بخشی از مقاله
چکیده:
. دزیمترهای انگشتی اغلب با محدودیتهایی همچون شرایط دمایی و محیطی و نیز استرلیزاسیون روبهرو هستند. هدف این مقاله، شبیهسازی رفتار یک دزیمت انگ شتی با ا ستفاده از کد MCNP ا ست که در آن به برر سی اثرات ا ستفاده از فلزات در ساختار این دزیمترها میپردازدتا یک طرح منا سب از این دزیمتر جهت ا ستفاده در محیطهای مختلف صنعتی و درمانی ارائه شود. نتایج به د ست آمده ن شان میدهد که تغییر جنس بدنه، تفاوت چ شمگیری در میزان دز محا سبه شده تو سط دزیمتر ایجاد نمیکند. با این حال دز جذبی در بدنههای فلزی با اختلاف ب سیار اندکی کمتر از دز جذب شده در بدنه غیر فلزی - پلی پروپیلن - میباشد.
مقدمه
متخصصان بهداشت صنعتی و بهداشت همگانی معمولاً محیط زیست را از لحاظ اثرات غیر تصادفی تابش، بر اساس مفهوم دز آستانه کنترل میکنند. اگر مقدار یک ماده رادیواکتیو از حد دز آستانه بیشتر نباشد، میتوان فرض کرد که ساز و کارهای فیزیولوژیکی معمولی برای مقاومت در برابر آثار زیانبار آن کافی هستند .[1]دزیمتر فردی از وسایل متداول اندازهگیری میزان پرتوگیری افراد محسوب میشود.
نوع خاصی از دزیمترهای فردی که برای اندازه- گیری دز جذب شده در بافت دست افراد در معرض پرتو استفاده میشود، دزیمتر انگشتی است. طراحی مرسوم برای دزیمترهای انگشتی به صورت انگشترهایی است که در آن یک بخش حساس به پرتو تعبیه شده است. این بخشهای حساس به پرتو اغلب از جنس بلورهای ترمولومینسانس هستند.[2] در بررسیهای انجام شده بین دزیمترهای موجود در دنیا، بهترین دزیمتر انگشتی از نظر دامنه دز قابل جذب و تحمل شرایط گوناگون، دزیمتر Ultra Rings ساخت شرکت میریون است.
بدنه این دزیمتر انگشتی از جنس پلیپروپیلن است و در بخش جلویی آن یک چیپ TLD قرار دارد .[3] از نقاط ضعف این دزیمتر جنس بدنه آن است که برای کار در شرایط دمایی سخت مناسب نیست و مقاومت مطلوبی در برابر نفوذ مایعات ندارد. این مشخصه موجب محدودیت در امر استرلیزاسیون میشود. همچنین عدم تحمل فشار مکانیکی موجب آسیبپذیری شدید این دزیمترها شده است. هدف این مقاله بررسی استفاده از فلز در بدنه این دزیمتر برای برطرف کردن مشکلات ذکر شده، اثر استفاده از جنس های مختلف فلزات در انگشتر دزیمتر و مقایسه میزان دز جذبی توسط TLD موجود در انگشتر و به دنبال آن ارائه ساختار بهینه برای اندازه گیری دقیقتر دوز جذبی توسط TLD میباشد.
طراحی دزیمتر در کد :MCNP
محاسبات این مقاله توسط کد شبیهسازی MCNPX انجام شده است. هندسهی در نظر گرفته شده همان هندسه دزیمترهای شرکت میریون است که در شکل 1 نمایش داده شده است. در طراحی این هندسه از یک قطعه [4] TLD100 در ابعاد 0,9×3,2×3,2 میلیمتر استفاده شده است که بر روی یک حلقه به قطر داخلی 2 cm و قطر خارجی 2,25 cm قرار گرفته است.
محل قرارگیری TLD که ناحیه جلویی حلقه میباشد شامل یک کمان 120 درجه است که ارتفاع آن بیشتر از نقاط دیگر میباشد. علت این امر سهولت در قرار دادن کاغذ حاوی مشخصات شخص استفاده کننده و دوره دزیمتری است. در جلوی این قسمت یک لایه 0,1 میلیمتری به عنوان حفاظ TLD در برابر رطوبت و فشار تعبیه شده است. جنس این لایه، بلور کوارتز در نظر گرفته شده است که به خوبی نیازهای این بخش را مرتفع میسازد.
برای سلول دزیمتری از کریستال TLD 100 استفاده شده است که به علت عدد اتمی مؤثر بسیار نزدیک به بافتهای بدن، نزدیکترین دز جذب شده در بدن را محاسبه میکند. ترکیباتTLD 100 به صورت ماده اصلی LiF به همراه ناخالصیهای Mg و Ti میباشند .[4] بلور پلیپروپیلن با چگالی آن 0,946 gr/cm3 ،ماده تشکیل دهنده قسمت اصلی حلقه در نمونه خارجی است.
