بخشی از مقاله
چكيده
لومينسانس برانگيخته نوري، نور سرد است كه در ناحيه مرئي طيف الكترومغناطيس در اثر تحريك نوري اتم و يا مولكول تابش مي شود. دزيمترهاي آن كاربردهاي وسيعي در سه ناحيه اصلي دزيمتري فردي، محيطي، و دزگذشته دارند. دز گذشته شامل سن يابي و دزيمتري تصادفي است. پتانسيل استفاده از آن در دزيمتري پزشكي، فضاي خارج از كره زمين، آشكارسازي دزهاي مصنوعي داده شده به مواد غذايي، مطالعه اثرات مثبت و منفي اشعه بر حيوانات و انسان، به اثبات رسيده است.
سن يابي رسوبات و سراميك ها نقش كليدي در تحقيقات زمين شناسي، باستان شناسي، جغرافيا، زلزله شناسي داشته است. استفاده محدود ولي موثر قبلي از اين روش در مطالعات ديرينه زلزله شناسي ايران و راه اندازي فاز اول آزمايشگاه لومينسانس برانگيخته نوري در موسسه ژئوفيزيك زمينه ساز تشكيل كميته گسل هاي فعال در ايران شده است.
١ مقدمه
نور به دو طريق اصلي توليد مي شود: افروختگي - Incandescence - و لومينسانس . - Luminescence - افروختگي حاصل ارتعاش اتم ها در اثر گرما است و رايج ترين نوع نوري است كه ما در زندگي روزمره با آن آشنا هستيم. در تجربيات روزمره ما، بسيار نادر است كه بدون حضور گرما، نور توليد شود. در فرايند افروختگي - تابش گرم - ، جسم تا دماهاي بالا حرارت داده مي شود و شروع به درخشيدن ميكند. به عبارت ديگر نور در اثر گرما توليد مي شود. افروختگي ، شامل نور آتش، نور حاصل از خورشيد و ستارگان، نور ساطع شونده از فلزي كه در كوره يا شعله قرار داده شده است، نور حاصل از لامپ هاي معمولي در نتيجه حرارت دادن رشته تنگستن درون آن ها، و امثالهم مي باشد.
لومينسانس فرايند نشر نور از حالت هاي برانگيخته الكتروني است. الكترون هاي ماده هدف كه در شرايط معمول در تراز انرژي پايه به سر مي برند، با گرفتن انرژي از يك منبع مشخص، به تراز بر انگيخته رفته و سپس به تراز پايه بازمي گردند. در هنگام بازگشت اختلاف انرژي به صورت نور بسيار ضعيف تابش مي شود.
از آن جهت كه فرآيند لومينسانس نيازمند دماهاي بالا نبوده و در دماهاي معمول و نسبتا پايين اتفاق مي افتد، به نور ساطع شده، نور سرد هم گفته مي شود. وقتي يك جسم نيمه رسانا تحت تابش راديو اكتيو قرار مي گيرد اتم يونيزه شده و الكترون هاي تراز ظرفيت آن به باند هدايت منتقل مي شوند و در جاي خالي آنها يك حفره بوجود مي آيد. الكترون در باند هدايت وضعيت پايدارندارد و به زيرباند هاي پايين تر يا تله - ناشي از نقص هاي بلوري - منتقل مي شود. به مرور زمان بر تعداد الكترون هايي كه در اين زير باندها قرار دارند افزوده مي شود.
پس از آن چنانچه اين ماده توسط نور يا گرما تحريك شود الكترون هاي ذخيره شده در تله آزاد مي شوند و به باند هدايت مي روند. در ساده ترين مدل، الكترون ها در باند هدايت پايدار نبوده و به تراز پايين انرژي سقوط كرده و با حفره تركيب مجدد شده و اختلاف انرژي حاصل به صورت نور ساطع مي شود. اگر تحريك ماده توسط نور انجام شود سيگنال حاصل سيگنال لومينسانس تحريك شده ي نوري - - OSL نام دارد و اگر توسط گرما تحريك شود سيگنال لومينسانس تحريك شده ي گرمايي يا ترمولومينسانس - TL - نام دارد . شدت اين سيگنالها به ميزان دز تابشي جذب شده توسط ماده بستگي دارد.
٢ اندازه گيري دز گذشته
دزيمتري گذشته به كمك روش هاي لومينسانس به دو دسته كلي تقسيم مي شوند كه شامل سن يابي و دزيمتري تصادفي است.
٢-١- سن يابي به روش لومينسانس نوري
سن يابي به روش لومينسانس يك روش تعيين سن مطلق است كه مستقيما سن آخرين زماني كه نمونه در اثر يك حادثه طبيعي - مثل زلزله، آتشفشان، سيل، سونامي - و يا توسط بشر - همچون ساخت ديوار، سد، خشت، آجر - ، نور خورده است و يا در دماي بيش از ٣٥٠ درجه سانتيگراد گرم شده است، را بدست مي دهد. كانيهايي چون كوارتز و فلدسپار كه در نمونه - همچون رسوبات و يا مصنوعات - موجودند، با دريافت انرژي از عناصر راديواكتيو موجود در طبيعت ازجمله اورانيوم، توريم، پتاسيم ٤٠ واشعه كيهاني ميتوانند سيگنالي را در هر دانه خود انباشته كنند. اين سيگنال، پايه روش هاي سن يابي لومينسانس مي باشد. با گذر زمان ميزان سيگنال در كاني افزوده مي شود. ميزان سيگنال مستقيما متناسب با دز تابش يونيزاسون است كه اصطلاحا به آن دز ديرينه مي گوييم. با اندازه گيري نرخ دز - نرخ تابش دز يونيزاسيون دريافت شده توسط نمونه - ، و تقسيم دز ديرينه بر نرخ دز، سن نمونه محاسبه مي شود.
