HSE و بهداشت حرفه ای

دُزيمتري انرژي جذب شده در بافت (دُز پرتو)، عامل مهمي در احتمال بروز و شدت اثرات بيولوژيك پرتو است.

درصورت اطلاع از ميزان پرتوي ورودي بيمار، دز جذبي قابل اندازه‌گيري است. در تخمين خطرات واقعي، دو عامل مهم ديگر، يعني اثرات بيولوژيك نسبي پرتو و حساسيت بافت نيز با اهميت است. تعاريف و يكاها بديهي است براي محاسبة دُز پرتو، نياز به درك معناي دُز پرتو، تغييرات زماني دُز پرتو و يكاهاي اندازه‌گيري‌ آن است. واحد پرتودهي Exposure unite خسارات ناشي از منابع خارجي برحسب پرتودهي اندازه‌گيري مي‌شود.

پرتودهي توانايي پرتوهاي ايكس يا گاما در يونسازي هواست. رونتگن(R) واحد پرتودهي در سيستم قديمي و برابر است با مقدار پرتو‌ي ايكس يا گاما كه در هر سانتيمترمكعب هوا در شرايط استاندارد يك استات كولن بار از هر نوع توليد كند. در تعريف ديگر يك رنتگن برابر با پرتودهي ايكس يا گاماست كه در يك كيلوگرم هوا 4-10 × 54/2 كولن بار از هر نوع توليد‌كند. واحد پرتودهي در سيستم SI كه با XU نشان داده مي­شود مقدار پرتوي ايكس يا گاماست كه در هر كيلوگرم هوا يك كولن بار از هر نوع توليد كند.

بنابراين: هر XU برابر با 3876 رنتگن است. R 3876 = (كيلوگرم / كولن ) XU 1 دُز پرتو ، D دُز پرتو يا به‌عبارت دقيقتر دُز جذبي پرتوهاي يونساز، مقدار كل انرژي پرتو جذبي دريك گرم ماده است. واحد قديمي آن راد RAD (حروف اول Radiation Absorbtion Dose ) مي‌باشد. يك راد برابر با انرژي جذب شده erg 100در يك گرم ماده يا بافت است. با معلوم بودن مقدار انرژي جذب شده برحسب erg/g واز تقسيم آن به 100 دُز جذبي راد به‌دست مي‌آيد ( يعني، erg/g 100 1rad =). در سيستم SI يكاي گري(Gy)، جايگزين راد مي‌شود. يك گري معادل100 راد، يا يك راد مساوي2-10 گري يا يك سانتي گري است.

يك گري انرژي جذب شدة يك ژول از پرتوهاي يونساز در هركيلوگرم ماده است. آهنگ‌دُز پرتو، آهنگ‌دُز پرتو، مقدار انرژي جذب شده در واحد زمان و واحد جرم بافت است. يكاي آن ممكن است به صورتهاي مختلف راد يا(mGy) در دقيقه، راد يا(cGy) در ساعت، راد يا(Gy) در روز بيان مي‌شود. هنگام مقايسة خطرات پرتو، عامل نوع پرتو كاملاً مؤثر است. اين مطلب توسط NCRP در تعريف واژة جديد دُز معادل مطرح شده است. NRC هنوز واژة قديمي معادل دُز را كه قدري متفاوت است و در زير توضيح داده مي‌شود، به‌كار مي‌برد. دُز معادل اثرات بيولوژيك در واحد دُز جذبي بافت، تابع نوع پرتو است ( اشعة X و γ در مقايسه با ذرات پروتون وآلفا ). بنابراين ضريب وزني WR براي هر نوع پرتو‌ بر مبناي اين اختلافات تعريف شده است.

دُز ضربدر ضريب وزني پرتو، دُز معادل ناميده مي‌شود. براي تشخيص آن از دُز جذبي، D ، واحد آن‌ در سيستم قديمي رم (rem) و در سيستم جديد SI سيورت(SV) ناميده‌ و با حرف H نشان داده مي‌شود: (1) (راد يا گري ) D× H = WR (رم يا سيورت) براي پرتو‌هاي مورد استفاده در راديولوژي و پزشكي‌هسته‌اي ( پرتوهاي X و γ ، الكترون و پوزيترون )، WR مساوي يك است.

بنابراين، دُز (D) و دُز معادل (H) داراي مقادير مشابه ولي واحدهاي متفاوت راد و رم ( گري و سيورت) مي‌باشند. براي ذرات نوترون‌ و آلفا، WR داراي مقادير بيشتر ( 5 تا 20 ) مي‌باشند. جدول 1- ضرايب وزني يا ضريب كيفي پرتوها ضريب وزني پرتو WR گسترة انرژي پرتو نوع پرتو 1 1 5 10 20 10 5 5 20 تمام انرژيها تمام انرژيها انرژي كمتر از keV 10 انرژي بين 10تا keV 100 انرژي بيش از keV 100 تا MeV 2 انرژي 2 تا MeV 20 انرژي بيش از MeV 20 بجز پروتونهاي برگشتي با انرژي بيش از MeV 2 پاره‌هاي شكافت، هسته‌هاي سنگين فوتون ( ايكس ، گاما) الكترون و ميون نوترون " " " " " " " " پروتون ذرات آلفا معادل دُز در قوانين NRC از معادل دُز استفاده مي‌شود كه با معادله‌اي مشابه معادلة (1) تعريف مي‌شود ولي به جاي ضريب وزني پرتو(WR) از ضريب كيفي پرتو (QR) استفاده مي‌شود. براي پرتو‌هاي مورد استفادة پزشكي هسته‌اي، QR نيز يك است.

