Dosimetry

The dosimetry of ionizing radiation is based on the basic property of this radiation, which is to create negative and positive ions in the substance through which it passes (ionize) or to cause physical phenomena in the substance that are measurable and in some way dependent on the amount of radiation to which the given substance was exposed ( e.g. change in conductivity, temperature, color, emergence of thermoluminescence, etc.).

Using different methods of dosimetry, we can characterize the properties of the radiation source, the radiation field or the effects of radiation on the substance it passes through - including tissues and living organisms. The quantity that characterizes the source of radiation is the activity given in Bq (becquerel). The radiation field can be described by particle fluence (the number of particles incident on a unit area). The basic quantity by which we characterize the effect of radiation on the substance through which it passes is the absorbed dose. The absorbed dose is the amount of energy transferred to the substance by radiation, the dose unit is 1 gray (Gy) with the dimension J.kg -1.

There are many types of dosimeters, which can be divided into two basic groups, depending on whether they provide information continuously – this mainly includes ionization chambers, Geiger-Müllerovy počítače, semiconductor detectors, scintillation detectors, electronic dosimeters − a nebo je v nich informace o množství sdělené energie nějakým způsobem kumulovaná a vyhodnocena až pomocí nějakého vhodného vyhodnocovacího zařízení − to jsou dozimetry integrální − zde patří zejména filmový, termoluminiscenční nebo fotoluminiscenční dozimetr. Tyto dozimetry jsou také nejčastěji používané v současné době v osobní dozimetrii. Rozšiřuje se také použití elektronické osobní dozimetrie.

Ionization chamber
The ionization chamber consists of two electrodes (anode and cathode) placed in a gaseous environment. Under normal circumstances (without the presence of radiation) no current flows through the system - the gas between the electrodes is non-conductive, the circuit is not closed. However, if ionizing radiation penetrates the space between the electrodes, it knocks out electrons from the initially neutral gas atoms and turns them into positive ions. Negative electrons travel in the electric field immediately to the positive anode, positive ions move to the negative cathode - a weak electric current starts to flow through the circuit caused by the ionic conductivity of the ionized gas between the electrodes. The current is directly proportional to the intensity of the ionizing radiation. thumb|200px|Scintilátor 200px|thumb|Ionizační komory v dozimetru

Scintillation detectors
Scintillation detectors convert the absorbed energy of ionizing radiation into the energy of photons usually belonging to the visible short-wave or near-ultraviolet region of the spectrum. Scintilační detektory patří mezi nejpoužívanější detektory ionizujícího záření. Jejich výhoda spočívá vedle dobrých spektrometrických vlastností také v tom, že detekční médium, scintilátor, může mít různé rozměry a téměř libovolný tvar. Přitom hmotnost scintilačních látek je dostatečné velká, takže lze dosáhnout poměrně velké detekční účinnosti, zejména pro záření gama. Scintilační detektor dává rovněž výstupní signál, jehož další zpracování obvykle nevyžaduje použití citlivých zesilovačů.

Semiconductor detectors
Semiconductor detectors are based on ionization effects in solids. Vnikne-li ionizující částice do vhodného polovodiče, vytváří v něm ionizací páry elektron − díra, přičemž většina primárních elektronů má tak velkou energii, že způsobuje další nárazovou ionizaci prostředí. Dochází k lavinovitému uvolňování elektronů do vodivostního pásu a tvorbě děr ve valenčním páse, počet uvolněných nosičů náboje tedy závisí na energii primární částice. Přiložíme-li na tento polovodič napětí, pak vlivem elektrického pole se volné nosiče nábojů (elektrony a díry) dají do pohybu v příslušném směru a v připojeném obvodu vznikne proudový impuls, jehož velikost závisí na energii dopadající částice ionizujícího záření. To umožňuje využít polovodičové detektory jak pro detekci ionizujícího záření, tak pro spektrometrická měření.

Film dosimeters
Film dosimeters are based on the fact that the action of ionizing radiation produces a so-called latent image, který lze vyvolávacím procesem zviditelnit a vzniklé zčernání (optická hustota), které lze měřit, je závislé na míře ozáření filmu. Dozimetrický film je oboustranně překryt sadou filtrů a díky tomu lze určit i energii záření a směr ozáření. Pomocí filmového dozimetru lze měřit dávku od fotonů, elektronů i neutronů. Mezi výhody filmového dozimetru patří trvalý záznam údaje o ozáření s možností opětovné analýzy vyvolaného filmu. Nevýhodou je citlivost na světlo, vysokou vlhkost, teplotu a některé chemikálie.

Thermoluminescent dosimeters
Termoluminiscenční dozimetry jsou vhodné látky, v nichž ionizující záření vyvolává excitace elektronů z valenčního do vodivostního pásu s následným záchytem v záchytných centrech. Zahřátím potom získají elektrony dostatečnou energii k opuštění záchytného centra a k rekombinaci při současném vyzáření ultrafialového záření nebo viditelného světla, které je detekováno pomocí fotokatody a fotonásobičů. Celková vyzářená energie je úměrná energii ionizujícího záření pohlceného v látce. Pro výrobu termoluminiscenčních dozimetrů se používají různé druhy termoluminiscenčních materiálů např. LiF (lithium fluorid), CaF2, MgBeO4, CaSO4(Dy), aj. s rozdílnou energetickou závislostí a citlivostí pro různé druhy záření.Výhodou termoluminiscenčních dozimetrů je jejich vysoká citlivost, možnost přesného měření odezvy, poměrně široká oblast lineární závislosti mezi dávkou a odezvou dozimetru, možnost opakovaného použití dozimetru a také možnost použití látek s vlastnostmi blízkými lidské tkáni. Nevýhodou termoluminiscenčních dozimetrů je jejich citlivost na světlo a znečištění.