استفاده از اين روش جهت مطالعات ديرينه زلزله شناسي در ايران آغاز - به عنوان مثال فتاحي و همكاران ٢٠٠٦، ٢٠٠٧، ٢٠٠٩، ٢٠١١، ٢٠١٤، ٢٠١٥ - و در طي اين مطالعات تاريخچه گذشته آب و هوايي شرق ايران از ٣٠٠٠٠ سال پيش تا كنون نيز بازسازي شد - واكر و فتاحي، ٢٠١١ - . اثبات شده است كه از اين روش مي توان در ايران به عنوان پلي جهت مطالعات مشترك ديرينه زلزله شناسي، ديرينه اقليم شناسي و باستانشناسي استفاده نمود - به عنوان مثال اشميت و همكاران ٢٠١١، كويگلي و همكاران٢٠١١ ، فتاحي ٢٠١٥ - . آغاز راه اندازي فاز اول آزمايشگاه سن يابي به روش لومينسانس نوري كه باحمايت روساي محترم موسسه ژئوفيزيك انجام شده است زمينه را براي بهره گيري موثرتر از اين روش، از جمله تشكيل كميته گسل هاي فعال فراهم نموده است.
٢-٢- دزيمتري تصادفي
تصادف تشعشع - مثل نشت هسته اي ويا اورژانس راديولوژي - ، واقعه اي غير عمدي و غير قابل انتظار است كه موجب صدمات جدي به انسانها و يا مواد در معرض تابش قرار گرفته وارد مي شود. در واقعه تشعشع تصادفي ، اولين هدف اندازه گيري ميزان دز جذب شده فوري توسط افراد و كاركناني است كه از نزديك در معرض تشعشع قرار گرفته اند. بين سالهاي ١٩٤٤ تا ٢٠٠٠ تعداد ٤١٧ حادثه تشعشعي صورت گرفت كه در هر حادثه حداقل يك نفر تحت دزي بيش از ٢٥.٠ گري به كل بدن و يا ٦ گري به پوست قرار گرفتند. در مرحله بعدي اندازه گيري ميزان دز جذب شده توسط افراد و حيوانات و گياهاني است كه بعدا تحت آن تشعشع قرار گرفته اند - مثل حادثه چرنويل - . تكنيك هايي كه در كاربردهاي سن يابي و دزيمتري تصادفي بكار مي رود يكسان است.
٣ پتانسيل ها ي استفاده از لومينسانس نوري
طي سالهاي اخير علاقه وافري به استفاده از لومينسانس تحريك شده با نور در دزيمتري پزشكي بوجود آمده است و مقالات متعددي در مجلات تخصصي مربوطه از جمله فيزيك پزشكي، فيزيك در پزشكي و بيولوژي، ژورنالهاي راديوتراپي و آنكولوژي، راديولوژي، و راديوگرافي به چاپ رسيده است. توجه اين مقالات بيشتر به استفاده از دزيمتر لومينسانس تحريك شده با نور - OSLDs - در درمان با اشعه، توموگرافي با كامپيوتر اشعه ايكس و ماموگرافي متمركز شده است.
با توجه به مشكلات متعدد ناشي از دز دهي اضافه به بيمار و يا كم دز دهي كه منجر به مرگ و يا صدمات جدي به بيماران شده است، سازمان هاي جهاني مثل سازمان بين المللي حفاظت راديولوژي - ICRP , 2000 - تاكيد بسيار بر يافتن روشهايي جهت اندازه گيري دز اعمال شده به بافت بيمار دارند. در اين جهت تلاشهاي موثري جهت استفاده از لومينسانس تحريك شده با نور به منظور مطالعه اثرات مثبت و منفي اشعه بر حيوانات و انسان انجام شده است - كه در آن در هنگام راديو تراپي يا تشخيص راديولوژي، دز دريافت شده توسط بيمار، در ناحيه مورد نظر بصورت لحظه اي و يا كل دز اندازه گيري مي شود - . پتانسيل استفاده از لومينسانس تحريك شده با نور در دزيمتري فضاي خارج از كره زمين، آشكارسازي دزهاي مصنوعي داده شده به مواد غذايي، مطالعه خواص فيزيك و شيمياي و بيولوژيك مواد توليد كننده لومينسانس، به اثبات رسيده است.
٤ نتيجهگيري
لومينسانس برانگيخته نوري كاربرها و پتانسيل هاي بسيار وسيعي دارد. سن يابي رسوبات و سراميك ها نقش كليدي در تحقيقات زمين شناسي، باستان شناسي، جغرافيا، زلزله شناسي داشته و راه اندازي فاز اول آزمايشگاه لومينسانس برانگيخته نوري پس از هيجده سال تلاش پيوسته موسسه ژئوفيزيك دانشگاه تهران زمينه ساز گسترش مطالعات زمين شناسي، جغرافياي طبيعي، مورفولوژي، باستانشناسي، زلزله شناسي ديرين و از همه مهمتر انشاله تشكيل كميته گسلهاي فعال در ايران شده است.