تفاوت ديگر اين‌كه در معادلة بالا، D متوسط دُز يك بافت است، در حالي‌كه براي محاسبة معادل دُز، دُز يك نقطه در بافت در نظرگرفته مي‌شود. در پزشكي‌هسته‌اي براي تمام مقاصد عملي، اين دو واژه جايگزين يكديگر مي‌شوند. دُز مؤثر، معادل دُز مؤثر تخمين ريسك مربوط به تابش‌دهي يكنواخت كل بدن است؛ بنابراين خطرات تابش دهي بخشي از بدن يا تابش‌دهي غيرهموژن ‌بايد به‌طور مقتضي محاسبه شود. براي اين منظور ضريب بافت، مورد استفاده قرار مي‌گيرد كه تفاوت حساسيت بافتهاي مختلف به پرتو ( روي سن و جنس يك جمعيت داده شده متوسط‌گيري مي‌شود) را نشان مي‌دهد جدول2 - ضرايب وزني بافت، WT ، براي بافت و اندامهاي مختلف بر طبق مقررات NCRP و NRC گزارش 116 NCRP NRC گناد‌ها مغز استخوان قرمز كولون ريه معده مثانه پستان تيروئيد پوست سطح استخوان بقية بافتها 2/0 12/0 ــ 12/0 ــ ــ 15/0 03/0 01/0 03/0 03/0 25/0 12/0 12/0 12/0 12/0 05/0 05/0 05/0 01/0 01/0 05/0 ضرايب بافت پيشنهادي NCRP در جدول 2- آورده شده است.

 مقررات NRC هنوز ضرايب وزني قديمي را به‌كار مي‌برد، اين‌ضرايب نيز در جدول2- نشان داده شده است. با استفاده از ضرايب وزني بافت NRCP ، دُز مؤثر E، براي شرايطي معلوم ( پرتودهي ) به‌دست مي‌آيد. با اين حال، با استفاده از ضرايب‌ وزني بافت NRC معادل دُز مؤثر يا ede) ) تعيين مي‌شود. دُزهاي مؤثر يا ( edes ) براي مقايسة خطرات ناشي از پرتودهي در شرايط مختلف نظير پرتودهي از اشعة زمينه در برابر پرتودهي از روشهاي پزشكي به جامعة امريكاست. پرتودهي با دُز مؤثر بالاتر باعث خطرات نسبتاً بيشتري مي‌گردد. معادل دُز مؤثر ( يا ede، در موردي كه ضرايب وزني بافت NRC استفاده مي‌شود) به‌صورت زير تعريف مي‌شود: كه ازجمع روي تمام اندامهاي تابش ديدة T به‌دست مي‌آيد.

 (2) ‌ جدول 3- حد دُز توجيه پذير سالانه پيشنهادي NRC حد دُز ( ميلي سيورت) پرتوكاران (پرتوگيري شغلي ) حد معادل دُز مؤثر كل عدسي چشم پوست، دستها ، پاها اندام وبافتهاي ديگر جنين- رويان ( پرتوكار باردار ) عموم مردم 50* 150 500 500 5 1 * حد دُز مؤثر پرتوكاران در ايران مشابه اروپا 20 ميلي سيورت در سال است جدول 4- دُز مؤثر سالانه منابع طبيعي و مصنوعي منابع دُز مؤثر سالانه (mSv) اشعة زمينه ( تمام انواع اشعه ) دخانيات ( 210- Po ) راديولوژي و پزشكي هسته اي فقط پزشكي‌هسته اي محصولات مصرفي شغلي 3 8/2 54/0 14/0 07/0 009/0 جدول 5- دُز اندام و دُز مؤثر ناشي از چند آزمايش راديولوژي برحسب ميلي رم آزمايش مغز استخوان فعال پستان‌ها رويان و جنين تيروئيد دُز مؤثر ريه CT ريه جمجمه CT سر شكم CT شكم مهرة كمري لگن CT لگن باريم انما با پرتونمايي مموگرافي ( با مشدد) 4 590 20 270 40 560 140 20 560 820 - 9 2100 - 3 3 70 7 - 3 70 200 - 6 - - 290 800 350 170 2600 1600 - 2 230 40 190 - 5 - - - 20 - 4 780 10 180 120 760 210 110 710 870 10 آشكارسازي پرتوها در اثر برخورد پرتوي پرانرژي با ماده، تغييرات فيزيكي وشيميايي خاصي در آن پديد مي‌آيد.

 اين تغييرات موقتي يا دائمي، اساس آشكارسازي پرتوهاي پرانرژي را تشكيل مي‌دهد. البته، اين تغييرات عموماً ناچيز و نامحسوس است. بنابراين، روشهاي بسيار پيچيده‌اي براي آشكارسازي ابداع شده است. در اين‌جا به شرح انواع آشكارسازهاي مي‌پردازيم. آشكارسازي ساده آيا پرتو وجود دارد؟ معمولاٌ در مواردي نظير آلودگي فردي يا محيطي، اين سؤال مطرح مي­شود.

كميت پرتو چه‌مقدار پرتو يا راديواكتيويته وجود دارد ؟ به‌طور مطلق يا نسبي بايد‌ به اين سؤال اساسي پاسخ داد. همچنين در مواردي لازم است آهنگ راديواكتيويته يا آهنگ شمارش به‌صورت تابعي از زمان اندازه­گيري شود. انرژي پرتو در روش­هاي آناليز مواد، فيزيك هسته‌اي و شناسايي نواحي آلوده به مواد راديواكتيو اطلاع از ميزان انرژي پرتو براي شناسايي عنصر يك نياز اساسي است. ماهيت پرتو به‌طور كلي در پزشكي‌هسته‌اي نوع پرتوي به‌كار رفته، معلوم است. بااين‌حال، در بروز آلودگيها، ممكن است نياز به تشخيص نوع پرتو باشد. يك آشكارساز نمي‌تواند به تمام اين سؤالات پاسخ دهد. مثلاً آشكارساز گايگر مولر مي‌تواند هر پرتو‌يي را كه با آن برخورد مي‌كند و نه انرژي آنرا، اندازه‌‌ بگيرد. آشكارسازهاي جرقه‌اي مي‌توانند هم انرژي و هم برخورد پرتو را تشخيص دهند. اتاقك يونساز نمي­تواند به‌عنوان شمارشگر يا تعيين كنندة انرژي پرتو به‌كار رود؛ ولي در بسياري از شرايط، نظير اندازه‌گيري مقدار پرتودهي، مفيد خواهد بود. ميزان اكسپوژر يا پرتودهي به انرژي و تعداد پرتو‌هاي برخورد كننده با آشكارساز بستگي دارد.