Radiophotoluminescent dosimeters
The essence of the radiophotoluminescent dosimeter is photoluminescence, which is based on the principle of the formation of luminescence centers induced by ionizing radiation in certain substances (e.g. phosphate glasses doped with silver). Luminescence is excited by illuminating the irradiated detector with ultraviolet light. As with the thermoluminescence dosimeter, the emitted light is proportional to the dose of ionizing radiation absorbed in the detector. The advantage of the radiophotoluminescence dosimeter is the long-term stability of the response, constant and high sensitivity and low energy dependence. The disadvantage is the detectors' sensitivity to light.

Electronic personal dosimeters
Elektronické osobní dozimetry nabývají na významu postupně s vývojem miniaturizace elektroniky a dostupnosti výpočetní techniky. Zpravidla pracují na bázi Geiger-Müllerových detektorů nebo polovodičových − Si-detektorů. Nevýhodou elektronických osobních dozimetrů je možné ovlivnění elektromagnetickým zářením. Elektronické osobní dozimetry je možné používat autonomně nebo ve spojení s vyhodnocovacím zařízením. Všechny uvedené dozimetry v podstatě fungují tak, že na základě kalibrace pomocí zdroje záření známých vlastností jsou kalibrovány tak, že velikost zkoumané odezvy (např. luminiscence) je vztažena k množství působícího záření.

Radiation protection of workers with sources of ionizing radiation
200px|thumb|Umístění osobního dozimetru Při používání ionizujícího záření je nutné stanovit určitá pravidla tak, aby nedocházelo k nežádoucím účinkům záření na lidské zdraví. Tyto nežádoucí účinky jsou děleny na dvě základní skupiny − deterministické a stochastické. Deterministické účinky jsou účinky akutní a nastávají při překročení určité prahové hodnoty dávky (patří sem např. nemoc z ozáření, popáleniny, katarakta apod.), ochrana před nimi spočívá v tom, že zabráníme tomu, aby prahová dávka byla dosažena. Ochrana před stochastickými účinky je složitější, protože tam takovou prahovou hodnotu nemáme (patří sem různé druhy nádorů, genetické poškození).

Jsou stanoveny limitní hodnoty, které nesmí být překročeny při používání zdrojů záření. Stanovení absorbované dávky nám v případě živých tkání a organismů ještě nic neříká o možném účinku daného záření na tento organismus nebo tkáň. Je nutno vzít v úvahu o jaký druh záření se jedná (alfa, beta, fotony, neutrony atd.), protože jednotlivé druhy záření mají na tkáň odlišné účinky − liší se jejich tzv. biologická účinnost. Např. částice alfa jsou těžké nabité částice a při průchodu hmotou předávají svou energii rychle na poměrně krátkém úseku své dráhy − říkáme, že hustě ionizují − jinak je tomu u fotonů, které procházejí hmotou snadno a ionizují řídce − proto je také vhodné je např. využívat v zobrazovacích metodách v medicíně − radiodiagnostice. Pokud aplikujeme na stanovenou absorbovanou dávku v dané tkáni koeficient, který zohledňuje tyto vlastnosti ionizujícího záření a kterému říkáme radiační váhový faktor dostaneme se k tzv. ekvivalentní dávce. Pokud chceme hodnotit možné účinky ozáření celého těla, musíme také vzít v úvahu citlivost jednotlivých orgánů a tkání na ozáření a pravděpodobnost vzniku výše uvedených stochastických účinků. Toto je zohledněno v tzv. tkáňovém váhovém faktoru. Pokud pro každou tkáň stanovíme ekvivalentní dávku a vážíme ji tímto faktorem a provedeme součet přes všechny tkáně pro které je faktor stanoven dostaneme se k tzv. efektivní dávce. Efektivní dávka v sobě tedy zahrnuje i informaci o závažnosti velikosti ozáření živého organismu. Limitní hodnoty pro ozáření pracovníků jsou potom stanoveny v ekvivalentní dávce pro vybrané orgány a tkáně (tím je omezen vznik deterministických účinků) nebo v efektivní dávce (snížení pravděpodobnosti vzniku stochastických účinků na přijatelnou úroveň).

The limit value of the effective dose or workers is given by legislation (Atomic Act) and is 100 mSv per 5 years and at the same time must not exceed 50 mSv per year. The limit value for e.g. the eye lens is 150 mSv per year, for limbs 500 mSv per year. Workers with sources of ionizing radiation (radiation workers) must be equipped with personal dosimeters or their dose is evaluated based on measurements at the workplace, so that it can be proven that they do not exceed the specified limits.

Related Articles

 * Ochrana před ionizujícím zářením