روشهای دوزیمتری و تبدیل اکتیویته(فعالیت پرتوزا برحسب بکرل یاکوری )به سیورت(واحددوز معادل پرتو)
به نام خدا
مقدمه
دوزیمتری (Dosimetry) علم اندازهگیری دوز پرتوهای یونیزان (مانند اشعه ایکس، گاما، ذرات آلفا و بتا) است. این اندازهگیریها در حوزههای پزشکی (رادیوتراپی، تصویربرداری)، صنعت (کنترل کیفیت، امنیت پرتویی) و حفاظت پرتوی (محیطزیست و کارگران) حیاتی هستند. دوزیمتری به دو دسته کلی تقسیم میشود:
- دوزیمتری شخصی: اندازهگیری دوز دریافتی افراد (مانند کارکنان بخش رادیولوژی).
- دوزیمتری محیطی: اندازهگیری دوز در محیط یا تجهیزات
روشهای دوزیمتری
روشها بر اساس مکانیسم عملکرد به سه دسته اصلی تقسیم میشوند:
۱. روشهای فیزیکی
- فیلم بدوزیمتر (Film Badges):
- مکانیسم: استفاده از فیلم عکاسی که تحت تابش پرتو تیره میشود.
- مزایا: ارزان، قابل حمل، ثبت دائمی دادهها.
- معایب: حساس به دما و رطوبت، نیاز به پردازش شیمیایی.
- کاربرد: دوزیمتری شخصی در بیمارستانها.
- دوزیمترهای ترمولومینسانس (TLD: Thermoluminescent Dosimeters):
- مکانیسم: کریستالهای (مانند LiF) که پس از جذب پرتو، با گرم شدن نور ساطع میکنند.
- مزایا: دقت بالا، قابلیت استفاده مجدد.
- معایب: نیاز به تجهیزات خوانش پیچیده.
- کاربرد: دوزیمتری در رادیوتراپی.
- دوزیمترهای OSL (Optically Stimulated Luminescence):
- مکانیسم: آزادسازی انرژی ذخیرهشده در کریستالها با نور مرئی.
- مزایا: حساسیت بالا، اندازهگیری سریع.
- کاربرد: دوزیمتری شخصی و محیطی در فضاهای پرتوی کم.
- دوزیمترهای نیمهرسانا (Semiconductor Dosimeters):
- مکانیسم: استفاده از دیودهای سیلیکونی برای اندازهگیری جریان ناشی از پرتو.
- مزایا: پاسخ سریع، مناسب برای دوزهای بالا.
- کاربرد: دوزیمتری بلادرنگ در شتابدهندههای ذرات.
2. روشهای شیمیایی
- دوزیمتر فریک (Fricke Dosimeter):
- مکانیسم: تبدیل یونهای Fe²⁺ به Fe³⁺ در محلول سولفات آهن تحت تابش.
- مزایا: دقت بالا در دوزهای زیاد.
- معایب: وابسته به دما و اکسیژن.
- کاربرد: استانداردسازی در دوزیمتری پرتوهای گاما.
- دوزیمترهای ژلی (Gel Dosimeters):
- مکانیسم: تغییر رنگ ژل پلیمری تحت تابش.
- مزایا: نمایش سهبعدی توزیع دوز.
- کاربرد: برنامهریزی رادیوتراپی.
۳. روشهای بیولوژیکی
- آزمون کروموزومی (Dicentric Assay):
- مکانیسم: شمارش آسیبهای کروموزومی در لنفوسیتهای خون.
- مزایا: ارزیابی دوزهای گذشته (Retrospective Dosimetry).
- کاربرد: حوادث پرتوی (مانند چرنوبیل).
- دوزیمتری با نشانگرهای زیستی (Biodosimetry):
- مکانیسم: اندازهگیری پروتئینها یا ژنهای خاص (مانند γ-H2AX) پس از تابش.
- کاربرد: ارزیابی سریع دوز در اورژانسهای پرتوی.