با تغییر جنس بدنه و محاسبه دز جذب شده در TLD و بدنه، سعی در یافتن یک ماده برای بهینهسازی کارکرد دزیمتر انگشتری داریم. در این محاسبات برای بدنه دزیمتر از دو ماده آلومینیوم و نقره استفاده شده است و دزیمتر توسط سه چشمه استاندارد سزیوم 137 و کبالت 60 و چشمه استرانسیوم-ایتیریم90 مورد پرتوگیری قرار گرفت. اکتیویته چشمهها 1Ci در نظر گرفته شد.
علت استفاده از آلومینیوم چگالی کم آن در بین فلزات بوده است. از آنجایی که فلز اصلی تشکیل دهنده حلقههای زینتی فلز نقره است، در این محاسبات نقره نیز در نظر گرفته شد تا رفتار آن بررسی شود. چگالی آلومینیوم و نقره بر اساس چگالی طبیعی این مواد یعنی به ترتیب مقادیر 2,70g/cm3 و 10,49 g/cm3 قرار داده شده است. هم چنین آلیاژها به صورت خالص و طبیعی در نظر گرفته شداند.با اِعمال نکات فوق، نتایج شبیهسازیها مطابق جداول شماره 1تا 3 بدست آمده است.
نتیجه محاسبات:
محاسبات برای دو چشمه سزیوم 137 و کبالت 60 به عنوان چشمه- های گامازا و نیز چشمه استرانسیوم-ایتریوم به عنوان چشمه بتازا انجام شد. بعلت استفاده TLD 100 به عنوان دزیمتر پرتوهای گاما و بتا در مراکز بین اللملی 2]و3و[4 در این مقاله به بررسی اثر میدان-های نوترونی پرداخته نشدهاست. البته بعلت وجود 6 در ساختار TLD 100 پیشبینی میشود که این دزیمتر در برابر تابشهای نوترونی هم عکسالعمل نشان دهد.
در تمام محاسبات، چشمههایی همسانگرد با اکتیویته 1Ci و درفاصله 10cm از دزیمتر در نظر گرفته شدند. بعلت بررسی اثر مواد گوناگون در روند جذب دزیمتر بجای دز جذب شده آهنگ دز جذب شده محاسبه و گزارش شده است. برای این منظور از تالی *F8 استفاده شده است که خروجی آن انرژی جذب شده در ماده میباشد. بنابراین برای محاسبه آهنگ دز جذب شده باید مقدار خروجی کد را بر جرم سلول تقسیم شود.
سپس با تبدیل واحد MeV/gr به J/kg دز جذب شده به ازای یک ذره تابشی بر حسب Gy بدست میآید. که اگر این مقدار را در تعداد ذره تابشی از یک چشمه با اکتیوته 1Ci در - 3,7×1010 - 1s ضرب کنیم، آهنگ جذب دز بر حسب Gy/s بدست میآید. و برای محاسبه دز جذب شده در یک بازه زمانی خاص کافی است که مقادیر محاسبه شده را در بازه زمانی مورد نظر ضرب کنیم.
چشمه سزیوم :137
چشمه سزیوم 137 با پرتوهای گامای تک فامبا انرژِی معادل keV 661 تعریف شده استاین. چشمه در هر واپاشی حدوداً %85,10 گامای گسیلی خواهد داشت .[5] انجام محاسبات برای چشمه سزیوم 137 با سه ماده آلومینیوم، نقره و پلی پروپیلن صورت گرفت. نتایج به نمودار 1 انجامید. همانگونه که نتایج نشان میدهد، استفاده از فلز آلومینیوم و نقره در بدنه انگشتر به ترتیب کمترین دز جذبی در بدنه و بیشترین دز جذبی در TLD را حاصل شده است. این در حالی است که برای بدنه پلیپروپیلنی کمترین آهنگ دز جذب شده در TLD و بیشترین دز جذب شده در بدنه آشکار ساز را داریم که اصلا مطلوب نیست. به علت اختلاف حدودا 1 درصدی در دزهای محاسبه شده میتوان عملکرد هر سه ماده را یکسان در نظر گرفت.
چشمه کبالت :60
چشمه کبالت 60 به صورت یک چشمه همسانگرد با پرتوهای گاما با دو انرژِی معادل 1,332 MeV , 1,173 MeV تعریف شده است که به ازای هر واپاشی %99,9826 گامای گسیلی با انرژی MeV 1,332 و %99,85 گامای گسیلی با انرژی1,173 MeV در نظر گرفته شده است .[5] با انجام محاسبات برای کبالت 60 به نتایج موجود در نمودار 2 می- رسیم. نتایج نشان میدهند که با قرار دادن دزیمتر در مقابل چشمه کبالت 60 بیشترین آهنگ دز جذب شده در بدنه پلیپروپیلنی را خواهیم داشت، که خطای دزیمتر را بالا میبرد. این در حالی است که با ثابت بودن تقریبی آهنگ دز جذب شده در TLD برای هر سه نمونه، نقره حداقل دز جذب شده در بدنه را نتیجه داده است.
چشمه استرانسیوم-90ایتریوم 90
چشمه استرانسیوم-90ایتریوم90 به صورت یک چشمه همسانگرد با پرتوهای بتا تعریف شده که یک ذره بتا به ازای هر واپاشی در نظر گرفته شده است. انرژی ذرات بتا نیز به صورت یک طیف قابل مشاهده در شکل 2 مشخص میباشد .[6]
