بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله با برپایی چیدمان تداخل سنجی نوری، وابستگی دمایی ضریب شکست ماده PMMA تعیین شده است. روش کالریمتری نوری با استفاده از تمام نگاری یکی از روشهایی است که برای اندازه گیری دقیق دز جذبی در فانتوم های شفاف بسیار مورد توجه قرار دارد. در این روش جذب تابش در ماده تبدیل به گرما شده و دمای آن را تغییر می دهد. چون ضریب شکست تمام مواد به دما وابسته است، این تغییرات دمایی تغیرات ضریب شکست ماده فانتوم را نیز به همراه خواهد داشت. نتایج تحقیق نشان میدهد که ضریب شکست PMMA با افزایش دما، کاهش مییابد.
-1 مقدمه
روشهای مختلفی برای درمان سرطان مورد استفاده واقع میشود. روش پرتودرمانی یکی از روشهای درمانی است که امروزه کاربرد گستردهای در مراکز درمان سرطان دارد .
در این روش درمانی، بیمار تحت تابشهای یونیزان هستهای قرار میگیرد تا سلولهای موجود در تودههای بدخیم سرطانی در بدن او از بین بروند. با وجود کاربرد گسترده این روش و جواب قابل قبولی که از روند درمان به این روش حاصل میشود، طراحی درمان بیمار در این روش و پیش از شروع فرآیند درمانی بسیار حیاتی است. تابشهای هستهای مورد استفاده در فرآیند پرتودرمانی تفاوتی بین سلولهای سرطانی و طبیعی بدن بیمار قائل نشده و میتوانند به مرگ سلولهای طبیعی بدن بیمار نیز دامن بزنند.
برای طراحی درمان باید میزان دز جذبی در فانتومی معادل با بدن بیمار، ناشی از تابش هسته ای ساطع شده از منبعی با مشخصات خاص به دقت تعیین شود. روش کالریمتری نوری به روش تمامنگاری یکی از روشهایی است که برای اندازهگیری دقیق دز جذبی در فانتومهای شفاف بسیار مورد توجه قرار دارد
در این روش جذب تابش در ماده بتبدیل به گرما شده و دمای آن را تغییر میدهد. چون ضریب شکست تمام مواد به دما وابسته است، این تغییرات دمایی تغیرات ضریب شکست ماده فانتوم را نیز به همراه خواهد داشت. پلیمر جامد PMMA مادهای است که در روشهای طراحی درمان معادل با بافت بدن انسان درنظر گرفته میشود .
در این مقاله با برپایی چیدمان تداخلسنجی نوری، وابستگی دمایی ضریب شکست ماده PMMA تعیین شده است. با مشخص بودن تغییرات دمایی ضریب شکست فانتومهای معادل با بافت بدن، امکان طراحی درمان بیمار با تابشهای یونیزان به روش تمام نگاری و رعایت موارد ایمنی تابش مهیا خواهد شد.
-2 روش انجام تحقیق
شکل1 طرح چیدمانتداخلسنجی ماخ-زندر مورد استفاده در این کار برای اندازهگیری وابستگی دمایی ضریب شکست پلیمر PMMA را نشان میدهد. در این چیدمان از یک لیزر هلیوم نئون 10 میلی وات با طول موج 632.8 نانومتر ساخت شرکت ملس-گریوت استفاده شده است.
قطبشگر برای کاهش شدت نور لیزر استفاده شده است. از یک باریکه گستر برای باز کردن سطح مقطع باریکه و پوشش دادن کل سطح مکعب برش داده شده از پلیمر PMMA با ابعاد 2×2×2 سانتیمتر مکعب استفاده شده است. از یک دستگاه کنترل دما به نام سانوارد مدل SUN15-T برای نمایش و کنترل دما، با دقت یک دهم درجه، حین انجام آزمایشات و از یک پلتیر برای افزایش یا کاهش دمای موردنیاز در چیدمان استفاده شده است.
یک دوربین CCD مدل DMK23G445 از شرکت The Imaging Source با ابعاد پیکسل مربعی برابر با 3/7 میکرومتر برای ثبت طرح نوارهای تداخلی و انتقال آن به رایانه استفاده شده است. شکافندههای باریکه اولیه و ثانویه به ترتیب برای تقسیم باریکه اصلی لیزر به دو بخش و ترکیب مجدد آنها مورد استفاده قرار گرفتهاند. آینه های تخت نیز مسئول شکلدهی مسیر دو باریکه در تداخل سنج هستند.
شکل:1 طرح چیدمان تداخلسنجی ماخ-زندر برای اندازه-گیری وابستگی دمایی ضریب شکست پلیمر PMMA هنگامی که ماده فانتوم گرم میشود بزرگی ضریب شکست آن نیز دستخوش تغییر میشود:
که در آن n0 ضریب شکست ماده در دمای اتاق T0 و dn/dT ضریب نور-گرمایی آن است. با تغییر ضریب شکست طول راه نوری باریکهای که از داخل ماده فانتوم عبور میکند نیز مطابق با رابطه زیر تغییر خواهد کرد:
که در آن k عدد موج و t ضخامت نمونه فانتوم شفاف قرار گرفته در مسیر باریکه لیزری است. طرح نوارهای تداخلی حاصل از برهمنهی دو باریکه تداخلسنج در شکل 1 با توجه به رابطه زیر به دست میاید:
بنابراین مطابق با روابط - 1 - و - 2 - با تغییر دمای محیط ضریب شکست ماده تغییر کرده و این تغییر مطابق با رابطه - 3 - منجر به تغییر طرح نوارهای تداخلی خواهد شد. اگر تغییرات دمایی به صورت پیوسته باشد، درعمل نوارهای طرح تداخلی به صورت پیوسته شروع به حرکت خواهند کرد. با شمارش دقیق میزان جابهجایی نوارهای تداخلی توسط دوربین CCD میتوان بزرگی مقدار ∆ و با پیمودن مسیر معکوس روابط فوق، بزرگی تغییرات ضریب شکست ماده را به دست آورد.
-3 نتایج و بحث
با استفاده از چیدمانی که طرح آن در شکل 1 نشان داده شده است، دمای PMMA تا حدود 70 درجه سیلسیوس افزایش و سپس اجازه داده شد تا مقدار آن کاهش پیدا کند تا به دمای اطاق - حدود 30 درجه سلسیوس - برسد. در حین آزمایش، جابجایی نوارهای تداخلی شمارش شد و با استفاده از روابط - 3 - - - 1 - ، نتایج حاصل برای به دست آوردن تغییرات ضریب شکست نسبت به دما مورد استفاده قرار گرفت. شکل 2 نتایج اندازهگیری وابستگی دمایی ضریب شکست پلیمر PMMA را نشان میدهد.
شکل:1 تغییرات دمایی ضریب شکست PMMA
شکل:2 شمارش تعداد جابجای نوارهای تداخلی با افزایش دما برای PMMA
-4 نتیجه گیری
نتایج به دست آمده نشان میدهد با توجه به کم بودن مقدار نقص گرمایی پلیمر PMMA میتوان با استفاده از نتایج به دست آمده از این تحقیق، با اندازهگیری تغییرات ضریب شکست به روش فوق، تغییرات حرارتی ایجاد شده در فانتوم PMMA را با دقت بالا اندازهگیری کرد و از این روش برای اندازهگیری دز مطلق استفاده کرد.
