Detektory promieniowania jonizującego

Detektory promieniowania

jonizującego

IAEA Training Material on Radiation Protection in Nuclear Medicine

Promieniowanie jonizujące nie oddziałuje
na zmysły człowieka. Dlatego też dla celu
wykrywania i charakteryzowania
promieniowania należało skonstruowad
urządzenia, w których wykorzystano
jonizujące właściwości promieniowania
oraz zjawiska chemiczne bądź fizyczne
wywołane przez wytworzone jony.

Zaczęło się od niewyjaśnionego
zaczernienia filmu fotograficznego, koło
którego umieszczono rudę uranu. Czyli
najpierw wykryto skutki i zaczęto szukać
przyczyny. Film w tym przypadku był

detektorem

- wykrył, że musi istnieć coś,

co jest źródłem zaczernienia.

Detekcja promieniowania wykorzystuje zjawisko
jonizacji i jego następstwa.

Następstwem jonizacji może być skraplanie pary na jonach.

Part 2: Radiation Physics

IR : infrared, UV = ultraviolet

Promieniowanie gamma – częśd spektrum
promieniowania elektromagnetycznego

Part 2: Radiation Physics

W detektorze może być zastosowana każda substancja,
która zmienia swoje własności ( w sposób mierzalny)
pod wpływem promieniowania jonizującego.
W szczególności dotyczy to:

•Zmiany barwy
•Zmian własności chemicznych
•Emisji światła widzialnego
•Powstawania ładunku elektrycznego

Detektory aktywne: natychmiastowy odczyt.
Detektory pasywne:przetworzenie przed odczytem wyniku

Part 2: Radiation Physics

Podział detektorów wg zasady działania

• gazowe

– komory jonizacyjne
– liczniki proporcjonalne
– liczniki Geigera - Müllera

(GM)

• detektory scyntylacyjne

– ciała stałe
– ciecze

• inne

– półprzewodnikowe
– filmowe
– termoluminescencyjne

(TLD)

Detektory fotochemiczne

 

 







AgBr

Ziarna bromku srebra pod wpływem promieniowania
rozpadają się do srebra metalicznego

Ze względu na dużą liczbę atomową Z są wydajne i
umożliwiają rozróżnienie promieniowania.

Problem stanowi obróbka filmów, w szczególności
zachowanie stałych warunków obróbki (temperatura,
stężenie roztworów, …)

Trzy dziedziny , w których
wykorzystuje się detektory
fotochemiczne.

1. Dozymetria

2. Autoradiografia;

chromatografia

3. Promieniowanie kosmiczne

Dawka promieniowania

ość

roz

łoż

onego

AgB

Zaczernienie jest zjawiskiem
progowym, dlatego dawkę
można odczytać, gdy jest
większa niż próg.

Part 2: Radiation Physics

1) Liczniki promieniowania

detektory gazowe
detektory scyntylacyjne

2) Spektrometry

detektory scyntylacyjne
inne detektor

y stałe

3) Dozymetry

detektory gazowe

detektor

y stałe

detektory scyntylacyjne
detektory termoluminescencyjne
detektory filmowe

Podział detektorów wg przeznaczenia

Part 2: Radiation Physics

Komora jonizacyjna

ZWN

Jon dodatni

Jon ujemny

1234

Elektrometr

Natężenie prądu jest proporcjonalne do
gęstości jonizacji

Part 2: Radiation Physics

•Miernik aktywności

•Urządzenia monitorujące

Komory jonizacyjne

zastosowanie w medycynie nuklearnej

Part 2: Radiation Physics

Podstawowe własności komór

jonizacyjnych

•Wysoka dokładność
•Stabilność
•Względnie niska czułość

Part 2: Radiation Physics

Knoll

Zakresy działania detektorów gazowych

Napięcie

Obszar
nasycenia

Obszar
proporcjonal
ności

Obszar ograniczonej
proporcjonalności

Obszar
Geigera-
Mullera

Amplituda

impulsu

Detekcja promieniowania

jonizującego

Licznik proporcjonalny

Katoda

Budowa

Anoda

Licznik proporcjonalny

liczniku

proporcjonalnym

występuje

wzmocnienie gazowe.

Part 2: Radiation Physics

Liczniki proporcjonalne

Gazowe detektory promieniowania
jonizującego pracujące w zakresie
napięd, dla których występuje
zjawisko tzw. wzmocnienia
gazowego (jonizacji wtórnej) , tj.
proporcjonalnego wzrostu ładunku
docierającego do elektrody
względem ładunku jonizacji
pierwotnej

Part 2: Radiation Physics

•Urządzenia monitorujące

Liczniki proporcjonalne

Zastosowania w medycynie nuklearnej

Part 2: Radiation Physics

Własności liczników proporcjonalnych

•Nieznacznie wyższa czułość w
porównaniu z komorą jonizacyjną
•Używane do pomiarów
promieniowania korpuskularnego i
niskoenergetycznych fotonów

Detekcja promieniowania

jonizującego

Licznik Geigera-Müllera

Budowa podobna do budowy licznika proporcjonalnego.
Wyższe napięcie (kilkaset V).

Różnica wewnątrz. W środku znajduje się mieszanina gazów:
90% gazu szlachetnego, np. Ar i 10% par alkoholu lub Cl2
(gaszą wyładowania lawinowe).