كارايي ذاتي يا حساسيت حساسيت( Ei) يك آشكارساز، توانايي آن در ثبت هرچه بيشتر پرتوها است و به‌صورت نسبت تعداد پرتو‌هاي آشكارشده(α, β , γ ) به تعداد پرتو‌هاي ورودي به حجم حساس آشكارساز، تعريف مي‌شود. حساسيت 5/0 يا (50%) به اين معني است كه فقط نيمي از پرتو‌هاي ورودي به حجم حساسِ آشكارساز، ثبت مي‌شوند و نيم ديگر با حجم حساس برهمكنش نمي‌كنند. در پزشكي هسته‌اي كارايي بالاي آشكارسازكه سبب كاهش زمان تصوير‌گيري يا كاهش دُز بيمار و يا هردو مي‌شود، مفيد‌ است. حساسيت يك‌ آشكارساز اصولاً به ضريب تضعيف خطي، μ (linear)، و ضخامت حجم حساس آشكارساز بستگي دارد. زمان مرده يا زمان بازيافت زمان مرده يا زمان بازيافت، معرف توانايي و دقت عمل يك آشكارساز در مواجهه با آهنگ شمارش مقادير زياد راديواكتيويته است. در بسياري از آشكارسازها فرصت كوتاه و محدودي بين برخورد پرتو به آشكارساز و پاسخ آشكارساز و ثبت اتفاق وجود دارد. اين فرصت، زمان مرده يا زمان بازيافت آشكارساز ناميده مي‌شود.

 اگر پرتوي دوم درحالي برسد كه پردازش پرتوي اول تمام نشده باشد، چه اتفاقي‌در برهمكنش با آشكارساز مي‌افتد؟ آشكارسازها به اين سؤال دو نوع پاسخ مي­دهند. در نوع اول وقتي پرتوي دوم در زمان مردة آشكارساز برسد، آشكارساز براي مدت زمان بيشتري، مساوي زمان رسيدن پرتوي دوم غيرحساس خواهد بود. براي مثال، اگر زمان مردة يك آشكارساز 100 ميكروثانيه باشد، وپرتوي دوم 30 ميكروثانيه پس از پرتوي اول برسد، آشكارساز به‌مدت 130 =30 +100 ميكروثانيه غيرحساس خواهد شد، به‌شرط آن‌كه در اين فاصله پرتوي سومي نرسد. در غيراين‌صورت، بسته به زمان رسيدن پرتوي سوم زمان مرده افزايش مي‌يابد، و همين‌طور براي پرتو‌هاي بعدي ادامه مي‌يابد. بنابراين، بسياري از پرتو‌ها تابع آهنگ شمارش كه معرف متوسط فاصله زماني دو پرتوي پياپي است، بدون ثبت در آشكارساز ازبين مي‌روند. در نوع دوم مدت غيرحساس بودن آشكارساز تابع زمان رسيدن پرتوي دوم نيست.

 پرتوي دوم و ديگر پرتو‌هاي رسيده در زمان غيرحساس آشكارساز، شمارش نمي‌شوند. به‌طور ايده‌آل، آشكارساز ‌بايد، تاحد ممكن است زمان مردة كمتري داشته باشد تا بدون از دست دادن مقدار قابل توجهي شمارش‌، قادر به ثبت آهنگهاي شمارش بالا باشد. به‌هرحال، براي آهنگ شمارشهايي كه در پزشكي هسته‌اي براي دُزهاي روزمره، پيش مي‌آيد، آشكارساز با زمان مردة μsec10 قابل قبول است. ولي در تصويربرداري ديناميك قلب كه نياز به آهنگ شمارش بالاست، زمان مردة 2 تا 3 ميكروثانيه مناسب است. قدرت تفكيك انرژي[1] توانايي يك آشكارساز در تفكيك دو پرتو با انرژيهاي نزديك بهم را قدرت‌ تفكيك انرژي مي‌نامند. اگر قدرت تفكيك يك آشكارساز،keV20 باشد، اين آشكارساز، قادر به تفكيك دو پرتوي γ با اختلاف انرژي كمتراز keV20 نمي­باشد. قدرت تفكيك انرژي يك اشكارساز به‌عنوان ميزان خطاي يك آشكارساز در تعيين انرژي پرتوي γ يا x نيز محسوب مي­شود.

ملاحظات ديگر در آشكارسازها عموماٌ از قطعات الكترونيكي استفاده مي‌شود كه غالباً متاثر از تغييرات ولتاژ برق شهر يا دماي محيط هستند؛ بنابراين، پاسخ آشكارساز بايد كمتر تابع اين عوامل باشد، به‌علاوه در صورت نياز، قابل حمل باشد، كار با آن ساده و گرانقيمت نباشد. انواع آشكارسازها انواع مختلف آشكارسازها عبارتند از: آشكارساز گازي، ‌جرقه‌اي، نيمه هادي ، فيلم راديوگرافي، كالريمتري، شيميايي و ... آشكارسازهاي گازي مهمترين ويژگي پرتو‌هاي پرانرژي، يونسازي در ماده است. به‌طور كلي به‌جز در گازها و چند جامد نيمه هادي، امكان اندازه‌گيري يونهاي توليدي ‌در مواد وجود ندارد.

