Ferroszulfát doziméter
A ferroszulfát doziméter (Frikke doziméter) nagy dózisú ionizáló sugárzás mérésére szolgáló mérőeszköz. Alapja a vas-ion oxidációja a víz radiolízisének termékei által savas vizes oldatban, és ezt követően a képződött vas-ionok koncentrációjának mérése, amely széles tartományban arányos az elnyelt dózissal. Az elnyelt dózis mérése a biológiai szövetek elnyelt dózisához közeli eredményeket ad; A szövetekvivalencia azon a tényen alapul, hogy munkaközegként vizes oldatot használnak.
Az egyik kiviteli alakban a készülék egy átlátszó küvettából áll (hozzávetőleges méretek: átmérő 20 mm , magasság 30 mm ), amelyben vas(II)-szulfát FeSO 4 7H 2 O levegővel telített vizes oldata (koncentráció 1 10 −3 mol ) / l ) kénsav H 2 SO 4 ( 0,4 mol/l , azaz 0,8 n koncentrációjú ) és nátrium -klorid NaCl ( 1 10 −3 mol/l ) hozzáadásával.
Hogyan működik
- Az ionizáló sugárzás hatására a vízmolekulák ionizációja és gerjesztése következik be.
- A víz radiolízise aktív szabad gyökök ·HO 2 és ·OH, valamint hidrogén-peroxid képződéséhez vezet .
- A szabad gyökök kölcsönhatásba lépnek a FeSO 4 -gyel . A kémiai oxidációs reakció eredményeként a Fe 2+ -ionok Fe 3+ -ionokká alakulnak .
- Az oldat színe megváltozik (megváltozik az oldat színét okozó ionok koncentrációja).
A vasionok oxidációja elsősorban a következő három reakció eredményeként megy végbe:
![{\displaystyle {\cdot }\mathrm {HO_{2}} \ {+}\ \mathrm {Fe^{2+}}\ {\xrightarrow[{\qquad }]{}}\ \mathrm {Fe^{ 3+}} \ {+}\ \mathrm {HO_{2}^{-}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/055e3bff9dbe2ba52caa456fd787ab1e6dc67eac)
![{\displaystyle \mathrm {H_{2}O_{2}} \ {+}\ \mathrm {Fe^{2+}} \ {\xrightarrow[{\qquad }]{}}\ \mathrm {Fe^{ 3+)) \ {+}\ \mathrm {OH^{-}} \ {+}\ {\cdot }\mathrm {OH} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/369adc3d3255c61a2bced875ce7f59f8ad322c0a)
![{\displaystyle {\cdot }\mathrm {OH} \ {+}\ \mathrm {Fe^{2+}}\ {\xrightarrow[{\qquad }]{}}\ \mathrm {Fe^{3+} } \ {+}\ \mathrm {OH^{-}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9775c49531d39100d85ce916f8b9d11be5b1ee6f)
A képződött Fe 3+ ionok mennyiségének meghatározása lehetővé teszi 0,5-1000 Gy abszorbeált dózisok mérését (kisebb pontossággal - tágabb 0,1-10 4 Gy tartományban , ahol a detektor lineáris válasza nem garantált).
Mérés és átszámítás elnyelt dózisra
A Fe 3+ -ionok koncentrációjának mérése a küvetta besugárzása után spektrofotométeren történik , általában λ = 304 nm hullámhosszon. Miután meghatároztuk az oldat optikai sűrűségét D = ln( I / I 0 ) a nem besugárzott dózismérőhöz viszonyítva, és ismerve az l optikai út hosszát, kiszámíthatjuk az oldatban lévő Fe 3+ -ionok moláris koncentrációját , amely egyenlő nak nek
ahol μ (Fe 3+ ) \u003d 2095 l / (mol cm) a Fe 3+ ionok moláris extinkciós együtthatója 304 nm hullámhosszon (lásd Bouguer-Lambert-Beer törvény ).
Ezenkívül a Fe 3+ -ionok koncentrációja NMR spektroszkópiával mérhető .
