600ºC, 5ºC/s

13 1-24 Beta, 2 s


15 1-24 TL, 280ºC, 5ºC/s

140<x<200 µm

Radyasyon dozu verilmemiş (0) örnekler

Kullanılan filtreler: BG-39 ve 7-59

SĠVRĠHĠSAR KUVARSLARININ

TERMAL AKTĠVASYONUNUN ĠNCELENMESĠ

0

10

20

30

40

50

60

70

250 300 350 400 450 500 550 600

SN1

70

-21

0/S

01

70

-21

0

Sıcaklık ( ºC)

SĠVRĠHĠSAR KUVARSININ HASSASLAġTIRILMASI

Ölçüm Örnek Konumu İşlem

1 1-3 Beta, 2 s


3 1-3 TL, 280ºC, 5ºC/s

4 1-3 Beta, 40 s

5 1-3 TL, 500ºC, 5ºC/s

6 1-3 Beta, 2 s


8 1-3 TL, 280ºC, 5ºC/s

10 kez

tekrarlandı

140<x<200 µm tanecik boyutu

Kullanılan filtreler: BG-39 ve 7-59

SĠVRĠHĠSAR KUVARSININ HASSASLAġTIRILMASI

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 50 100 150 200 250

TL Ş

idd

eti

Sıcaklık (⁰C)

1 ısıtma

2 ısıtma

3 ısıtma

4 ısıtma

5 ısıtma

6 ısıtma

7 ısıtma

8 ısıtma

9 ısıtma

10 ısıtma

0

2000

4000

6000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

TL Ş

idd

eti

Tekrarlama Sayısı

170ºC piki

210ºC piki

A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü40-140 keV X-ışını

Kalibrasyon Sistemi

A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü137Cs foton KaynağıKalibrasyon Sistemi

137Cs FOTON KAYNAĞI ĠLE ÖRNEKLERĠN IġINLANMASI

Model Ölçülen Nicelikler Resimleri Doz Hızı Enerji Bağımlılığı

Min Max

30cm3

Silindir İyonOdası

PTWTM23361

Hava Kerma, HavaKerma Doz Hızı

12 µGy/dk 10 mGy/dk ≤ ± 4 % (40 keV, Co-60)

Küresel İyonOdası

TK 30

PTWTM32005

Hava Kerma, Hava Kerma Doz Hızı,

Işınlama, Işınlama Doz Hızı

12,96 µGy/dk

65 Gy/dk ≤ ± 5% (48keV, Co-60

10 l Küreselİyon Odası PTW

TM32003


Işınlama, Işınlama Doz Hızı

36,6 nGy/dk 0,18 Gy/dk ≤ ± 4 % (40 keV, Co-60)

Farmer İyonOdası

PTWTM30010


Soğurulan Doz ve Işınlama, Işınlama

Doz Hızı

0,6 mGy/dk 2,8 kGy/dk ≤ ± 2% (70kV -280kV, Co-60)

≤ ± 4% (200 kV, Co-60 )

Monitor İyon Odası

PTWTM786

Işınlanan alan genişliği ve ışınlama durumunagore değişiklik gösterir.

REFERANS DEDEKTÖRLER

14.07.2010(TM23361)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

1600.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Mesafe(cm)

Do

z H

ızı(

μG

y/m

in)

14.07.2010

137Cs FOTON KAYNAĞININ MESAFEYE GÖRE DOZ HIZI

DAĞILIMIĠLE ÖRNEKLERĠN IġINLANMASI

ÖRNEKLERE RADYASYON DOZUNUN

VERĠLMESĠ

Siyah kaplı

Kaynak-örnek mesafesi =180 cm

İki yönden ışınlanma

Toplam 250 mGy

137Cs

Eortalama = 662 keV

X

Kabın çeperi (3 mm)

1cm

140<µm<200 tanecik boyutları

içeren kuvars

Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü’nde

foton kaynağı ile ışınlama yapılmıştır.

Ölçüm Örnek Konumu ĠĢlem


2 1-20 TL, 280ºC, 5ºC/s 1-20 olan örneklerin ışımalarını

kaydet

3 1-20Beta, 2s

TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma)~250 mGy

4 1-20 TL, 280ºC, 5ºC/s

1-20 olan örneklerin ışımalarını

kaydet. 1-10a teker teker doz hızını

hesapla ve ortlama doz hızı bul

(Run1 ile run2 yi karşılaştır.)

5 11-20Beta, 2s

TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma)

~250 mGy

6 11-20 TL, 280ºC, 5ºC/s

11-20 olan örneklerin ışımalarını

kaydet ve ortalamalarını 1-10 ile

karşılaştır.


8 1-20 TL, 280ºC, 5ºC/s

9 21-24 TL, 140ºC, 2ºC/s (ön-ısıtma) Sızıntı radyasyondan alınan dozun

belirlenmesi için10 21-24 TL, 280ºC, 5ºC/s

OTOMATĠK OKUYUCU ĠÇĠN KULLANILAN

ÖLÇÜM PROTOKOLÜ

MANUAL OKUYUCU ĠÇĠN KULLANILAN

ÖLÇÜM PROTOKOLÜİşlem sırası Örnek No Uygulanan İşlem Açıklama

1 1-10 Tmax=140°C β=2°C/s Foton kaynağı ile ışınlanmış standart örneklere ön-ısıtma yapılır. Buradan elde edilen veriler kalibrasyonda zaman ve miktar düzeltmesi yapılması için kullanılır.

Tmax=280°C β=5°C/s Foton kaynağı ile ışınlanmış standart örneklerin TL okuması yapılır ve verilen dozun hangi TL şiddetine denk geldiği hesaplanır.

2 1-10 1 s beta Daha önce foton kaynağı ile bilinen bir dozda ışınlanan örnekler beta kaynağı ile 1 s ışınlanır.

Tmax=140°C β=2°C/s 1 s beta kaynağı ile ışınlanmış örneklere ön-ısıtma uygulanır. Buradan elde edilen veriler kalibrasyonda zaman ve miktar düzeltmesi yapılması için kullanılır.

Tmax=280°C β=2°C/s 1 s beta dozu ile ışınlanmış örnekler 280°C’ye ısıtılır.

3 11-20 1 s beta Hiç radyasyon dozu uygulanmamış örneklere 1 saniyelik test dozu uygulanır.


Tmax=280°C β=2°C/s 1 s beta dozu ile ışınlanmış örnekler 280°C’ye ısıtılır.

4 11-20 1 s beta Daha önce bir kere 1 s doz verilen ve 1 kere 280°C’ye ısıtılan örnekler beta kaynağı ile 1 saniye ışınlanır.


Tmax=280°C β=2°C/s 1 s beta dozu ile ışınlanmış örnekler 280°C’ye ısıtılır.2 numaralı işlemde ısıtılan örnekler ile 3 numaralı işlemde ısıtılan örnekler arasında sıcaklığa bağlı değişim miktarı hesaplanır.

5 1-10 - Foton kaynağı ile bilinen bir dozla ışınlanan 1-10 örneklerinden elde edilen TL şiddeti ile aynı örneklerin 1 s beta kaynağı ile ışınlanmasının ardından elde edilen TL şiddeti oranlanarak doz hızı hesaplanır.

6 11-20 - 3 ve 4 numaralı işlemlerde örneklerin ısıtılması arasında hassasiyetindeki değişim miktarı hesaplanır ve 5 numaralı işlemde hesaplanan doz hızına bu düzeltme uygulanır.

FARKLI FĠLTRELER ĠÇĠN HESAPLANAN DOZ HIZI

Kullanılan optik filtre BG-39 ve 7-59

Ölçüm No Ölçüm 1 Ölçüm 2

TL ġiddeti (X11-20 σ) 7986 787 8089 720

% TL Ģiddetleri arasındaki sapma %10 %9

% Hassasiyet değiĢimi %1

Doz hızı (mGy/s) 127 7 *

* %1 ısıtmadan kaynaklı hassasiyet değişimi, örneklerin TL şiddetleri arasındaki sapmanın

yüksek olması nedeniyle doz hızı hesabında düzeltme yapılmamıştır.

SONUÇ

* Kuvars örnekleri:

3 kez radyasyon dozu + 3 kez 500 C’ye ısıtma ile

daha hassas malzeme elde edilmiĢtir.

* Yapılan kalibrasyonda elde edilen doz hızı SSDL’e

göre % 6 hata ile ölçülmüştür.

o Ölçüm parametrelerinin optimize edilmesi :

Yüksek radyasyon dozlarında (Ör. Jeolojik çalışmalar) U-340

Düşük radyasyon dozlarında BG-39,7-59

o Beta kaynağının kalibrasyonu için tarihlendirme ve geriye

dönük dozimetre çalışmaları yapan lüminesans laboratuarlarına

dağıtılmak üzere kalibrasyon malzemesi hazırlanmış ve bunun

için gerekli olan kullanıma uygun ölçüm protokolü

geliştirilmiştir.

SONUÇ

bĠr beta kaynaĞinin lÜmĠnesans ÖlÇÜmlerĠ ĠÇĠn …lumidoz4/sunular/6.pdf ·...

Documents