دستگاههای اندازه گیری اشعه:
اطاق یونیزاسیون با هوای آزاد
پس از کارهای مقدماتی بسیار بهنگن به سال1928 اطاق یونیزاسیون با هوای آزاد را معرفی کرد و بدین وسیله توانست برای اولین بار سنجش دقیقی از مقدار یونیزاسیون در جرم معینی از هوا را انجام دهد بدین ترتیب دخالت الکترونهای ثانوی کندشده از جدار را که در سایر اطاق های یونیزاسیون وجود دارد حذف کرد این اطاق یونیزاسیون در آزمایشگاههای ملی اکثر ممالک به عنوان نخستین نمونه اطاق های یونیزاسیون تلقی شده و از آن به عنوان مقیاس اولیه استفاده می شود.
اطاق های کوچکتر یونیزاسیون به عنوان مقیاس ثانویه مورد استفاده قرار می گیرد و به وسیله ی آنها مدرج می شود.
اطاق های اولیه یونیزاسیون مقیاس
اصول کار یک اطاق یونیزاسیون با هوای آزاد را می توان به بهترین وجهی با استفاده از شکل اطاق مقیاس اولیه که در (اداره ملی استانداردها) در واشنگتنD.C. مورد استفاده قرار گرفته اند توصیف نمود.
دسته های باریک اشعه ایکس XR از طریق دیافراگم P وارد اطاق فلزی (با ابعاد تقریباًسانتی
متر) شده و از آن عبور می کند. در داخل اطاق و در بالای دسته های اشعه ایکس و در فاصله ای از آنها ،الکترود فلزی سطح H تعبیه شده است که نسبت به پتانسیل زمین دارای پتانسیل منفی زیاد است. یون های مثبتی که از تابش اشعه در هوا تولید می گردند. جذب الکترود منفی شوند. به همان فاصله نهایت تحتانی دسته های اشعه ، یک صفحه جمع کننده یونCاست که از طریق الکترود مترE به زمین است این صفحه جمع کننده نسبت به الکترود منفیH دارای بار مثبت بوده و در نتیجه یون های منفی تولید شده در حجم ها شور زده هوا جذب این الکترود مثبت می شوند. و سپس بوسیله ی پتانسیل زمین تخلیه می شوند و می توان در واحد الکتروستاتیک اندازه گرفت. در دو طرف الکترود جمع کننده و در مجاورت آن دو صفحه محافظ G و متصل به زمین قرار دارد.
اگر پتانسیل این صفحات محافظ و الکترودهای جمع کننده یکسان باشد،امتداد نیروهای جاذب یون های حاصل از تابش دسته های اشعه ایکس عمود بر صفحات خواهد بود.فقط یون های حجم ها شور زده هوای مورد سنجش به طرف صفحه جمع کننده می روند.
یون هایی که در خارج این حجم تشکیل شده اند صفحات محافظ می شوند و بالاخره به منظور بر قراری یک افت پتانسیل ثابت بین الکترود پرولتاژH و محافظ و الکترودهای تجمع کننده، از یک سری سیم های محافظ استفاده می گردد که پتانسیل آنها به کمک یک تقسیم کنده پتانسیل پرمقاومت همواره در حد معین و به درجات مساوی باقی می ماند. این سیم مانع ایجاد تحدب خطوط میدان الکتریکی در دو انتهای اطاق می شود.نصب سیم های محافظ سبب کوتاهتر شدن فاصله بین دیافراگم و الکترود جمع کننده می شود حجم هوائی که یون های آزاد شده در آن جمع آوری می شود با هاشور مشخص شده که می توان مقدار آن را مستقیماً با دانستن دیافراگم P و صفحه جمع کنندهC تعیین می شود. برای تعیین این حجم فعال هوا، معمولاً از روش های غیرمستقیم استفاده می شود.
برای حصول اطمینان از استفاده کامل عبور دسته های اشعه ایکس از اطاق یونیزاسیون دو شرط باید مراعات شود:
1- فاصله بین الکترودهای C وH می بایست آن قدر باشد که الکترون ها قبل از اصابت به صفحات بتوانند کل انرژی خود را صرف یونیزاسیون کنند.برای دسته های باریک(قطر دیافراگم محدودکننده آن تقریباً8 میلی متر است)اشعه ایکسی که با ولتاژ200 کیلوولت تولید می شود تا12 سانتی متر فاصله بین این صفحات کافی به نظر می رسد. با افزایش ولتاژ تولیدکننده اشعه ایکس، این فاصله نیز افزایش می یابد تا اینکه برای اشعه ایکسی با ولتاژ 500 کیلو ولت می گردد برابر با 75 سانتی متر و برای اشعه گامای رادیوم برابر 350 سانتی متر می گردد.
به منظور تقلیل اثرات ثانویه الکترودها و دیواره های اطاق به حداقل ممکن ، غالباً صفحات مزبور را از فلزی با عدد اتمی پائین مانند کربن یا آلومینیوم می سازند. بنابراین هرگونه اشعه تابشی که از اصابت اشعه ی ثانوی دسته های اصلی به صفحات حاصل شوند آن قدر کم انرژی است که قبل از اینکه قادر به تولید تعداد قابل ملاحظه یون در حجم هوای مورد اندازه گیری گردند به سرعت جذب می گردد.
2- باید توجه شود که اختلاف پتانسیل بین الکترودهای C وH باید به حد کافی زیاد باشد که جریان اشباع بین آنها برقرار شود، یعنی تمام یون ها به محض تولید به طرف الکترودها جذب شوند.برای غالب شدت های مختل دسته های اشعه ایکس که در حرفه پرتو شناسی مصرف می شوند. مانند حالتی که از دستگاه های مدرن مولد اشعه نرم با پنجره ای از جنس بریلیوم یا بعضی از دستگاه های مدرن مولد اشعه ایکس تشخیصی استفاده می شود ممکن است دانستیه ی یونی تا چند صد برابر افزایش یابد ممکن است مقدار اندازه گیری شده اشعه مفروض کمتر از مقدار واقعی آن باشد. برای جلوگیری از بروز این مشکل ، می توان دسته های اشعه را باریک و قطر آن را کوچک حتی به اندازه نیم میلی متر انتخاب نمود.تا بدین ترتیب میدان الکتریکی با قدرت متوسط بتواند کلیه یون ها را قبل از ترکیب مجدداً آنها را جذب صفحات خود کنند.
اطاق یونیزاسیون با میدان محافظ موازی.c صفحه جمع کننده یون؛P ،دیافراگم؛E به سمت الکترومتر؛GوG صفحات محافظ؛،اشعه نرم؛H،صفحه سطح؛Dدیافراگم؛اشعه ایکسسیم های محافظ(اداره محلی استاندارد)
بنابراین در (اداره استانداردها)اطاق یونیزاسیون از همان نوع ولی تا حدودی بزرگتر ساخته شده تا بتوان پرتوهای ایکسی که با ولتاژ350 کیلوولت و در فشار یک اتمسفر تولید می گردند اندازه گیری نمود. در ولتاژهای بیشتر این اطاق را درون یک استوانه ی پرفشار که می توان آن را از هوای خشک تا فشار 150 پوند بر اینچ پرنمود قرار دهند.
برای اندازه گیری جریان یونیزاسیون اطاق های مقیاس اولیه و اطاق های مقیاس ثانویه دو روش اصلی وجود دارد. اندازه گیری جریان های بسیار ضعیف بوسیله ی الکترومتر رشته ی امکان پذیر است. این الکترومتر شامل یک صفحه ی فلزی کاملاً عایق بندی شده و یک رشته هادی بسیار ظریف است که این رشته بوسیله ی یک حلقه کوارتز به نحوی کشیده می شود که کاملاً به موازات صفحه ی فلزی قرار گیرد. چنانچه این الکترومتر باردار گردد رشته متصل به حلقه ی کوارتز از صفحه دفع شده و در نتیجه این رشته انحناء پیدا کرده و از صفحه دور می شود، با تابش و نتیجتاً تخلیه بار الکتریکی این رشته به سمت محل اولیه خود باز می گردد. میزان حرکت این رشته مبین مقدار شدت جریانی است که از دستگاه الکترومتر می گذرد.
در روش دیگر اندازه گیری، در حالی که اطاق یونیزاسیون به طور متوالی به یک گالوامتر بسیار حساس یا الکترومتر الکترونیکی متصل است در معرض تابش اشعه قرار می گیرد. بدین وسیله میزان یونیزاسیون در هر لحظه ، یا جریان یونیزاسیون اندازه گیری می شود.
کنتورهای گایگر-مولر
کنتورهای گایگر-مولر یک نوع خاص از دستگاه یونیزاسیون است. در اطاق های یونیزاسیون معمولی اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود فقط تا حدی باید انتخاب گردد که بتواند کلیه یونهائی که به سبب تابش اشعه تولید می شوند در الکترودهای مناسب جمع نماید. در حالی که در کنتور گایگر این پتانسیل انقدر است که در صورت تولید جفت یون ،الکترون با آن چنان انرژی به سمت الکترود مثبت جذب می گردد که می تواند جفت یون های زیادی تولید کرده و آنها نیز به نوبه ی خود یون های بیشتری تولید می کنند.
واحدها
واحد دوز اشعه در پرتو درمانی راد است گرچه در گذشته دوز درمانی بر حسب رونتگن بیان گردیده ولی کمیته ی بین المللی پرتوها و واحدها ، واحد ( راد ) را پیشنهاد نمود و در آن به بعد استفاده بین المللی پیدا کرد.
برای محاسبه ی دوز جذب بر حسب راد کافی است که دوز تابش بر حسب رونتگن را در ضریب ضرب نمود. برای پرتوهای ایکس کم انرژی ضرایب دیگری ممکن است مورد لزوم باشد.معمولاً شدت اشعه بر حسب راد در دقیقه یا رونتگن در دقیقه بیان می گردد.کیفیت اشعه معمولاً با بیان مقدار HVL و کیلوولت برای اشعه ایکس با انرژی کمتر از 2 میلیون ولت و به سادگی با ذکر (کبالت-60) در تله تراپی با کبالت-60 و ذکر میلیون ولت برای دسته های اشعه ایکس با انرژی بیشتر از2 میلیون ولت مشخص می گردد.
واحد دوز اشعه ایکس
پدیده ی یون سازی عامل اصلی تاثیرات بیولوژیکی اشعه ایکس می باشد و این عمل در نتیجه ی جذب اشعه در هوا یا بافت های بدن انجام می شود واحد دوز بین المللی دوز اشعه را از روی این خاصیت یعنی تولید یون در هوا تعریف کرده اند این واحد رونتگن نام داردو تعریف آن چنین است:
رونتگن مقدار اشعه ایست که نتیجه ی جذب آن در یک سانتی متر مکعب هوا متعارفی تولید یک واحد الکتروستاتیک بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد، به عبارت دیگر بار الکتریکی یونهای مثبت یا منفی حاصل از جذب آن در یک سانتی متر مکعب هوا مساوی با کولن می باشد.
رونتگن را با علامت اختصاری R نشان می دهند.
ضریب جذب بافت های بدن با هوا کاملاً مساوی نیست و مخصوصاً این عدم تساوی برای اشعه پر انرژی محسوس تر می باشد. به همین جهت کنگره ی بین المللی رادیولوژی در سال1953 واحدی به مبنای دوز بیولوژیکی اختیار کرده که نام آن راد است.(Rad)
راد مقدار اشعه ی است که انرژی جذب شده ی آن در یک گرم از ماده ی مورد تابش مساوی با صدارگ می باشد.
اندازه گیری اشعه ایکس
قابلیت نفوذ اشعهx با انرژی فوتونها یا به عبارت دیگر با طول موج آنها بستگی دارد در مصارف تشخیصی و درمانی لازم می شود که حدود طول موج می نیمم و طول موج مربوط به شدت ماکزیممرا بدانیم و همچنین از قابلیت نفوذ متوسط اشعه قبلاً اطلاع حاصل کنیم.
اندازه گیری کمی اشعه یا دوزیمتری
در سنجش مقدار اشعه ای که به بدن یا ماده ای می تابد اندازه گیری کمی اشعه اهمیت زیادی دارد زیرا در موارد درمانی و همچنین درباره ی حفاظت کارمندان باید مقدار اشعه ای که در حجم معینی از بدن جذب می شود دقیقاً معلوم گردد این سنجش را اصطلاحاً دوزیمتری می نامند.
نمایی از دستگاه پرتو نگاری
منابع:
1- مبانی فیزیکی رادیولوژی
تالیف گودوین – کوایمبی- مورگان
2- اشعه ایکس ترجمه محمود اسراری
3- اشعه ایکس و رادیو اکتیویته ترجمه دکتر ابوالفضل رسولی و دکتر گلبان مقدم
4- طیف سنجی پرتو ایکس
تالیف ران جنکینز ترجمه سید علی هاشمی
5- آشکار سازی و آشکارسازهای پرتوها
تالیف دکتر محمد رضا حمیدیان
6- آزمون های غیر مخرب
تالیف بری هال- ورنون جان