 اساس سه نوع آشكارساز گازي ( اتاقك يونساز، شمارشگر تناسبي و شمارشگر گايگر مولر) اندازه‌گيري يونهاي توليدي از پرتو در حجم كوچكي از گاز است. سازوكار آشكارسازهاي گازي براي تشريح سازوكار آشكارسازهاي گازي، بياييد ببينيم وقتي يك پرتو يا ذرة شتاب‌دار، در حجم گازي حاوي دو الكترود با اختلاف پتانسيلV، يونسازي مي‌كند، چه اتفاقي رخ مي‌دهد. اگر ولتاژ بين دوالكترود صفر باشد، جفت يون توليدي، باز تركيب شده، به اتم يا مولكول خنثي تبديل مي‌شود. درنتيجه جريان الكتريكي نخواهيم داشت؛ ولي تحت تأثير ميدان الكتريكي، ناشي‌از اختلاف پتانسيل الكترودها، تعدادي جفت يون به‌طرف الكترودها رفته، جريان الكتريكي لحظه‌اي توليد مي‌شود. شدت جريان توليدي به عواملي نظير ولتاژ آند -كاتد (V)، فاصلة بين دو الكترود، نوع گاز، حجم، فشار، دماي گاز، شكل و موقعيت الكترودها بستگي دارد. با اين‌حال ولتاژ بين دو الكترود، مهمترين عامل است. شدت جريان ناشي از يك پرتو درآشكارسازگازي به‌صورت تابعي از ولتاژ در شكل 6-1 نشان داده شده است. در اين رابطه، پنج ناحيه جداگانه وجود دارد كه نياز به توضيح دارد. البته در صورت عدم يونسازي پرتو با وجود ولتاژ، جريان الكتريكي نخواهيم داشت. ناحية 1 - بازتركيب ولتاژ به‌حدي ناچيزاست كه جفت يونهاي توليدي پرتو بازتركيب شده، اتمها و مولكولهاي خنثي توليد مي‌شود. با افزايش ولتاژ، به تدريج جفت يونها با الكترودها برخورد كرده، جريان الكتريكي توليد مي‌شود. ناحية 2 - كفة يونسازي در اين ناحيه ولتاژ به‌قدر كافي زياد است كه تمام جفت ناشي از پرتو يا ذره شتاب‌دار جذب الكترودها شده و پديدة باز تركيب بسيار ناچيز است.

به‌دليل جمع‌آوري تمام جفت يونهاي توليدي، با افزايش ولتاژ مقدار جريان تغيير محسوسي نمي‌كند. البته مقدار جريان توليدي يك پرتو يا ذرة منفرد كمتر از آن است كه آشكار شود، بنابراين برهمكنش تعداد زيادي از پرتو‌ها قابل ثبت و آشكارسازي است. ناحية 3 - ناحية تناسبي بازهم ولتاژ افزايش داده مي‌شود. اين ولتاژ نه تنها براي جذب تمام جفت يونهاي اوليه به الكترودها كافي است بلكه انرژي كافي به جفت يونهاي اوليه نيز مي‌دهد تا هنگام عبور از اتم‌ و مولكولهاي خنثاي گاز، جفت يونهاي ثانويه توليد كنند. توليد تعداد جفت يونهاي ثانويه به انرژي جفت يونهاي اوليه و به عبارت ديگر به ولتاژ اعمال شده، بستگي دارد. درنتيجه، با افزايش ولتاژ، جريان ناشي از پرتو افزايش مي‌يابد. اكنون شدت جريان

براي آشكارسازي پرتو يا ذرة منفرد كه با حجم گاز برخورد كند، به‌قدر كافي زياد هست. جريان توليدي با انرژي پرتو متناسب است ولي با افزايش بيشتر ولتاژ ( ناحية علامت گذاري نشدة بين3 و 4 ) اين نسبت غيرخطي مي‌شود. ناحية 4 - كفةGM ولتاژ به‌حدي افزايش يافته است كه جفت يونهاي اولية ناشي از پرتو يا ذرة شتاب‌دار، انرژي بسيار زيادي براي توليد جفت يونهاي ثانويه و حالت برانگيختگي كسب مي‌كنند؛ درنتيجه مولكولهاي خنثاي گاز، بيشتر يونيزه و برانگيخته مي‌شوند. بازگشت مولكولها از حالت برانگيخته توليد نور فرابنفش مي‌كنند كه موجب يونسازي بيشتر مي‌شود؛ در نتيجه حجم گاز به حالت تخلية موقت ‌رسيده، شدت جريان توليدي كم و بيش مستقل از ولتاژ و انرژي پرتو مي‌گردد.

ناحية 5 ولتاژ به‌حدي زياد است كه براي تخلية الكتريكي به پرتو نيازي نيست. تحت اين ميدان الكتريكي قوي، الكترونها از لايه‌هاي اتمي بيرون كشيده ‌شده، اتمها و مولكولها يونيزه مي‌شوند و تخلية الكتريكي بي‌نياز از پرتو به‌وجود مي‌آيد. در اين ناحيه امكان آشكارسازي پرتو وجود ندارد. آشكارساز يا اتاقك يونساز اتاقك يونساز يكي از قديمي‌ترين آشكارسازهاي گازي براي اندازه‌گيري مقدار پرتو است. ولتاژ اعمال شده به اين آشكارساز در ناحية 2 شكل6-1 واقع است. در اين ناحيه تغييرات جزيي در ولتاژ اعمال شده تأثير قابل توجهي در شدت جريان ايجاد نمي‌كند. بنابراين اتاقك يونساز بسيار پايدار و معتبر است. اين آشكارسازها در ابعاد و اشكال مختلف ساخته مي‌شوند. حساسيت ضعيف براي پرتوي x يا γ و عدم تفكيك انرژي، مهمترين عيب آنهاست. به‌علت كمي‌جريان الكتريكي ناشي‌از يك پرتو يا ذره، به‌عنوان شمارنده، استفاده نمي‌‌شود.

 بنابراين، استفادة اساسي آن در دُزيمتري پرتو‌ در راديولوژي تشخيصي و درماني است. دُِزيمتر اتاقك يونساز فارمر براي دُزيمتري مطلق در كلية مراكز راديوتراپي بطورگسترده استفاده مي­شود. در پزشكي هسته‌اي به‌عنوان دُز كاليبراتور براي اندازه‌گيري راديواكتيويته در حد ميلي كوري تا كوري استفاده مي‌شود. گاهي نيز براي دُزيمتري ‌فردي پرتوكار به صورت دُزيمترجيبي مورد استفاده قرار مي­گيرد و بالاخره اتاقك يونساز با حجم حساس بزرگ براي مانيتورينگ محيطي نيز بكار مي­رود. دُزكاليبراتور معمولاً دُز كاليبراتور اتاقكهاي يونساز استوانه‌اي شكل حاوي گاز نادري، نظير آرگون با فشار زياد( تقريباً20 اتمسفر) است. فشار زياد چگالي را افزايش مي‌دهد و موجب افزايش حساسيت اتاقك يونساز مي‌شود. حفرة استوانه‌اي كوچكي در طول محور وجود دارد كه نمونة راديواكتيو براي شمارش، درون آن در نزديكي مركز اتاقك قرار مي‌گيرد. اين شكل هندسي، سبب افزايش حساسيت آشكارساز مي‌شود.

ديوارهاي خارجي اتاقك كاملاً حفاظ‌گذاري شده، به‌طوري‌كه تابش­هاي خارج از اتاقك سبب حداقل تداخل مي‌شوند. اصول و عمل يك دُز كاليبراتور بسيار ساده است. جريان الكتريكي ناشي از منبع راديواكتيو در اتاقك يونساز با آرايش هندسي خاص، با مقدار راديواكتيويتة چشمه تناسب مستقيم دارد. با اين‌حال، راديونوكلوئيدهاي مختلف با مقدار اكتيويتة يكسان جريان الكتريكي متفاوتي توليد مي‌كنند. اين اختلاف عمدتاً ناشي از تفاوت در فراواني انتشار( n i ) و انرژي پرتوي γ است. بنابراين، قبل از اين‌كه از اتاقك يونساز به‌عنوان يك دُز كاليبراتور استفاده شود، براي هر راديونوكلوئيدي،‌ بايد كاليبره شود. با تعيين ضرايب كاليبراسيون واز ضرب جريان ناشي از راديواكتيويتة نامعلوم به ضريب كاليبراتور، مقدار راديواكتيويتة نامعلوم يك راديونوكلوئيد به‌ سادگي تعيين مي‌شود. ضريب اطمينان براي اطمينان از درستي عمل دُز كاليبراتور، ‌بايد صحت وخطي بودن آن هرسال اندازه‌گيري شود. براي اطمينان، با اندازه‌گيري اكتيويتة يك چشمة استاندارد حاوي راديونوكلوئيد با طول عمر بلند نظير يا كنترل و تصحيح روزانه انجام مي‌شود.

اكتيويتة اندازه‌گيري شده نسبت به راديواكتيويتة چشمة استاندارد نبايد بيش از10% اختلاف داشته باشد. همچنين ضرايب كاليبره فقط براي آرايش هندسي‌خاص، حجم معين و ظرف خاصي از چشمه معتبر است. اگر شكل يا نوع ظرف حاوي چشمه يا حجم چشمه به‌طور محسوس تغييركند، ضرايب كاليبره تغيير نموده، اندازه‌گيري بايد تكرار شود. آشكارساز يا شمارشگر تناسبي اين‌آشكارسازها در ناحية (3) شكل (6-1 ) كار مي‌كنند كه يونهاي اوليه به‌دليل توليد يونهاي ثانويه تقويت (تقريباً يك ميليون بار) شده‌اند. بنابراين شدت جريان الكتريكي كافي توسط پرتو‌يي كه بايد شمارش شود، توليد مي‌شود. شدت جريان با انرژي پرتو متناسب است. ازاين‌رو آشكارساز تناسبي برخلاف اتاقك يونساز براي شمارش تك پرتو و تعيين انرژي آن مورد استفاده قرار مي‌گيرد. كار با شمارشگر تناسبي به مهارت كافي نياز دارد. پايداري به زمان وتغييرات ولتاژ آن به خوبي اتاقك يونساز نيست. شمارشگرهاي تناسبي كاربرد عمومي ندارد آشكارساز يا شمارشگر گايگر- مولر ولتاژ آشكارسازهايGM در ناحية (4) شكل 6-1) قرار دارند.

در اين‌حالت با ورود پرتو، گاز آشكارساز تخليه الكتريكي شده، شدت جرياني كم و بيش مستقل از انرژي پرتو و ولتاژ اعمالي توليد مي‌شود. چگونه مي‌توان فرآيند تخلية بارالكتريكي ناشي از پرتو را متوقف كرد تا آشكارساز براي پرتوي بعدي آماده شود؟ اين كار به‌طور شيميايي با افزودن قدري هالوژن يا تركيبات آلي‌آن به‌عنوان ناخالصي به گاز انجام مي‌شود. اين ناخالصيها كه فرونشان[2] شيميايي ناميده مي‌شوند نور فرابنفش توليدي هنگام تخلية بار و انرژي جفت يونهاي ثانويه را جذب مي‌كنند. مولكولهاي فرونشان با جذب انرژي و تجزية خود، تخلية بار‌الكتريكي را متوقف مي‌سازند، ولي در مدت كوتاهي، بيشتر مولكولهاي فرونشان بازتركيب شده به صورت اوليه باز مي‌گردند.

 بنابراين تعداد كمي از مولكولهاي فرونشان تجزيه مي‌شوند. فرونشاني تخلية بار بين50 تا 200 ميكروثانيه طول مي‌كشد. در اين مدت شمارشگر گايگر به پرتوي ديگري پاسخ نمي‌دهد؛ بنابراين، اين مدت تقريباً زمان مرده آشكارساز است. حداكثر آهنگ شمارش شمارشگر‌ها معمولاً هزار شمارش در ثانيه است. آشكارساز گايگر حساس‌ترين آشكارساز گازي است و به شكلها و اندازه‌هاي مختلف ساخته مي‌شود، كار با آنها ساده و در برابر تغييرات دما و ولتاژ كاملاً پايدارند، ولي قادر به اندازه‌گيري انرژي پرتو نمي‌باشند. براي آشكارسازي پرتوي بتا، پنجرة كوچكي از لاية نازك آلومينيومي ميلار (Mylar) در انتها يا يك‌طرف آشكارساز تعبيه شده است. هنگام آشكارسازي پرتوي X يا γ اين پنجره معمولاًبسته مي‌شود. اين شمارشگرها قابل‌حمل و كاربري آسان دارند. استفادة اساسي اين آشكارسازها در مانيتورينگ محيطي و كارهاي حفاظت از پرتو X و γ است. آشكارسازهاي جرقه‌اي مواد متنوعي به‌عنوان فسفرهاي جرقه‌اي شناسايي شده‌اند كه تحت تأثير پرتوي پرانرژي، نور توليد مي‌كنند. اين خاصيت در ابزاري به نام دتكتورجرقه‌اي براي آشكارسازي پرتو مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

