بخشی از مقاله
برخی از منابع:
[1] G.Ragan , J.Izewska,"Radiation Monitorin Instruments" (1999)
[2] H. Henschel, O. Köhn and H.U . Schmidt "Optical fibres as radiation dosimeters" , Nuclear Instruments andMethods in Physics Research B69 (1992)
[3] Stefan k . Hoffgen," Fibre Optic Radiation Sensors,1 th workshop on Instromentation for charged particle Therapy", Fraunhofer INT ,(2007)
[4] H. Henschel, 0. Kohn, W. Lennartz, S. Metzger, H.U. Schmidt, "Comparison between fast neutron and gamma irradiation of optical fibres ", IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR
SCIENCE, VOL. 45, NO. 3, JUNE 1998
[5] H. Henschel , M. Körfer, K. Wittenburg , F. Wulf , "Fiber Optic Radiation Sensing Systems for TESLA" , TESLA Report No. 2000-26 (2000).
مقدمه
در سنجش ميزان تابش هاي گاما اکنون از وسايل اندازه گيري مختلفي استفاده مي شود[١]. به تدريج از سال ١٩٨٣دانشمندان به اين نتيجه رسيدن که از فيبرهاي نوري آلاييده با مواد خاصي مي توان حسگر تابش سنج گاما توليد کرد[٣]. حسگر فيبر نوري تابش سنج داراي ويژگي هايي مي باشد که ما ناگزير هستيم در برخي از کاربردها از آنها استفاده کنيم . از جمله اين ويژگي ها بدين قرارند[٢] .
١- اين حسگرها نسبت به ديگر تابش سنج ها ارزان قيمت مي باشند. ٢- با زياد و کم کردن طول فيبر نوري تحت تابش مي توان دقت هاي اندازه گيري متفاوتي بدست آورد. به طور مثال هرچه نرخ تابش (dose rate) افزايش پيدا کند، طول فيبر تحت تابش بايد کاهش يابد. ٣- اين حسگر مي تواند به طور همزمان با قرار گرفتن تحت تابش ، ميزان تابش گاما را نشان دهد٤- قابليت بکارگيري در بافت هاي زنده براي اندازه گيري همزمان تابش را دارا مي باشد٥- اين حسگر را مي توان به تجهيزات الکترونيکي متصل نمود و نيز داده ها را در حين تابش ذخيره نمود.
١- چيدمان آزمايشگاهي
چيدمان آزمايشگاهي در نظر گرفته شده به صورت شکل ١ مي باشد.
شکل ١:چيدمان مورد استفاده در اندازه گيري ميزان جذب نور داخل فيبر تحت تابش
همان طور که در شکل ١ ميبينيم OSA يا همان سيستم آشکارسازي Optical Spectrum Analyzer وظيفه اش اندازگيري شدت در طول موجهاي مختلف است . ميزان جذب نور عبوري از فيبر نوري ناشي از تابش گاما در هر طول موج و زمان قرار گرفتن فيبر در معرض تابش از رابطه زير بيان مي گردد.
در اين رابطه به ترتيب مربوط به توان خروجي از فيبر تحت تابش و فيبر مرجع ميباشند. وجود انديس بالاي صفر بيانگر توان اين دو فيبر قبل از آزمايش است .
L بيانگر طول فيبر و L0 فيبر مرجع است . در کل اين آزمايش ، طول فيبر مرجع ١ متر ثابت مي باشد. ميزان توان خروجي اثر تابش گاما در هر لحظه تغيير مي کند.
در اين بررسي از اسپکترفوتومتر CG HR٤٠٠٠ ساخت Ocean Optics و لامپ هالوژن به عنوان منبع نوري استفاده شده است . توان منبع نوري کوپل شده داخل فيبر ١٠ ميکر وات مي باشد که اين شدت نيز بسيار اندک است و با توجه به منبع [٢]
اثري بر روي پديده فوتو بليچينگ (photobleaching) نمي گذارد. از سوييچ نوري براي اندازه گيري همزمان شدت خروجي از شاخه فيبر مرجع و فيبر تحت تابش استفاده مي شود. با توجه به افت و خيز هاي طيفي لامپ هالوژن وجود شاخه فيبر مرجع لازم مي باشد. منبع تابش گاماي مورد استفاده ، منابع گامای کبالت ، 60 مورد استفاده رادیوتراپی میباشد .
٢- مراحل ساخت حسگر نوري
انتخاب جنس فيبر تحت تابش : انتخاب فيبر نوري بر اساس ميزان حساسيتي است که مورد نياز مي باشد. اصولا" فيبرهاي در دسترس و مورد استفاده درکاربردهاي تابش سنجي عبارتند از فيبرهاي تجاري MM Ge+P-doped، فيبرهاي -MM P doped، و فيبرهاي Ge-doped از نوع SM و يا MM و فيبرهاي پلاستيکي PMMA اما بايد خاطرنشان کرد که نوع آلايندگي هسته فيبر تنها عامل انتخاب نوع فيبر نيست ، بلکه عوامل ديگر بويژه در ساخت فيبر، در ميزان تضعيف ناشي از تابش نقش دارند که برخي از آنها بدين قرارند[٣][٤].
روش توليد فيبر(OVD; PCVD; MCVD; POD )
درصد آلاييدگي هسته فيبر نوري .
تک مد يا مولتي مدبودن هسته فيبر مورد استفاده .
SI است يا GI نوع فيبر: که از نوع ميزان کشش فيبر در هنگام تبديل پيش سازه به تار نوري [٥]
در انتخاب نوع فيبر نکته حائز اهميت ، انتخاب فيبري است که بيشترين تضعيف را داشته باشد. البته نکته ديگر که بايد به آن توجه کرد آن است که بسته به کاربرد مي بايست فيبر خاصي را انتخاب کرد. در اين پژوهش با توجه به منابع [٢] [٥] [٩]از فيبرهاي Ge+P استفاده کرديم . اين فيبرها به صورت تجاري توليد مي شود و در دست مي باشد و قيمت به نسبت مناسبي دارد. بر طبق منابع [٢] [٥] [٩] مي توان از اين فيبرها در رنج دزي وسيعي استفاده کرد و همچنين اين فيبر ها وابستگي به نرخ تابش ندارند. عدم وابستگي به نرخ تابش و صرفا" حساس بودن به ميزان دز کل دريافتي مزيت بسيار بزرگي است که موجب مي شود از اين فيبرها بتوان براي منابع تابشي که به مرور زمان شدت آنها کاهش مي يابد نيز استفاده کرد. در اين تحقيق از فيبر نوري Ge+P با مشخصات موجود در جدول ١ استفاده شده است .
انتخاب طول موج مناسب : همان طور که مي توان در رابطه ١ مشاهده کرد، مقدار تضعيف ناشي از تابش در هر لحظه ، به صورت قابل ملاحظه اي وابسته به طول موج مي باشد. با توجه به خروجي شدت از فيبر نوري موجود در شکل ٢ به راحتي مي توان دريافت که در مورد فيبر مورد استفاده در ميزان کل دز جذب شده ي rad ٤٥٠، طول موجهاي بالاتر از حدود ٦٥٠ نانومتر، ميزان جذب ناشي از تابش گاما بر فيبر کمتراست ، به طوري که مي توان از ميزان جذب آنها به طور کامل صرفه نظر کرد. اين موضوع از روي نمودار شکل ٣ به طور کامل مشاهده مي شود.
بنابراين تا به حال با طول موج هاي بين ٤٠٠ تا ٦٥٠ نانومتر سر وکار داريم . در ادامه به بررسي يک سري بررسي هاي ديگر مي پردازيم تا طول موج بهينه را به دست آوريم .
تنها ناحيه اي از طول موجها انتخاب مي شود که نمودار تضعيف ناشي از تابش گاما بر حسب دز کل تابش داده شده مربوط به آن بصورت خطي باشد[٥][٦]. براي اين منظور نمودار تضعيف بر حسب زمان براي يک نرخ تابش ثابت ، براي طول موجهاي مختلف را به صورت جداگانه رسم مي کنيم .تنها نمودار طول موجهاي بين ٥٠٠ تا ٥٤٠ نانومتر به صورت خطي مي باشد. ناحيه طول موج بين ٤٠٠ تا ٥٠٠ نانومتر با توجه به [١٠] به خاطر وجود Ge داراي قله مي باشد و نمودارهاي تضعيف بر حسب دز آنها نيز خطي نمي باشد.
پس از آنکه تضعيف در فيبر در يک طول موج معين به مرور زمان يا با استفاده از تکنيک هاي بازگردان فيبر ، با استفاده از گرم کردن يا ورود ليزرهاي پر توان به داخل فيبر، به حالت پايه بازگشت ، در صورت در معرض تابش قرار دادن مجدد فيبر، مشخصات نمودار جديد اندکي با نمودار تابع قبلي متفاوت است .
لذا مي بايست حسگر براي دفعات مختلف بازيابي ، کاليبره شود.برخي از اين تغييرات در شکل ٥ آورده شده است .
شکل ٢: نمودار کاهش شدت نور خروجي از فيبر با طول ٣.٥ متر در طول
موج هاي مختلف و در زمانهاي مختلف در نرخ تابش ثابت ١-rad.min ١٥٩.
شکل ٣ : نمودار افزايش تضعيف نور خروجي از فيبر با طول ٣.٥ متر در طول موج هاي مختلف و در زمانهاي مختلف در نرخ تابش ثابت ١-rad.min ١٥٩.
