Inżynier i Fizyk Medyczny 6/2017 vol. 6
359
wydarzenia
/
events
Odpowiedź detektorów: termoluminescencyjnego
oraz półprzewodnikowego na zmieniające się
warunki temperaturowe
Response of thermoluminescent and semiconductor detectors
to temperature variations
Marcin Owcarz
1
, Beata Kozłowska
1
, Renata Kopeć
2
,
Agata Toboła-Galus
2
1
Uniwersytet Śląski, Śląskie Międzyuczelniane Centrum Badań i Rozwoju,
Instytutu Fizyki, Zakład Fizyki Jądrowej i Jej Zastosowań,
ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, tel.: +48 32 349 76 05,
e-mail:
2
Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk,
ul. E. Radzikowkiego 152, 31-342 Kraków
Streszczenie
W przeprowadzonym eksperymencie zbadano reakcję dwu-
wymiarowego detektora termoluminescencyjnego na zmiany
temperatury podłoża oraz porównano otrzymane wyniki z ana-
logicznymi pomiarami detektorem półprzewodnikowym. Celem
było wyznaczenie temperaturowego współczynnika korekcji
dawki pochłoniętej obu typów detektorów.
Słowa kluczowe
: termoluminescencja, dozymetria TL, detektor
półprzewodnikowy, zależność temperaturowa
Abstract
The responses of two-dimensional thermoluminescent detec-
tors vs. analogous semiconductor detector were tested due to
the changes of the base temperature. The results were used to
determine the temperature correction factors of the absorbed
doses for both types of detectors.
Key words
: thermoluminescence, TL dosimetry, semiconductor
detector, temperature dependence
Wstęp
Metoda termoluminescencyjna pomiaru dawek promieniowania
jonizującego stała się metodą powszechnie i szeroko stosowaną,
z uwagi na łatwość wykonania odczytów, możliwość wielokrot-
nego użycia detektorów, wysoką czułość i szeroki zakres pomia-
ru dawek [1]. W połowie ubiegłego dziesięciolecia w Instytucie
Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie rozwinięto metodę produkcji
detektorów planarnych dających możliwość prócz pomiaru daw-
ki, zbadania również jej powierzchniowego rozkładu.
Celem niniejszej pracy było zbadanie reakcji dwuwymiarowe-
go detektora termoluminescencyjnego na zmiany temperatury
podłoża oraz porównanie otrzymanych wyników z analogicz-
nymi pomiarami detektorem półprzewodnikowym. W zakresie
temperatur, dla którego przeprowadzono eksperyment, obej-
mującego zmienne temperatury osiągane na skórze pacjenta,
detektory wykazują zmienną czułość. Wartości temperatur
są kwestią indywidualną i wynikają z aktywności fizjologicznej
organizmu, rodzaju i stopnia zaawansowania schorzenia osoby
poddawanej terapii promieniowaniem jonizującym.
Analiza uzyskanych danych może stanowić uzupełnienie pro-
cedur weryfikujących poprawność wykonania planu leczenia
wiązkami zewnętrznymi promieniowania (dozymetria „in vivo”)
o współczynnik temperaturowy, korygujący odczyt dawki po-
chłoniętej w ciele pacjenta.
Materiał i metodyka pomiarów
Wstępne wyniki eksperymentu przedstawione w niniejszej pracy
zebrane zostały za pomocą detektorów planarnych TL oraz detek-
tora półprzewodnikowego. Standardowo w dozymetrii termolu-
minescencyjnej stosuje się detektor w postaci pastylki o średnicy
4,5 mm i grubości 0,9 mm, uformowany na bazie fluorku litu akty-
wowanego magnezem, miedzią i fosforem. Spośród wszystkich
dostępnych materiałów termoluminescencyjnych cieszy się on du-
żymzainteresowaniemz powoduwysokiej czułości oraz szerokiego
zakresu energetycznego. Detektory te charakteryzuje również sze-
roki zakres liniowej odpowiedzi detektora, zatem stosowane są do
pomiarówzarówno niskich, jak i wysokich dawek. Znaczną ich zaletą
jest możliwość wielokrotnego przeprowadzenia pomiaru. W 2005
roku w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie rozpoczęto pro-
dukcję detektorów dwuwymiarowych, zwanych foliami TL. W celu
otrzymania płaskiej folii o właściwościach standardowych detek-
torów na bazie LiF do materiału luminoforu dodawany jest odpo-
wiedni polimer pełniący rolę spoiwa [2]. Do pomiarów wykorzysta-
no folie o wymiarach 30 x 30 mm oraz grubości 1 mm. Pozwalają
ocenić wartość dawki wejściowej, obejmując wycinek powierzchni
ciała pacjenta oraz ewentualne błędy w ułożeniu pacjenta. Rysunek
1 przedstawia zastosowane w eksperymencie detektory.
Rys. 1
Detektor planarny TL (strona lewa) oraz półprzewodnikowy (strona prawa)
Detektorem referencyjnym zwyczajowo wykorzystywanym
w procedurach kontroli jakości w radioterapii jest krzemowy de-
tektor półprzewodnikowy typu
p
. Rejestruje on dawkę wejścio-
wą punktowo w obszarze pola terapeutycznego.
Wszystkie pomiary wykonane zostały, korzystając z promienio-
wania emitowanego z liniowego przyspieszacza elektronów Tru-
eBeam(
VarianMedical Systems
) oenergii 6MeV. Napromienienie folii
TL przebiegało dwuetapowo. W pierwszym etapie każdy detektor
napromieniony został jednakową dawką 2 Gy w celuwyznaczenia in-
dywidualnego współczynnika czułości IRF, definiowanego całkowi-
tym natężeniem światła emitowanego przez detektor na jednostkę
dawki pochłoniętej. Wpraktyce detektory pochodzące z danej partii
produkcyjnej wykazują rozrzut czułości wynikający z różnic w ilości
luminoforu. Po napromienieniu każdego detektora, uzyskany wynik
pomnożony został przez jego indywidualny współczynnik czułości.
Odczytu folii TL dokonano, korzystając ze specjalnego czytni-
ka wyposażonego w ultraczułą kamerę CCD (
Couple Charge Devi-
ce
) posiadającą wystarczającą czułość do rejestracji słabego sy-
gnału TL oraz umożliwiającą wizualizację źródła – detektora TL.
Stosując metody termoluminescencyjne, nie jest możliwe
bezpośrednie otrzymanie wartości dawek promieniowania.
Dlatego też koniecznym było dokonanie kalibracji polegającej
na napromienieniu detektorów znaną dawką, tj. 1,0, 1,5, 2,0, 2,5
oraz 4,0 Gy, a następnie określenie stosunku poszczególnych
wartości dawek do wartości odpowiedzi detektora.
Poniżej na wykresie 1 prezentowane są dane kalibracyjne de-
tektorów:
