The Medical Radiation Engineering
Nuclear for peace...
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : مهدی
مطالب اخیر
آرشیو وبلاگ
نویسندگان
شنبه 17 مرداد 1394 :: نویسنده : Amir

دزیمتری با کالریمتر

دوزیمتری پرتو توسط کالریمتر
دوز جذب می تواند مستقیماً با مشاهده آثار حرارتی ایجاد شده توسط پرتو یونیزان در ماده مورد نظر اندازه گیری شود . ولی در عمل مشکلات زیادی وجود دارد . اولین بار ( 1929 ) Stahel سعی کرد انرژی جذب شده در واحد حجم آب ، هنگامی که در معرض فوتونهای پرانرژی قرار دارند را با استفاده از ترکیبی از کالریمتر و یک اتاقک یونیزاسیون پرازآب اندازه گیری نماید . نتایج این اندازه گیری دقیق نبود .ولی در 1956 از یک کالریمتر برای اندازه گیری دوز جذب در جرم کم از ماده به طور موفقیت آمیز استفاده شد . اصولاً کالریمتر یک روش اساسی اندازه گیری دوز جذب است ، ولی غیر حساس بوده و معمولاً نیاز به وسائل پیچیده ای دارد ، به آسانی قابل حمل نبوده و به طور تجاری در دسترس نمی باشد ، به کندی عمل نموده و از زمانی که برای اندازه گیری تنظیم می شود مدتی طول می کشد تا به پایداری حرارتی برسد . در نتیجه کالریمتر معمولاً برای کارهای استاندارد و یا کاربردهای تحقیقاتی محدود می شود .
کالریمترها از نظر اندازه گیری به دو نوع هم دما ( ایزوترم ) و غیر هم دما تقسیم می شوند . کالریمترهای هم دما ، مانند کالریمتر یخی ، تغییرات فازی در یک درجه حرارت مشخص را که در اثر جذب انرژی به وجود می آید ، اندازه گیری می نمایند . حال آنکه کالریمترهای غیر هم دما مقدار انرژی جذب شده را توسط تغییرات درجه حرارت اندازه گیری نموده ، و معمولاً به دو صورت با درجه حرارت محیط ثابت و بی دررو ( آدیاباتیک ) مورد استفاده قرار می گیرند .
اندازه گیری دوز جذب پرتو معمولاً توسط یک سیستم مناسب غیر هم دما که از اصول هر دو روش آن استفاده نموده و کالریمترهای شبه بی دررو نامیده می شود ، انجام می گردد .
کالریمترهای هم دما :
از دیر باز برای اندازه گیری فرآیندهای حرارتی طولانی مدت استفاده می شده است . مخلوط آب و یخ جدا شده از محیط اطراف ، قادر است درجه حرارت ثابت و تکرارناپذیری تا حدود ˚C4-10 را ایجاد نماید . در این گونه کالریمترها ماده جاذب انرژی مخلوط آب و یخ بوده که عملاً هیچگونه تبادل انرژی با پوشش آب_یخ اطراف آن نداشته و با جذب انرژی تغییراتی در حجم یخ کالریمتر در اثر تغییر فاز یخ به آب به وجود می آید . بنابراین چنانچه آب و یخ در تعادل ترمودینامیکی باشند ، مقدار یخی که تغییر فاز می دهد متناسب با انرژی توزیع شده در ماده جاذب است . این نوع کالریمترها در اندازه گیری های میکروکالیمتری( برای اندازه گیری اشعه ) مناسب نیستند .
کالریمترهای غیر هم دما :
الف _ با توجه حرارت محیط ثابت : در این نوع کالریمترها ماده جاذب انرژی در پوششی با درجه حرارت ثابت و یکنواخت محصور بوده و معمولاً از آن برای اندازه گیری فرآیندهای حرارتی کوتاه مدت ، خصوصاً با تندی ثابت استفاده می شود . مزیت این کالریمترها در این است که انرژی مبادله شده توسط جاذب کالریمتر با پوشش توسط قوانین شار انرژی قابل محاسبه و اصلاح است . برای پوشش درجه حرارت ثابت معمولاً از مخلوط آب و یخ استفاده می شود .
ب _ کالریمترهای بی دررو : چنانچه جسمی هیچگونه تبادل حرارتی با محیط نداشته باشد ، بنا به تعریف تعادل بی دررو دارد . و این در صورتی است که درجه حرارت جسم و محیط اطرافش همواره یکسان باشد . در یک سیستم کالریمتری چنانچه تغییرات درجه حرارت در اثر اتلاف حرارت نسبت به درجه حرارت قابل اندازه گیری ناچیز باشد ، عملاً آن را سیستم بی دررو می نامند . در این سیستم ها ماده ای که دوز جذب در آن اندازه گیری می شود ، به نام ماده جاذب یا عنصر حرارتی ، با توده ای از مواد ، معمولاً به نام پوشش ، محصور شده و مجموعه در داخل جرم بیشتری از مواد به نام محافظ محصور  وجدا می شود . بسته به نحو کار کالریمتر در داخل یا برخی قسمتها ، اعم از عنصر حرارتی ، پوشش و حفاظ وسایل حساس به درجه حرارت ( ترمیستر یا ترموکوپل ) و گرم کن الکتریکی نصب شده است . با استفاده از این وسائل پوشش اطراف ماده جاذب به گونه ای کنترل می شود که همواره درجه حرارت ماده جاذب را داشته باشد . مزیت این سیستم ها کاهش اتلاف حرارتی و اشکال آن عدم امکان ارزیابی یا اصلاح این اتلاف ، هر چند جزئی ، می باشد .
ج – کالریمترهای شبه بی دررو : در این سیستم برای کاهش اتلاف حرارت ، درجه حرارت پوشش به گونه ای تغییر داده می شود که همواره تبادل حرارتی با ماده جاذب کالریمتر ناچیز باشد . به علاوه در این سیستم می توان اتلاف حرارتی هر چند ناچیز را با استفاده از منحنی درجه حرارت _ زمان در عنصر حرارتی ارزیابی نمود . اصول این نوع کالریمتر را می توان به راحتی با شکل شماتیکی10-1 توضیح داد . ملاحظه می شود عنصر حرارتی ( ماده جاذب کالریمتر ) توسط پوشش احاطه شده و تغییر درجه حرارت پوشش توسط حفاظ اطراف آن و از طریق یک مکانیزم کنترلی بیرونی انجام می شود . در این شکل منحنی های تغییرات درجه حرارت ماده حاجب ، پوشش و حفاظ اطراف آن نسبت به زمان برای یک اندازه گیری کالریمتری نشان داده شده است .