براي مشاهدة نور توليدي بايد نور قادر به خروج از مادة آشكارساز باشد. در مايعات اين نياز مسالة مهمي نيست ولي براي جامدات بايد از تك بلورها استفاده كرد، زيرا نور در مرز ريزبلور‌ها جذب و پراكنده ‌مي‌شود، درنتيجه مقدار قابل توجهي نور قبل از آشكارسازي هدر مي‌رود. دو مادة ديگر ترمولومينسانس و فتولومينسانس نيز به‌عنوان آشكارساز پرتو به‌كار مي‌رود. اين مواد فوراً پس از برخورد پرتو توليد نور نمي‌كنند و انرژي پرتو را براي مدتي در خود ذخيره مي‌سازند. سپس انرژي ذخيره با حرارت ( ترمولومينسانس) يا تحت تابش نور ليزر ( فتولومينسانس) به‌صورت نور رها مي‌شود. آشكارسازهاي ترمولومينسانس براي نمايش پرتو مورد استفاده قرار مي‌گيرد. آشكارسازهاي فتولومينسانس در راديولوژي تشخيصي به‌خصوص در راديولوژي ديجيتال به‌كار مي‌روند. در شكل مقابل به‌طور شماتيك يك شمارشگرجرقه‌اي، نمايش داده شده است كه شامل مادة جرقه‌زن (كريستال)، افزونگر‌فوتوني(PMT) شامل صفحة فتوكاتد (C) و تعدادي داينود (FE ) براي تبديل نور مرئي به جريان تقويت شده­اي از الكترونها، پيش تقويت كننده، تقويت كننده و قسمتهاي الكترونيكي نظير انتخابگر ارتفاع پالس و سرعت شمار يا شمارنده براي جمع‌آوري و تحليل خودكار داده‌هاست. تعداد مواد جرقه‌زن ( سينتيلاتور) بسيارزيادند. آنتراسن، نفتالين، انواع پلاستيك­ها‌، بلور‌ هاليد‌هاي قليايي نظيرNaI(Tl) ، يا CsF و تنگستات سرب نمونه اي از مواد جرقه زن هستند. سازوكار توليد نور چون سازوكار توليد نور در مادة تحت تابش پرتو پيچيده و نامعلوم است، قوانين نظري براي پيش‌گويي رفتار يك ماده در اين مورد وجود ندارد. به‌طور خلاصه، پرتوي گاما، انرژي خود را از طريق سازوكار‌هاي فتوالكتريك، كامپتون و جفت سازي در مادة جرقه‌زن از دست مي‌دهد، سپس انرژي الكترونهاي توليدي در فاصلة كوتاهي صرف يونسازي وتحريك مولكولهاي مادة جرقه‌زن مي‌شود. به‌طوري كه در بازگشت به حالت پايه، نور منتشر مي‌كنند. جرقه‌زن NaI(Tl) در پزشكي هسته‌اي بلور يدور سديم مخلوط با كمي تاليم، NaI(Tl) در ميان سينتيلاتورها، بيشترين كاربرد را دارد. متوسط چگالي (g/cm3 67/3 d =) و عدد اتمي مؤثر) 45 ( Zeff = سبب كارايي آن براي آشكارسازي پرتو‌هاي X و γ در انرژيهاي30 تا keV 500 گرديده است. مقدار نور توليدي در واحد انرژي جذبي در بلور NaI(Tl) يكي از مزيت­هاي آن است. بلور يدور سديم بدون ناخالصي تاليم، نور زيادي توليد نمي‌كند وحضور اندكي تاليم( يك در ميليون) نور منتشره را با ضريب 10 يا بيشتر تقويت مي‌كند. زمان استحالة فسفرسانس كه معمولاً معرف زمان مردة يك آشكارسازجرقه‌اي است، تقريباً 25/0 ميكروثانيه است و براي مقادير راديواكتيويتة مورد استفاده در پزشكي هسته‌اي مناسب است، به‌علاوه فن‌آوري رشد اين بلور در ابعاد بزرگ و اشكال مختلف به‌خوبي پيشرفت كرده است؛ به‌طوري كه از ديگرآشكارسازهاي جرقه‌زن اقتصادي‌تراست.

 بلور‌هاي يدور سديم جاذب رطوبتند و اجباراً به‌طور كامل در ديواره‌هاي نازك آلومينيومي يا محفظه‌هاي آهني پوشانده مي‌شود. ديواره‌هاي آلومينيومي و آهني به‌مقدار جزئي سبب تضعيف پرتو‌هاي پرانرژي γ مي‌گردد. اين بلور‌ها نبايد ناگهاني تحت تغييرات شديد دما قرارگيرند. حتي موقعي كه بلااستفاده‌اند. پاسخ آشكارساز با تغيير دماي اتاق اندكي تغيير مي‌كند. نور درحجم بسيار كوچكي از جرقه‌زن توليد مي­شود. اين برد براي پرتوي Xيا γ با انرژيهاي كمتراز Mev 1بيش از يك ميلي‌متر نيست. نور در تمام جهات‌ عبور مي‌كند. با پوشاندن تمام سطوح جانبي بلور( به‌جز وجه مقابل افزونگر فوتوني PMT) با انعكاس‌دهنده نور، نظير اكسيد منيزيم اكثر نورها به‌طرف افزونگر فوتوني هدايت مي‌شوند. مشخصات الكترونيكي لامپ افزونگر فوتوني مقدار نور توليدي در بلور NaI(Tl) آن‌قدر كم است كه به سختي با چشم ديده مي‌شود. حتي اگر جرقة توليدي با چشم ديده شود شمارش نورها عملي نيست. افزونگر فوتوني وسيله‌اي است كه نور را به پالسهاي الكتريكي قابل اندازه‌گيري تبديل مي‌كند. لامپPMT از دريچة فتوكاتد كه نور به آن وارد مي‌شود، يك‌دسته الكترود‌هاي فلزي به‌نام دينود با آرايش هندسي‌خاص و يك آند تشكيل شده است. تمام اين‌ اجزا در لولة شيشه‌اي خلأ قرار گرفته‌اند. دراثر برخورد نور به فتوكاتد و برهمكنش فتوالكتريك، الكترون كم انرژي توليد مي‌شود(1ر0 تا eV 1). اين الكترون تحت اختلاف پتانسيل ( 50 تا 100 ولت ) به طرف يك دينود شتاب مي‌گيرد. با اين شتاب، الكترونها به‌قدر كافي داراي انرژي جنبشي شده‌اند ( 50 تا 100 الكترون ولت ) تا در برخورد با دينود الكترونهاي ثانويه توليد كنند. تعداد الكترونهاي ثانويه بين 1 تا 10 متغيرند، الكترونهاي ثانويه به‌طرف دينود دوم شتاب مي‌گيرند ( دو برابر ولتاژ دينود اوليه تغذيه شده‌اند) و افزايش الكترونها تكرار مي‌شود تا بالاخره در دينود نهايي ( معمولاً دهم ) بين5 10 تا 8 10 الكترون به‌ازاي هر فوتوالكترون توليد مي‌شود.

 اين الكترونها، در آندجريان پالسي با دامنة چند ميكروآمپري در عرض چند ميكروثانيه توليد مي‌كنند. ولتاژ دينودهاي مختلف از يك منبع ولتاژ ( 500 تا 1500 ولت ) با تقسيم كنندة ولتاژ تأمين مي‌شود. بهرة يك PMT ( چند برابر كنندگي الكترون ) شديداَ به ولتاژ هر يك از دينودها وابسته است؛ بنابراين، تغييرجزئي در ولتاژ سبب تغيير عمده در خروجي آشكارسازها مي‌گردد. بلور و افزونگر فوتوني معمولاً در محفظة ضد نور قرار دارند تا از رسيدن نور زمينه به افزونگر فوتوني جلوگيري شود. آشكارسازهاي نيمه‌هادي معمولاً در يك جامد، جفت يونهاي توليدي پرتوي يونساز، مشابه يك گاز قابل اندازه‌گيري نيست. ولي تحت شرايطي و براي دسته‌اي از مواد به نام نيمه‌هاديها امكان اندازه‌گيري جفت يونها فراهم مي‌شود. دو تا از معمولترين آشكارسازهاي نيمه‌هادي، Ge(Li) و Si(Li) هستند كه از نيمه هادي ژرمانيم و سيليسيم با مقدار كمي ليتيم ساخته شده‌اند. Ge(Li) براي آشكارسازي پرتو‌هاي x يا γ استفاده مي‌شود و Si(Li) اصولاً براي آشكارسازي پرتوهاي ذره‌اي به‌كار مي‌رود. مزيت اصلي آشكارساز Ge(Li) نسبت به آشكارسازجرقه‌اي، قدرت بالاي تفكيك انرژي آن است. يك‌ آشكارساز Ge(Li) مي‌تواند قدرت تفكيك انرژي 1% در مقايسه با آشكارسازNaI(Tl) با قدرت تفكيك 10% براي پرتوي ‌هاي گاماي 137Cs داشته باشد. عيب اصلي آشكارسازهاي Ge(Li) كه سبب محدوديت جدي آنها در كاربرد پزشكي هسته‌اي ‌گرديده، حساسيت پايين، نياز به نگه‌داري در برودت 77 درجة كلوين ( دماي اتاق حدود 300 كلوين است) و عدم دسترسي به ابعاد بزرگ آن است. در شكل فوق طيف حاصل از چشمة 60Co كه به وسيلة آشكارسازGe(Li) و NaI(Tl) به‌دست آمده، نشان داده شده است. دُزيمتر فردي به‌منظور رعايت بهداشت پرتو واجراي مقررات، نياز به اندازه‌گيري ‌پرتوگيري فردي است. اين اندازه‌گيري ممكن است هرچند دقيقه يا چند ماه بطور متناوب لازم باشد. سه نوع دُزيمتر فردي مهم در پرتوشناسي تشخيصي و پزشكي‌هسته‌اي با مزايا و معايب خاص خود عبارتند از: الف: فيلم بج، (ب) دُزيمترفسفري (مثلاً، دُزيمتر ترمولومينسانس TLD) و (پ) دُزيمتر جيبي. اگريك‌نوع دُزيمترفردي تمام نيازهاي دُزيمتري در تصويرسازي پزشكي را فراهم مي‌ساخت بسيار خوب و ايده‌آل بود. يك دُزيمتر ايده‌آل بايد از ويژگيهاي زير برخوردار باشد: پاسخ‌سريع، قابليت تشخيص انواع پرتوهاي يونساز، اندازه‌گيري دقيق دُز پرتوهاي يونساز با انرژيهاي keV تاMeV ومستقل از زاوية تابش. بعلاوه بايد كوچك، سبك، كاربري آسان، محكم، ارزان و مستقل از تغييرات شرايط محيط (مثلاً گرما، رطوبت، فشار و منابع پرتوهاي غيريونساز) باشد.

متأسفانه يك چنين دُزيمتري وجود خارجي ندارد. فيلم بج Film Badge فيلم بج عمومي‌ترين دُزيمتر مورد استفاده در پرتوشناسي تشخيصي و پزشكي هسته‌اي است. اين دُزيمتر شامل يك فيلم كوچك (شبيه فيلم راديوگرافي دندان) درون لفافة كاغذي است كه داخل حفاظ پلاستيكي مخصوصي به‌نام بج قرار گرفته و روي لباس نصب مي‌شود. امولسيون اين فيلم مشابه فيلم پرتونگاري در اثر پرتوي x و پس از ظهور ثبوت سياه‌ مي‌شود. با افزيش دُزجذبي، فيلم سياه‌تر مي‌شود كه با دانسيتومتر ميزان سياهي قابل اندازه‌گيري است. امولسيون فيلم حاوي دانه‌هاي برميد نقره كه عدد اتمي مؤثر آن بيش از عدداتمي بافت است، در نتيجه، دُز فيلم معادل دُز بافت نمي‌شود. با انتخاب چندين فيلتر فلزي بر روي فيلم (معمولاً سرب، مس و آلومنيوم) و استفاده از نسبت دانسيتة نوري فيلم زير فيلترها، محدودة انرژي پرتو مشخص و امكان تبديل دُز فيلم به دُز بافت فراهم مي‌شود. فيلم بج داراي منطقه‌اي بدون فيلتر فلزي يا پوشش پلاستيكي است كه مستقيماً مورد تابش قرار مي‌گيرد.

اين قسمت (پنجرة باز) براي آشكارسازي پرتو‌هاي بتاي پرانرژي و متوسط است. اكثر فيلم بج‌ها قادر به اندازه‌گيري دُزهاي mrad10 تا rad1500 پرتوهاي گاما و ايكس هستند. معمولاً فيلم داخل بج هر ماه براي پردازش به مؤسسه طرف قرارداد ارسال و گزارش پرتوگيري تقريباً دو هفته بعد دريافت مي‌شود. فيلم ظاهر شده، معمولاً نزد مؤسسه، نگهداري و امكان ثبت دائمي پرتوگيري فراهم مي‌شود. گزارش دُزيمتري شامل دُز سطحي يعني دُز پوست و دُز عمقي مربوط به پرتوهاي نفوذي است. فيلم بج‌ها سبك، ارزان، كوچك و داراي كاربري آسانند.

ولي امولسيون فيلم متأثر ازگرما و رطوبت است و دُزيمتري را مشكل يا غيرممكن مي‌سازد. فيلم بج معمولاً روي نقطه‌اي از بدن نصب مي‌شود كه داراي بيشترين پرتوگيري يا حساسيت پرتويست. اكثر راديولوژيستها يا فن‌آوران پرتوشناسي و پزشكي‌هسته‌اي فيلم‌بج را روي كمربند يا لبه جيب پيراهن خود نصب مي‌كنند. معمولاً هنگام فلورسكپي، فيلم‌بج در نزديكي يقه و روي روپوش سربي نصب مي‌شود تا دُز تيروئيد و عدسي چشم اندازه‌گيري شود، زيرا بخش اعظم بدن با روپوش سربي محافظت مي‌شود. پرتوكاران حامله معمولاً براي اندازه‌گيري دُز جنين فيلم بج ديگري در محل كمربند نصب مي‌كنند (زير روپوش سربي). دُزيمتر ترمولومينسانس بعضي دُزيمترها حاوي فسفرهاي ذخيره‌اي‌اند، يعني الكترونهاي برانگيخته از پرتوهاي يونساز، در ‌حالت تحريك باقي مي‌مانند. و اگر توسط حرارت، از دام برانگيختگي رها شوند با انتشار نور به تراز پايين‌تر سقوط مي‌كنند. دُزيمترهاي ترمولومينسانس (TLD) دُزيمترهاي فردي و محيطي بسيار دقيق اند؛ البته در مقايسه با فيلم‌بج گرانتر و در پرتوشناسي تشخيصي رواج كمتري دارند. بلور ليتيم فلورايد (LiF) معمول‌ترين‌ بلورTLD براي دُزيمتري فردي است. محدودة پاسخ اين دُزيمتر mrem 1 تا rem 105 است و قابليت استفادة مكرر دارد. مزيت ديگر آن نزديكي عدد اتمي مؤثر آن با بافتهاي بدن است؛ بنابراين، در محدودة بزرگي از انرژي دُز آن مشابه دُز بافت است. درTLD ثبت‌دايمي دُز نداريم زيرا براي خواندن دُز نياز به گرم كردن بلور و خروج انرژي جذبي آن است. ازTLD به عنوان دُزيمتر اندام در پزشكي ‌هسته‌اي و دزيمتري سطح بدن در راديوتراپي استفاده مي‌شود؛ يك انگشتر حاوي بلور TLD بيشترين دُز جذبي را درجريان آماده‌سازي و تجويز پرتودارو ثبت مي‌كند.

 براي دُزيمتري در فواصل زماني‌ طولاني (مثلاً يك فصل) باز هم TLD دُزيمتر انتخابي است. دُزيمتر جيبي يا قلمي مهمترين عيب دُزيمترهاي TLD و فيلم بج، عدم امكان قرائت همزمان آنهاست در حالي‌كه در دُزيمترهاي جيبي، دُز جذبي يا پرتوتابي بطور همزمان قرائت مي‌شود. نوع آنالوگ دُزيمتر جيبي (اتاقك يونساز جيبي) داراي يك رشتة نازك كوارتز است كه روي فريم متصل به الكترود مثبت، در اتاقك هوا معلق است. در اثر نيروي دافعه كولني رشتة نازك كوارتز از فريم دور مي‌شود و حركت آن توسط عدسي نوري كه برحسب رنتگن يا ميلي سيورت مدرج شده، قابل مشاهده است. در اثر برخورد پرتو، هواي داخل آشكارساز يونيزه مي‌شود، بنابراين مقداري از بارمثبت هواي اتاقك، خنثي و نيروي دافعه كولني آن كاهش مي‌يابد درنتيجه، رشتة كوارتز به فريم نزديك مي‌شود. اين جابجايي به‌شكل حركت خط نازكي روي صفحة مدرج قابل مشاهده است(شكل2 مقابل). اتاقكهاي يوني جيبي نوعاً براي آشكارسازي فوتونهاي با انرژي بيش از keV 20 به‌كار مي‌روند. عمومي‌ترين مدل آنها، از صفر تا mR200 يا صفر تا R5 مدرج شده‌اند. اين دُزيمترها، كوچك ( به اندازة خودكار) و داراي كاربري آسانند اما در اثر ضربه صحت و دقت آن كاهش مي يابد. اين دُزيمترها داراي قابليت استفادة مكررند ولي امكان ثبت دايمي دُز ندارند. پرتوگيري به‌صورت مقدار بار الكتريكي ناشي از پرتوهاي يونساز در واحد جرم هوا و برحسب كولمب بر كيلوگرم (C/kg) تعريف مي‌شود. رنتگن واحد قديمي C/kg 4- 10× 58/2 = R 1 است. دُز پرتوگيري در هوا قابل محاسبه است بطوري­كه هر رنتگن پرتوتابي منجر به rad 876/0 دُز جذبي در هوا مي­گردد و يا بطور تقريبي هر رنتگن معادل يك راد دز جذبي در هواست. [1] Energy Resolution [2] Quencher