فناوریهای نوین- دوزیمترهای دیجیتال (Electronic Personal Dosimeters):
- نمایش بلادرنگ دوز، قابلیت اتصال به نرمافزار.
- دوزیمتری مبتنی بر هوش مصنوعی:
- پیشبینی توزیع دوز در رادیوتراپی با الگوریتمهای یادگیری ماشین.
استانداردها و سازمانهای بینالمللی
- ICRP (International Commission on Radiological Protection): تعیین حد مجاز دوز.
- IAEA (International Atomic Energy Agency): انتشار پروتکلهای دوزیمتری.
جمعبندی و مقایسه روشها
| روش | دقت | هزینه | کاربرد اصلی |
|-------------- |------ |------- | --------------------- |
| TLD | بالا | متوسط | رادیوتراپی |
| فیلم بدوزیمتر | پایین | کم | دوزیمتری شخصی |
| OSL | بالا | بالا | محیطهای کمپرتو |
| فریک سولفات| بسیار بالا| بالا | استانداردسازی |
نتیجهگیری
انتخاب روش دوزیمتری به عواملی مانند نوع پرتو، دوز مورد انتظار، هزینه و نیاز به دقت بستگی دارد. فناوریهای نوین مانند دوزیمترهای دیجیتال و هوش مصنوعی، آینده این حوزه را متحول خواهند کرد.
منابع پیشنهادی
- کتاب Fundamentals of Radiation Dosimetry اثر J.R. Greening.
- راهنمای IAEAدرباره دوزیمتری (سری انتشارات شماره ۸۷).
- مقالات مروری در مجله *Medical Physics*.
برای تبدیل اکتیویته (فعالیت پرتوزا، بر حسب بکرل یا کوری ) به سیورت (واحد دوز معادل پرتو)، باید چندین مرحله و پارامتر کلیدی را در نظر بگیرید، زیرا سیورت نه تنها به میزان پرتو، بلکه به نوع پرتو، انرژی آن، زمان مواجهه، و اندام تحت تاثیر نیز بستگی دارد. در زیر مراحل اصلی توضیح داده شده است:
۱. مفاهیم پایه
اکتیویته (Activity) :
تعداد واپاشیهای پرتوزا در ثانیه (واحد: بکرل (Bq) یا کوری (Ci) ).
رابطه تبدیل:
سیورت (Sievert) :
واحد دوز معادل پرتو (H) که اثر بیولوژیکی پرتو بر بافتهای بدن را نشان میدهد.
فرمول:
۲. مراحل تبدیل اکتیویته به سیورت
الف. محاسبه دوز جذبی (D)
دوز جذبی (برحسب گری) از رابطه زیر محاسبه میشود:
ب. تبدیل دوز جذبی (Gy) به دوز معادل (Sv)
پس از محاسبه D ، دوز معادل (H) با ضرب در ضرایب وزنی بهدست میآید:
۳. مثال محاسباتی
محاسبات :
۴. عوامل موثر دیگر
فاصله از منبع : دوز دریافتی با مربع فاصله نسبت عکس دارد (قانون عکس مربع).
محافظسازی : مواد جاذب (مانند سرب) دوز را کاهش میدهند.
نوع پرتو : پرتوهای آلفا (WR = 20) خطر بیولوژیکی بسیار بالاتری دارند.
۵. ابزارهای کاربردی
نرمافزارهای دوزیمتری : مانند MCNP یا FLUKA برای شبیهسازی دقیق.
جدولهای آماده : برای پرتوهای رایج (مثال: هر MBq از رادون ۲۲۲ در فاصله ۱ متری ≈ ۰.۱ μSv/h).
۶. نکات مهم
تبدیل اکتیویته به سیورت مستلزم دادههای دقیق درباره انرژی پرتو ، زمان مواجهه ، و ویژگیهای منبع است.
در پزشکی و صنعت، از دوزیمترهای شخصی (مانند TLD) برای اندازهگیری مستقیم سیورت استفاده میشود.
پایان
دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته شاهین جلیل پور