درجه حرارت حفاظ قبل از آغاز اندازه گیری برای مدتی ثابت نگه داشته می شود تا درجه حرارت ماده جاذب و پوشش ان نیز به درجه حرارت تعادل برسد . چنانچه این زمان به قدر کافی باشد ، میزان تغییرات درجه حرارت به مقادیر بسیار ناچیزی کاهش می یابد . به عبارت دیگر مبادله حرارت با پوشش ناچیز می شود . در این لحظه می توان تابش پرتو به کالریمتر را آغاز نمود . همزمان با تابش پرتو با تندی معین ، بایستی درجه حرارت پوشش نیز با اعمال انرژی با همان تندی افزایش یابد. زیرا چنانچه افزایش میزان درجه حرارت در هر دو یکسان باشد ، مبادله حرارت کماکان ناچیز باقی می ماند . برای این کار درجه حرارت حفاظ در طول تابش پرتو بایستی درجه حرارت ماده جاذب را به طور خطی تعقیب نموده و با همان تندی افزایش یابد . کنترل بی دررو درجه حرارت حفاظ می تواند به طور دقیق توسط کنترل فیدبک خودکار انجام شود .
در انتهای زمان تابش اشعه ، به طور همزمان کلیه اعمال حرارتی قطع می شود . در این حالت سیستم در وضعیت جدیدی از حالت تعادل بوده و می تواند اندازه گیری جدیدی را شروع نماید . در صورت کنترل صحیح درطول اندازه گیری مبادله ناجیز حرارت نبایستی تغییر نماید . اگر مبادله حرارتی بین ماده جاذب و پوشش در آغاز آزمایش صفر بوده و میزان افزایش درجه حرارت در هر دو دقیقاً یکسان باشد، سیستم آدیاباتیک کامل بوده و نیازی به هیچگونه اصلاحی ندارد . ولی عملاً آغاز  آزمایش مبادله حرارتی ناچیزی وجود داشته و میزان افزایش درجه حرارت جاذب و پوشش و حفاظ کاملاً یکسان تنظیم نمی شود ، بنابراین در انتهای اندازه گیری مبادله حرارتی متفاوتی وجود دارد . با ثبت منحنی های درجه حرارت –زمان در کالریمتر و مشخص شدن سابقه درجه حرارت پوشش ، هر گونه اتلاف انرژی می تواند ارزیابی شده و اصطلاحاً مربوط به آن در محاسبه دوز جذب اعمال شود .
کالریمتری که در 1956 برای اندازه گیری دوز جذب استفاده شد ، یک کالریمتر همگن بود که به روش شبه بی دررو عمل می نمود . در این نوع کالریمترها جرم کمی از ماده جاذب با جرم بیشتری از همام ماده محصور شده و به وسیله یک شکاف باریک و تخلیه شده از هوا از نظر حرارتی جدا می گردد . پوشش به نوبه خود با جرم بیشتری از مواد به صورت حفاظ محصور و جدا می شود . هنگام تابش به روش شبه بی دررو عمل شده و درجه حرارت پوشش دقیقاً درجه حرارت عنصر حرارتی را تعقیب می نماید . با افزایش درجه حرارت پوشش تا درجه حرارت عنصر حرارتی ، می توان اتلاف حرارتی آن را کاهش داد . اتلاف حرارت از پوشش به طرف حفاظ پدیده مرتبه دوم است . در این کالریمترها هنگام درجه بندی مقدار معینی انرژی حرارتی به گرم کن نصب شده در عنصر حرارتی داده  می شود .
چنانچه عنصر حرارتی در کالریمتر آب با ظرفیت حرارتی ویژه در حدود J/kg˚C4200 باشد ، برای دوز جذب 2 گری ( rad 200 )‌، معادل دوز جذب روزانه در یک نمونه رادیوتراپی ، افزایش درجه حرارت برابر ˚C 0005/0 خواهد بود . برای اندازه گیری این درجه حرارت با دقت 1% بایستی سیستم اندازه گیری قادر به آشکارسازی تغییرات درجه حرارت تا حدود چند میلیونیم درجه سانتی گراد باشد . اگر ماده تحت تابش مانند بسیاری از کالریمترها کربن باشد ، افزایش درجه حرارت حدود 6 مرتبه بزرگتر خواهد بود ، ولی هنوز اندازه گیری دقیق دارای مشکلاتی می باشد . در اندازه گیری مقدار کم انرژی ، یک تبادل بسیار ناچیز حرارت بین جرم جدا شده با محیط اطرافش می تواند تاثیر قابل توجهی بر روی اندازه گیری داشته باشد . چنانچه برای بهتر مشخص نمودن نقطه اندازه گیری عنصر حرارتی کوچک ساخته شود ، نسبت سطح به حجم آن افزایش یافته و این امر سبب تشدید پدیده تبادل حرارتی می شود . در عمل دلایل دیگری هم برای عدم کاهش جرم عنصر حرارتی وجود دارد . همان گونه که قبلاً ذکر شد ، عنصر حرارتی نیاز به ترمیستور و گرم کن دارد و اینها از موادی متفاوت با آن ساخته شده و بنابراین پرتو را به طریقه دیگری جذب می نمایند . بنابراین جرم عنصر حرارتی در مقایسه با جرم مواد داخل آن بایستی بزرگ باشد تا سبب اختلال جدی در اندازه گیری ها نشود .
پیچیدگی بیشتر به خاطر آن است که تمام آثار حرارتی در عنصر حرارتی الزاماً به خاطر انرژی انتقالی ، آن گونه که در تعریف دوز جذب ذکر شده ، نمی باشد . تابش می تواند در عنصر حرارتی تغییرات شیمیایی حرارت زا یا حرارت گیر ایجاد نماید و یا انرژی می تواند در شبکه کریستالی ذخیره شود . جنس عنصر حرارتی می بایستی با دقت انتخاب شود به طوری که دارای نقص حرارتی ناچیز و یا دقیقاً شناخته شده باشد . معادله اصلی که دوز جذب D ، در یک نقطه در عنصر حرارتی را با انرژی آزاد شده Eh  به صورت حرارت ، و انرژی ذخیره شده Es به صورت شیمیایی یا فیزیکی ، در عنصر حرارتی ارتباط می دهد ، به صورت زیر است :

Es نقص حرارتی نامیده شده و چنانچه انرژی در شبکه کریستالی ذخیره شده و یا یک واکنش انرژی خواه به وجود آید مثبت است . مقدار آن برای واکنشهای انرژی زا منفی می باشد . از این جهت مواد ساده مانند فلزات یا کربن کمترین مشکل را دارند .
چنانچه ماده کالریمتر متفاوت از ماده ای باشد که در نظر است دوز جذب در آن به دست آید ، انتقال دوز جذب از ماده کالریمتر به ماده مورد نظر دارای مشکلاتی می باشد . اولاً مواد متفاوت به طرق مختلف برروی میدان تابش تاثیر گذاشته و تولید شارهای تابشی متفاوتی در دو ماده می نماید . ثانیاً بر طبق ضرائب جذب انرژی و قدرت توقف در مواد مختلف ، نسبتهای مختلفی از انرژی تابشی جذب می شود . مشکل دوم در تمام دوزیمترهائی که مواد جاذب آنها متفاوت از ماده دوزیمتر است ، مشترک می باشد .
ساختن کالریمترهای دوز جذب مشکل است ، زیرا از چندین قسمت ساخته شده که می بایستی از یکدیگر از نظر حرارتی نارسانا بوده ولی تمامی آنها دارای سیمهای الکتریکی برای سنسورهای درجه حرارت و المانهای حرارتی می باشند . یک کالریمتر ساده دوز جذب آب توسط ( 1980 ) Domen معرفی شده که اساساً شامل یک ترمیستور با قطر mm2/0 بین دو لایه بسیار نازک پلی اتیلن می باشد ، و به طور افقی در داخل چهارچوب پلاستیکی نصب شده و درداخل یک تانک آب جدا قرار می گیرد . پرتو از بالا به سطح آب می تابد و بنابراین لایه پلی اتیلن مانع از جابه جایی آب در اثر گرادیان حرارتی در داخل تانک می شود . نفوذپذیری حرارتی کم آب ، امکان اندازه گیری تندی دوز جذب در آن را تا حدود Gy.min-1 4 ( 400 راد در دقیقه‌ ) با دقت 5% فراهم می نماید . اندازه گیری با این وسیله پس از توسعه در ساختمان و نحوه کار آن مقادیر دوز جذب پرتوCo 60  را حدود 5/3 % بیشتر از مقادیر اندازه گیری شده با کالیمتر کربنی نشان می دهد . این اختلاف به نقص حرارتی در آب مربوط شده و استفاده بیشتر از کالیمترهای آبی نیاز به تحقیقات بیشتر در زمینه نقص حرارتی دارد .
در دوزیمتری به روشهای کالریمتری مشکلات اصلی عدم حساسیت آنها و کمی اطمینان از تبادل حرارتی ناچیز بین عنصر حرارتی و محیط اطرافش در شرایط آزمایش می باشد . در حالتهای ویژه ای این مسائل می تواند نادیده گرفته شود . مثلاً هنگام اندازه گیری پرتوهای شدید در پرتو پالسی می توان از کالریمتر استفاده نمود . زیرا مقدار زیادی انرژی برای جذب شدن وجود داشته و زمان تابش به قدری کوتاه است که فرصت کمی برای تبادل حرارتی وجود دارد . البته برای اندازه گیری تندی دوز جذب از روشهای دیگری استفاده می شود . به هر حال از دوزیمتری به روش کالریمتری در بخش کوچکی از اندازه گیری ها استفاده شده و بایستی روشهای دیگری با حساسیت بیشتر مورد مطالعه قرار گیرد .