Az elnyelt dózist bármely kémiai dózismérőben, beleértve a Fricke-dózismérőt is, az oldatsűrűség ρ (kg/l) ismert értékei és az M hatóanyag moláris koncentrációja (mol/l) a következő képlettel számítják ki: [1]
D mély (Gy) = 9,65 10 6 M /( G ρ) ,ahol a G együttható az úgynevezett sugárzási-kémiai hozam , azaz a hatóanyag reagált molekuláinak (atomok, ionok) átlagos száma az oldat által elnyelt ionizáló sugárzás energiájának 100 eV-jára vonatkoztatva. A 0,3 MeV feletti energiájú gamma kvantumokkal besugárzott doziméter fenti összetételére a G sugárzási-kémiai hozam 15,6. 5,7 keV átlagos energiájú béta- sugárzásnál G = 12,9 (feltéve, hogy a radioaktív anyagot közvetlenül a dózismérő oldatba vezetik, ellenkező esetben figyelembe kell venni a lágy béta-sugárzás abszorpcióját a forrásban és a sejtfalban ). 660 MeV energiájú protonsugár esetén G = 16,9 .
A termikus neutronfluxus mérése
A Fricke-dózismérő, némi módosítással, a termikus neutronfluxussűrűség mérésére használható . Ebből a célból lítiumot (például lítium-szulfát formájában ) vagy bórt (például bórsav H 3 BO 3 formájában ) adunk a doziméter munkaoldatához . A termikus neutronok lítium-6 atommag általi befogása 6 Li( n , α ) T reakcióhoz vezet (a teljes befogási keresztmetszet 71 barn ). A reakció során képződő alfa-részecske és triton ( tríciummag ) 4,66 MeV összkinetikai energiával sugárzás-kémiai hatást fejt ki a vízmolekulákra, és végső soron a vasionokra. A bór esetében a bór-10 atommag lép be a reakcióba: 10 V( n , α ) 7 Li (a teljes termikus neutronbefogási keresztmetszet 740 barn). A reakció eredményeként egy alfa részecske és egy lítium-7 atommag keletkezik, amelyek 2,33 MeV kinetikai energiát hordoznak . Az elnyelt dózis további méréseit és számításait a fenti esetekhez hasonlóan végezzük, azzal a különbséggel, hogy a G (Fe 3+ ) sugárzási kémiai hozam lítium esetén 5,4 ± 0,3 ion / 100 eV , lítium esetén 4,15 ± 0, 1 ion/100 eV a bór esetében. Az elnyelt dózisteljesítmény (a mért abszorbeált dózis és az expozíciós idő aránya) Pab Gy /s-ban kifejezett meghatározása után a képletekkel meghatározható az f termikus neutronfluxus sűrűség (cm -1 s -1 ).
f \ u003d 3,21 10 10 P elnyelt / M Li , f \ u003d 6,16 10 9 P elnyelt / M V ,ahol M Li és M B a lítium és a bór moláris koncentrációja (mol/l).
Történelem
A ferroszulfát dozimetriát 1927-ben fejlesztette ki Hugo Fricke és Stern Morse [2] [3] .
A módszert a Nemzetközi Sugárzási Egységek és Mérések Bizottsága ajánlja [4] .
Irodalom
- Schreiner LJ. A Fricke gél-dózismérők áttekintése // Journal of Physics: Conference Series. - 2004. - 20. évf. 3. - P. 9-21.
- Protokoll a nagyenergiájú foton- és elektronsugarakból elnyelt dózis meghatározásához // Med. Phys. - 1983. - T. 10 (6) . - S. 741-771 .
- Vlaszov V.K. Dozimetria // Kémiai Enciklopédia : 5 kötetben / Ch. szerk. I. L. Knunyants . - M .: Szovjet Enciklopédia , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 114-115. — 671 p. — 100.000 példány. — ISBN 5-85270-035-5 .
Jegyzetek
- ↑ A képletben szereplő konstans numerikusan egyenlő 100 Faraday-állandóval , vagy az Avogadro-szám és a joule elektronvolthoz viszonyított arányának szorzata 1,602 10 −19 és 100 eV (mivel ez utóbbi érték szerepel a sugárzás definíciójában -kémiai hozam).
- ↑ Fricke H, Morse S. A roentgén sugarak kémiai hatása híg ferroszulfát oldatokra mint dózis mértéke // American Journal of Roentgenology, Radium Therapy, and Nuclear Medicine. - 1927. - 1. évf. 18. - P. 430-432.
- ↑ Fricke H, Hart EJ (1955) Radiation Dosimetry, New York, NY EUA: Academic Press, 2. kötet, Chemical Dosimetry fejezet. 167-239. oldal.
- ↑ ICRU No 35 (1984) Sugárzási dozimetria: 1 és 50 MeV közötti energiájú elektronsugarak. Műszaki jelentés, Nemzetközi Sugárzási Egységek és Mérések Bizottság (ICRU).