Fondamenti di Dosimetria   UNIVERSITÀ CATTOLICA FACOLTA DI MEDICINA E CHIRURGIA “SCUOLA DI SPECIALIZZAZIONE IN FISICA SANITARIA” Fondamenti di Dosimetria Luca Grimaldi Alberto Panese

La dosimetria ha a che fare con la misura della dose assorbita o il rateo di dose, che risultano dall’interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia. Un dosimetro può essere definito come un dispositivo in grado di fornire una risposta che è la misura della dose assorbita depositata nel suo volume sensibile.

Le pareti svolgono diverse funzioni: W Un dosimetro può essere trattato in termini di teoria della cavità (gas, liquido o solido). Le pareti svolgono diverse funzioni: sono sorgenti di e- che rilasciano dose in V e fanno in modo che ci siano CPE o TCPE schermano V dalle particelle create fuori dalle pareti proteggono V da eventuali danni meccanici, polvere, umidità, luce,… fanno da contenitore al mezzo g (gas, liquido, polvere) contengono filtri di radiazione che modificano la dipendenza dall’energia del dosimetro

Dalla reading r otteniamo la Dg e se stiamo in CPE (cioè V è piccolo e non perturba il campo di radiazioni) allora da B-G conosciamo Dw t r g V W e ci possiamo ricavare la fluenza: dalla:

mezzo X L’importanza delle CPE o TCPE: g V W L’importanza delle CPE o TCPE: in un altro mezzo di materiale X che rimpiazzi il dosimetro con la stesso campo di fluenza: [1] mezzo X

per fotoni di energia h >1 MeV al posto delle CPE valgono le TPCE: bisogna valutare il rapporto: che fino a qualche decina di MeV il parametro  è ~ 1 e non dipende dal numero atomico Z e possiamo usare ancora l’espressione [1]

Media Matching (accoppiamento di materiali) Il parametro più ovvio di confronto è la composizione atomica, ma anche la densità influenza il rapporto dei poteri frenanti. Se per irraggiamenti omogenei si ha: w  g Se allora la dose sarà: w = g  x

La teoria della cavità è lo strumento che permette di confrontare i dosimetri al mezzo di interesse perché permette a w di differire da g. Cercare di rendere g simile a x è generalmente più difficile. x

Per un dosimetro omogeneo w  g t r g V W x Per un dosimetro omogeneo si ha stessa composizione atomica Per un dosimetro omogeneo si ha una notevole semplificazione dell’espressione di Burlin (indipendenza dal parametro d)

una condizione meno stringente è: e dalla Burlin ora Dg=n Dw anche ora abbiamo l’indipendenza dal parametro d

considerando due dosimetri con pareti w1 e w2 che contengano lo stesso gas e che rispondano alle due condizioni precedenti: da cui

w ≠ g e w  x se d=1 (V sensibile molto piccolo) se d  0 (V sensibile grande) se 0 < d < 1 Burlin completa

Attenuazione per la radiazione g V W Attenuazione per la radiazione fattore moltiplicativo della reading per determinare la dose in acqua al centro del dosimetro (correzione per differenza di attenuazione)

Caratteristiche Generali dei Dosimetri Assolutezza Dosimetri Calorimetrici Camere a Ionizzazione Dosimetri Fricke (solfato ferroso) misura diretta del calore coeff. di conversione W coeff. di conversione G Precisione Capacità di fornire sempre le stesse risposte a parità di sollecitazione (generalmente espressa in σ) Accuratezza Capacità di misurare un valore uguale al “valore vero”

se costante risposta lineare se non lineare curva di calibrazione Dose Range Dose sensitivity: se costante risposta lineare se non lineare curva di calibrazione Limite inferiore: tener conto del background Solitamente una manifestazione del limite superiore è dato dal fatto che dr su dg medio, possa assumere valore zero “costante” o negativo il che equivale ad una decrescita della dose sensitivity, assumendo quindi un valore inaccetabile. Potrò quindi dedurre da questo fatto di essere andato fuori dal dose range. r = r0+rb Limite superiore: fondo scala

Dosimetri a integrazione: Dose-Rate Range Dosimetri a integrazione: normalmente non vi è un limite inferiore al dose rate limite superiore (es. ricombinazione ionica) Dose Rate Misuratore è conveniente che la lettura r sia  a Nel caso delle camera a ionizzazione quindi perdo la possibilità di misurare gli ioni prodotti a causa della ricombinazione. Limitando la capacità di lettura del dosimetro stesso. se ad esempio due o più eventi sono troppo vicini il dosimetro può non riuscire a discriminarli andando quindi in saturazione due eventi troppo vicini

Prima dell’irragiamento: Stabilità Prima dell’irragiamento: Tener conto della: Temperatura Pressione Umidità Luce Dopo l’irragiamento: Dosimetri tipo TLD o chimici sono in generale più suscetibili delle camere a ionizzazione. Gruppo A mostra una instabilità di postirradiazione, gruppo B mostra una misura di preirradiazione. Tener conto degli stessi fattori di sopra per i dosimetri che conservano l’informazione (es.TLD, Gaf-chromic)

Dipendenza dall’energia In generale la dipendenza dall’energia di un dosimetro non è altro che la dipendenza della sua lettura r, per unità di quantità da misurare; ad una data energia. La figura a mostra la lettura di un dosimetro immaginario di una data quantità j a varie energie…

Qui la dipendenza dall’energia è normalizzata per il cobalto 60 per dosimetri aventi z > di z air o z < di z air. In ordinata viene riportata la sensitivity relativa, si nota poi che l’effetto fotoelettrico si pronuncia sotto ‘,1 MeV sino a raggiungere il suo massimo tra 30 e 50 keV per poi decrescere a causa dell’attenuazione causata dal dosimetro stesso. La curva tratteggiata mostra un dosimetro aria equivalente la sua lettura diminuisce per basse energie dei fotoni.

Qui la dose assorbita è in acqua, normalizzata poi al cobalto 60 Qui la dose assorbita è in acqua, normalizzata poi al cobalto 60. la figura mostra la dipendenza da 1.25 a 50 MeV si nota inoltre che superati i 10 MeV si ha un aumento di dose dovuto alla creazione di coppie.

Modifica della dipendenza dall’energia Effetto fotoelettrico causa una sovrarisposta

e-μt 100 KeV fascio stretto t spessore per l’attenuazione Maushart and Piesch 1967 es: a 40 KeV pratico dei fori in modo da riadeguare la risposta 100 KeV potrei dover riadeguare lo spessore t per avere un risposta adeguato nel range 40  100 keV