Cienkie

okienko

z miki

Part 2: Radiation Physics

Knoll

Pojedyncza cząstka może spowodować całkowitą jonizację.
Efekt

– wysoki impuls napięcia (wysoka czułość licznika)

Zasada działania licznika Geigera-Müllera

wyładowania
lawinowe

Part 2: Radiation Physics

•Monitor skażeń (radiometr)

•Dozymetr (po kalibracji)

Licznik Geigera – Müllera

Zastosowania w medycynie nuklearnej

Part 2: Radiation Physics

•Wysoka czułość
•Niższa dokładność
• Długi czas martwy

Własności licznika

Geigera - Müllera

Part 2: Radiation Physics

Detektory scyntylacyjne

Scyntylacja

– zjawisko powstawania

błysku świetlnego w wyniku
przechodzenia promieniowania
jonizującego przez niektóre substancje.
Powstaje na skutek deekscytacji atomu
wzbudzonego przez promieniowanie
jonizujące.

Part 2: Radiation Physics

Źródło promieniowania

Kryształ scyntylacyjny
NaI(Tl)

Fotopowielacz

Elementy detektora
scyntylacyjnego

Part 2: Radiation Physics

Detector

Photocathode
cathodd
Dynodes

Anode

Wzmacniacz

Analizator
wysokości

impulsów

Przelicznik

Detektor scyntylacyjny

Kryształ
scyntylacyjny

fot

opo

elac

Part 2: Radiation Physics

Analizator wysokości impulsów

Czas

Wysokość impulsu (V)

Analizator wysokości impulsów przepuszcza tylko impulsy o określonej
wysokości (energii)

zliczane

odrzucane

Part 2: Radiation Physics

Rozkład wysokości impulsów

Widmo energetyczne promieniowania w krysztale NaI(Tl)

Kwanty

całkowicie
pochłonięte
(fotopik)

Kwanty

rozproszone

Energia

Zli

Part 2: Radiation Physics

Próbka
wymieszana z
roztworem
scyntylatora

Ciekłe scyntylatory

Służą do detekcji promieniowania



, g

oraz neutronów

Zaleta : niski koszt

Part 2: Radiation Physics

•Liczniki próbek
•Gamma kamery
•Urządzenia monitorujące

Detektory scyntylacyjne

Zastosowania w medycynie nuklearnej

Detekcja promieniowania

jonizującego

Licznik próbek (scyntylacyjny)

Scyntylator do pomiarów promieniowania γ

Detektor

studzienkowy

Detektor

pełny

Obudowa

Scyntylator

Przezroczyste

szkło

Warstwa

rozpraszająca

Detekcja promieniowania

jonizującego

ZWN

AWI

Przel

Rejestr

Przykład – Zestaw do

pomiaru jodochwytności

tarczycy

Radionuklid -

131

Detekcja promieniowania

jonizującego

Detektor półprzewodnikowy

+ +

- -

- - -

+ + +

Warstwa

zaporowa

W wyniku jonizacji w warstwie zaporowej pojawią się
elektronowo-dziurowe pary, które stanowią swobodne
nośniki ładunku elektrycznego. Pod wpływem pola
nośniki są usuwane z warstwy zaporowej w strony
przeciwne, co powoduje impuls elektryczny

Part 2: Radiation Physics

Detektor półprzewodnikowy jako spektrometr

• Zasada działania: para elektron - dziura

(analogicznie do pary jonów w detektorach
gazowych)

• Znakomita rozdzielczośd energetyczna

Part 2: Radiation Physics

Knoll

Porównanie widma

uzyskanego za pomocą

detektora scyntylacyjnego

NaI(Tl)

półprzewodnikowego

Ge(Li)

Part 2: Radiation Physics

•Identyfikacja radionuklidów

•Kontrola czystości nuklidowej

Detektory półprzewodnikowe

Zastosowania w medycynie nuklearnej

Part 2: Radiation Physics

Zasada:

taka jak przy zwykłej kliszy

fotograficznej

Pod wpływem promieniowania
jonizującego z bromku srebra wydziela
się czyste srebro

Zastosowanie w medycynie nuklearnej:
dozymetria

Detektory fotochemiczne

Part 2: Radiation Physics

Termoluminescencja

– wywołana przez

ogrzewanie luminescencja substancji,
która wcześniej została pobudzona przez
promieniowanie przenikliwe

Detektory termoluminescencyjne

Materiały termoluminescencyjne mają własności dozymetryczne -
natężenie światła emitowanego podczas termoluminescencji jest
proporcjonalne do sumarycznej dawki pochłoniętej przez dany
materiał od czasu ostatniego działania wysokiej temperatury

Zastosowania - dozymetry

HEATING

ionising radiation

electron

trap

visible light

Wykorzystanie detektorów

scyntylacyjnych w urządzeniach

obrazujących stosowanych w

medycynie nuklearnej

Narząd ze zgromadzonym
radiofarmaceutykiem

Urządzenie
obrazujące

gamma
kamera

Ekran

Metoda scyntygrafii

Radiofarmaceutyk

Jest to substancja wprowadzona do ustroju zawierająca w
swojej cząsteczce promieniotwórczy nuklid (atom) emitujący
przenikliwe promieniowanie (gamma) które może byd
wykorzystywane dla celów diagnostycznych (scyntygrafii) lub
emitujący promieniowanie cząsteczkowe o krótkim zasięgu
(beta, alfa) umożliwiające leczenie zmian chorobowych, w
obrębie bądź w pobliżu których lokalizuje się radiofarmaceutyk

131

↔

Hipuran