Ny mätteknik för radiologiska och nukleära katastrofoch olyckssituationer 1) Kiseldiod för dosmätning i katastrofsituationer En ny typ av direktvisande dosimeter 2) Utveckling av utrustning för direkt mätning av 90 Sr/ 90 Y i fält Sören Mattsson Medicinsk strålningsfysik, Institutionen för kliniska vetenskaper Malmö, Lunds universitet Skånes universitetssjukhus Malmö Strålsäkerhetsmyndigheten Forskningsdagar 24-25 oktober 2013 Stockholm City Conference Center
med tack till Lars Herrnsdorf, Ünal Ören, Göran Thungström, Marcus Persson, Daniel Krona, Karl Östlund, Christian Bernhardsson, Christopher Rääf, m.fl.
Varför? 1. Behov av en direktvisande dosimeter för katastrof- och olyckssituationer att användas av: A. poliser B. brandmän C. militärer D. strålskyddare E. kärnkraftsfolk F. sjukvårdsanställda 2. En känsligare variant för övningssituationer så man inte behöver använda alltför starka strålkällor
Idé: Att utnyttja och bygga vidare på en dosimeter som utvecklats för att kontrollera CT-utrustningar Si-diod 2 x 2 x 0,3 mm 3 Punktdosdetektor 1,2 mm 3 aktiv volym Mittuniversitetet, Sundsvall och RTI, Mölndal
Dosimeter i glasögonklämma kan också sättas på kläder, distansutrustning, m.m. Dos/dosratsindikatorer (LEDs) på båda sidor om glasögonen för bäraren själv och för kollegerna. Kontinuerligt blinkande (prop mot dosraten) grönt ljus Doslarm gult och rött ljus Punktdosimetrar, 1,2 mm 3 Clas Ohlson, 34-1011-2, 69 kr
Plana större diod-dosimetrar (BPW34) 2, 4 eller 6 stycken vardera med en yta på 7,5 mm 2 Solceller
Montering på kretskort som är tunt, samt elektriskt och mekaniskt robust PCB (Printed Circuit Board) A prototype circuit was first made on an IDL 800 Lab board The work ended up with a two layer thin PCB flex card manufacturing documentation that should be able to fit on the existing clamp on device.
Elektrometer design Principal diagram of the electrometer with radiation detector. Binary counter The operational amplifier integrate the detector generated current to a charge Q = C x V out where V out is set to 2V and C is chosen. The electrometer reset itself, count the reset pulse in a counter The procedure continues until a preset number of pulses are reached.
Prestanda Hanterar doser upp till flera Gy med en upplösning på 0,2 mgy och med larm vid t.ex. 25, 50 och 75 mgy. Larmnivåerna kan väljas Dosmätaren har tre larmnivåer 50% (gul lysdiod blinkar), 100% (röd lysdiod blinkar och 150% (både gula och röda lysdioder blinkar) baserad på vald max dosgräns.
Strömförsörjning Solceller Laddningsregulator Cymbet EnerChip CBC 3150 Uppladdningsbart litiumbatteri, som kan lagra 8mAh. Detta gör att dosmätaren kan fungera i en mörk omgivning under mer än 100 timmar.
Provning av ett monterat PCB i en praktiskt liknande situation Ett PCB-kort som inte vikts. Möjligt att se hur användargränssnittet fungerar när vi bestrålar dosmätaren. På bilden kan man se att det första ½ max dos larmet har aktiverats (Två lysdioder till höger, varav en i färdigt skick innanför glasen (lägre) nära ögat och den andra på framsidan (övre). Ljus och elektrisk skärmning behöver förbättras. Ovikt dosimeter på ett huvudfantom (video)
Sammanfattning Direktvisande dosimeter för akutsituationer Vi har nu en fungerande liten dosimeter som är självförsörjande med energi och som kan mäta dosrater och doser Kalibreras för olika strålkvaliteter Elektrometerkänslighet och varningsnivåer fixeras Testas i fält System för fjärravläsning av dosimetern (skulle kunna göras av t ex räddningsledare och strålskyddsexperter). Test av möjligheten att designa utrustningen så att den kan användas för mätning av -strålare på hud, och i sår
Direktmätning av 90 Sr/ 90 Y i nedfall T = 28,5 år T = 64 tim
Nuklid t ½ Beta Energi (MeV) 85 Kr 10.701 y 0.672 89 Sr 50.55 d 1.488 90 Sr 28.82 y 0.546 90 Y 64.06 h 2.288 95 Zr 63.98 d 0.396 (55%) 95 Nb 34.97 d 0.1597 99m Tc 6.007 h x 99 Mo 66 h 1.214 0.450 0.840 0.225 (91%) 0.117 0.725 103 Ru 39.35 d 106 Ru 366,5 d 0.0392 0.360 (43%) 0.885 (2%) 106 Rh 29.80 s 3.53 (68%) 3.1 (11%) 2.44 (12%) 2.0 (3%) 129m Te 33.52 d 1.595 0.910 131 I 8.04 d 0.6065 (86%) 0.336 (13%) 132 I 2.2846 h 1.218 (24%) 1.609 (21%) 0.802 (21%) 2.156 (18%) 132 Te 78.2 h 0.215 133 Xe 5.245 d 0.346 133 I 20.9 h 1.27 0.94 0.7 0.6580 0.089 134 Cs 2.062 y (70%) (27%) 0.415 (3%) 0.341 136 Cs 13.00 d (92%) 0.657 0.437 (48%) 0.332 0.393 0.713 0.654 239 Np 2.346 d 140 Ba 12.789 d 1.020 0.830 0.590 0.460 1.365 1.150 1.680 140 La 40.27 h (46%) (19%) (18%) 0.444 141 Ce 32.55 d (70%) 0.582 (30%) 0.3156 144Ce 284.5 d (75%) 0.160 0.258 241 Pu 14.3557 y 0.0208 242 Pu 376300 y x 238 Pu 87.71 y x 239 Pu 24131 y x 240 Pu 6570 y x 1.037 (15%) 2.92 (0.03%) 1.150 (19%) 2.164 (8%) 0.510 (5%) Ev. störningar av ß-spektrum från artificiellt producerade radionuklider
Mätmetoder A. Plastscintillator med tunt Al-fönster (16µm) B. Platta med optiska fibrer dopade med scintillerande material
A. Plastscintillator med tunt Al-fönster (16µm) PM-rör Al 16 µm PMMA, 9 mm (12, 6, 3 mm) NE 102A, 12 mm (9, 6, 3 mm) 100 mm
1 21 41 61 81 101 121 141 161 Intensitet [# counts] 1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281 301 321 341 361 381 401 421 441 461 481 Intensitet [# counts] 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 90 Sr/ 90 Y 90 Sr (E max =0,546 MeV) 90 Y (E max = 2,288 MeV) Kanalnummer 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 137 Cs Bakgrund Kanalnummer
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265 289 313 Intensitet [# counts] Intensitet [# counts] 1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281 301 321 341 361 381 401 421 441 461 481 1 30 59 88 117 146 175 Intensitet [# counts] Intensitet [# counts] 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 134 Cs Kanalnummer Kanalnummer 1000000 3000 900000 800000 700000 600000 500000 131 I 2500 2000 1500 40 K (K 2 HPO 4 ) 400000 300000 200000 100000 0 1Kanalnummer 3467 1000 500 0 Kanalnummer
Vilka 90 Sr/ 90 Y-nivåer kan man mäta? Minsta detekterbara ytdeposition: 250 Bq/m 2 (prel.), 10 minuters mättid. Dagens 90 Sr/ 90 Y-deposition: 1 200 Bq/m 2 Ev störningar från 238 U?
1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281 301 321 341 361 381 401 421 441 461 481 Intensitet [# counts] 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 Kanalnummer Tack för att Ni lyssnade! soren.mattsson@med.lu.se
B Platta med optiska fibrer A J Schilk, K H Abel, D P Brown, R C Thompson, M A Knopf, C W Hubbard. Selective, high-energy beta scintillation sensor for real-time, in situ characterization of uranium-238 and strontium-90. J Radioanal Nucl Chem 193 (1), 107-111 (1995)
BetaScint, a fiber optic sensor, is an innovative technology to detect short-lived radioisotope daughters of 238 U and 90 Sr, two of the most prevalent contaminants left over from nuclear power generation and weapons development. Courtesy of Pacific Northwest National Lab..
C. Cherenkov-ljus i vatten Högenergetiska laddade partiklar ( elektroner över ~ 260 kev i vatten) som passerar optiskt transparenta material med ett brytningsindex större än 1 producerar Cerenkovljus i en kon centrerad längs riktningen av partikelns bana. Eftersom vattnet är transparent för Cerenkov ljus och kan lätt begränsas till en känd volym, ger mätning av Cerenkov ljus en enkel teknik för att mäta 90 Y i vatten Majoriteten av 90 Sr sönderfall kommer inte att ge Cerenkov ljus eftersom deras energi kommer att ligga under ~ 260 - kev tröskeln. Däremot är 90 Y en flitig producent av Cerenkov ljus, på grund av dess högre genomsnittlig beta-energi. RC Runkle, RL Brodzinski, DV Jordan, J S Hartman, WK Hensley, MA Maynard, WA Sliger, JE Smart, LC Todd. Cerenkov Counter for In-Situ Groundwater Monitoring of 90 Sr Sensors 2005, 5, 51-60
Vilka 90 Sr-nivåer kan man mäta med de olika teknikerna? A. 250 Bq/m 2 (prel.), 10 minuter. B. 0,04 Bq/g (jord) med 5 minuters mättid Översta 5 cm av jorden: 70-400 Bq/kg Dagens deposition: 1 200 Bq/m 2