انجمن علوم پرتونگاری سبزوار   





نوع مطلب :
برچسب ها : دزیمتری، کالریمتر، دزیمتری پرتوها،
لینک های مرتبط :
شنبه 17 مرداد 1394 13:41
سلام نوشته های خیلی خوبی داری...
به منم سر بزن
اگه دوست داشتی لینک کن و اطلاع بده حتما لینک میشی عزیز...
شنبه 17 مرداد 1394 13:13
با سلام برترین نرم افزار گفتگو و چت با دوستان ایجاد تالار و چنل به صورت رایگان
پس منتظر چی هستید
ابتدا برنامه را از لینک زیر دانلود کرده
www.ts.zimaserver.com

لینک اموزشی ورود به برنامه
http://s3.picofile.com/file/8204552418/acb.jpg
حتما بیایید منتظر حظورتون هستیم...
شنبه 17 مرداد 1394 13:13
با سلام برترین نرم افزار گفتگو و چت با دوستان ایجاد تالار و چنل به صورت رایگان
پس منتظر چی هستید
ابتدا برنامه را از لینک زیر دانلود کرده
www.ts.zimaserver.com

لینک اموزشی ورود به برنامه
http://s3.picofile.com/file/8204552418/acb.jpg
حتما بیایید منتظر حظورتون هستیم...
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر


پیوندها
صفحات جانبی
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :