Transcript Presentación TLD

M.Sc Alfonso Varela M
Físico Médico
Gestor de la Calidad
Dosimetría con TLD
M.Sc Alfonso Varela M
El volumen sensitivo consiste en una pequeña masa
(~1-100mg ) de material dieléctrico cristalino que
contiene activadores apropiados que funcionan como
fósforo termoluminiscentes.
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•Trampas para los electrones o huecos (portadores
análogos a los iones positivos) que poden capturar y
retener los portadores de carga en un poso de
potencial por largos periodos de tiempo .
•Centros de luminiscencia localizados en cualquiera
de las trampas, que emiten luz cuando se da la
recombinación de los electrones y huecos en estos
centros.
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Banda de Condução
Migração do
elétron
Profundidade
da armadilha
para o elétron
Liberação do elétron
por aquecimento
Evento de
ionização
por radiação
Recombinação
com emissão de
luz
Abertura
da banda
~10 eV
hν
Banda de Valencia
A
Migração do
furo
Profundidade
da armadilha
para o furo
B
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MODELO TÉORICO DE
RANDALL-WILLKINS
PARA A
TERMOLUMINESCÊNCIA
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La curva de emisión TL típica esta
caracterizada por la presencia de diversos
picos, cuya posición esta relacionada con la
temperatura y su altura depende de diversos
factores, tales como:
•Profundidad E de las trampas
•Tasa de calentamiento
•Intensidad de la irradiación previa a la medición
•Historia térmica de la muestra, etc
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p
1

 e
E
kT
Randall e Wilkins en 1945 describe la
cinética para los portadores de carga
cuando se calienta la red cristalina mediante
temperatura T(K) mediante:
p
1

 e
E
kT
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p
1

 e
E
kT
Donde:
p
1

 e
E
kT
p se la probabilidad de escape por unidad de tempo (s-1)
τ es la media de tiempo de vida en la trampa
α es llamado factor frecüência
E es la energía que representa la profundidad de la
trampa (eV)
k es la constante de Boltzman (k=1,.381x10-23J K-1 =
8.62x10-5 eV K-1)
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p
1

 e
E
kT
p
1

 e
E
kT
Si consideramos constantes los valores de k, E, y α
entonces.
Al incrementar la temperatura T la probabilidad
aumenta.
p
Si aumentamos T linealmente entonces se llega a un
máximo denominado Tm
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p
1

 e
E
kT
p
1

 e
E
kT
Asumiendo que la intensidad de emisión de luz es
proporcional a la tasa de electrones que escapan de las
trampas, entonces el pico de brillo termoluminiscente
(TL) se obtiene en Tm.
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p
1

 e
E
kT
p
Supongamos
están
que
los
1

 e
E
kT
picos
suficientemente
separados.
Además uno de estos picos
puede ser la sobreposición de
dos picos.
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p
1

 e
E
kT
p
Ahora:
Tm
1

 e
E
kT
esta sociada con la tasa linear de
calentamiento q (K/s) por medio de la relación
teórica de Randall-Wilkins.
E


e
2
kTm q
E
kTm
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p
1

 e
E
kT
Asumiendo que α = 109/s y q = 1K/s
E
  E kTm

e
2
kTm q
Tm = (489 K/eV)
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El máximo de brillo
es
directamente
proporcional a la
tasa
de
calentamiento para
una dosis contante,
debe permanecer
contante.
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La calidad de estas trampas depende de la estabilidad
en el tiempo y la independencia a las condiciones
ambientales
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Si no son estables a temperatura ambiente:
•Migración de cargas a través del cristal
•Recombinación de cargas
Implicando en la sensibilidad y el formato de la curva
esperada
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Em el caso de (TLD-100) de LiF, el fósforo requiere de
tratamiento térmico especial antes de ser utilizado
para la dosimetría :
400ºC por una hora, rápidamente refrigerado, o
80ºC por 24 horas
Lo que minimiza las fluctuaciones de la sensibilidad
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Las trampas que requieren temperaturas entre 200-
225ºC son mas estables si embargo presentan dos
fenómenos.
1. Señal infrarroja (plancha de calentamiento)
2. Contaminación de la señal (humedad, suciedad)
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Por eso se utilizan gases inertes para llenar la cámara
de calentamiento (N2 y Ar) lo que permite que la
energía sea liberada sin emisión de luz.
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energia emitida como luz del TL por unidad de
massa)/(dosis absorvida)
medido por Lucke (1970)
0,039% para LiF (TLD-100),
0,44% para Ca2F:Mn
1,2% para CaSO4:Mn.
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Attix terminó que para LiF (TLD-100) hay una
perdida de 99.96% de la energía depositada por la
radiación.
Por eso la importancia de la reproductibilidad en la
medición
para
poder
obtener
resultados
consistentes.
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Fósforo
Densidade
Numero atômico efetivo
Espectro de emissão TL(nm):
Range
Máximo
Temperatura TL
pico de emissão a 40ºC/min (ºC)
Produção relativa TL
produção para 60Co
Resposta de energia sem
filtro (30keV/60Co)
Utilidade
Desvanecimento
LiF:Mg, Ti
CaF2:Mn
Li2B4O7:M
n
CaSO4:Mn
2.64
8.2
3.18
16.3
2.3
7.4
2.61
15.3
350-600
400
440-600
500
530-630
605
450-600
500
215
290
180
100
1.0
≈3
≈ 0.3
≈ 70
1.25
mR-105R
Pequeno,
<5%/(wk)
≈ 13
mR-3x105R
~ 10% no
primeiro mês
≈ 0.9
mR-106R
~ 10% no
primeiro
mês
≈ 10
mR-104R
50-60% nas
primeiras 24
h
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Curvas de emisión vs Tiempo
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Área de respuesta del pico
de emisión vs exposición
de R – gamma de Cobalto
60
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Formato granulado, con granos de 75-150
usualmente distribuidos volumétricamente en
capsula para la irradiación.
μm,
una
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“Chips” con dimensiones de 3.2 mm por 0.9 mm (o 0.4
mm). Donde, para una mejor exactitud se debe hacer
una calibración individual de los chips, utilizando para
esto radiación gamma de Co-60.
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Matrices de teflón que contienen 5% o 30% por peso de
granos de TLD con tamaño <40µm. Normalmente hechos
en formato de discos de 6 o 12mm de diámetro por 0.1 o
0.3mm de espesor.
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La forma
•Su formato va depender del tipo de aplicación.
•La
calibración
individual
y
la
identificación
puede
ser
•Los TLDs no deben estar contaminados
•Analizar
la dependencia energética del TLD a la
orientación del mismo en relación al haz de radiación.
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Bases de la Calibración
•La
mayoría de los fósforos TL tienen algún nivel de
dosis en le cual la salida de luz por unidad de masa es
proporcional a la dosis absorbida en el fosforo, por
tales motivos:
•
•
LET de la radiación permanece
prácticamente constante.
constante
o
La sensibilidad del fósforo es mantenida constante
para la linealidad que se requiere.
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Bases de la Calibración
Si se asumen que la medición del TL es constante y
que el escape de luz del fosforo por atenuación es
insignificante durante el calentamiento
Entonces se puede decir que la medición para el mismo
TL resultará del promedio de la dosis en el dosímetro
TL.
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Bases de la Calibración
La consecuencia práctica de esto es:
Que para una calibración hecha con rayos gamma de
60Co, en términos del promedio de la dosis en el
fosforo del dosímetro TL, esta puede ser utilizada como
una buena calibración para todas las radiaciones de
bajo LET, esto incluye rayos-X, rayos-gamma, y haces
de electrones con energía por encima de ≈10keV.
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Bases de la Calibración
Si se lee la dosis en el fosforo como la dosis en una
masa similar de tejido que hipotéticamente ha
sustituido entonces, se puede usar la teoría la cavidad.
La teoría de Bragg-Gray, con TLD muy fino y electrones
muy penetrantes, a tasa de dosis se puede expresar
como:
Dtiss
DTLD
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Bases de la Calibración
Que es proporcional al poder de frenado másico de
colisión:
dT
dxc ,tiss
dT
dxc ,TLD
Donde:
T = energía cinética
ρ = densidad
dx = longitud recorrida
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Bases de la Calibración
Si el haz de radiación incidente es frenado por el TLD,
entonces la fluencia de energía puede ser derivada.
La calibración con 60Co (bajo condiciones de TCPE
(equilibrio de partículas cargadas transitorios))
proporciona la lectura del TL por unidad de dosis
promedio en el fosforo.
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Bases de la Calibración
El hecho de multiplicar la dosis por la masa del chip de
TLD permite relacionar la lectura del TL con la dosis
integral, o energía consumida en el chip.
Ahora:
A(m2) es el área del chip
m(kg) es la masa del chip
kCo = factor de calibración para rayos gamma
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Bases de la Calibración
kCo


D
TLD


r Co

(Gy/escala de división)
Donde:
r = lectura del TLD
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Bases de la Calibración
Entonces la fluencia es:
kCo  r  m

A
(J/m2)
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Calibración con rayos gamma de Co - 60
Para un espacio libre, la exposición X(C/kg) de rayos-γ
de 60Co en un punto ocupado por le centro del TLD en
su capsula, el promedio de la dosis absorbida en el
TLD, en Gy, bajo condiciones de TCPE es representada
por:
DTLD
  en 
 
 TLD
 33.97aX 
  en 
  ar
 




 Co
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Calibración con rayos gamma de Co - 60
DTLD
Donde:
  en 
 
 TLD
 33.97aX 
  en 
  ar
 




 Co
a = corrección por atenuación del haz de rayos-γ en la
pared de la capsula.
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Calibración con rayos gamma de Co - 60
Para TLDs de LiF en formato de chips, en una cápsula
de Teflon de espesor 2.8mm, (para TCPE) el promedio
de la dosis absorbida calculada con:
DTLD
  en 
 
 TLD
 33.97aX 
  en 
  ar
 




 Co
Es aproximadamente:
D LiF  31.1X
(Gy)
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Calibración con rayos gamma de Co - 60
Si la lectura resultante del TLD es r
Entonces el factor de calibración es
kCo
 X TLD 


r

Co
este factor es aplicable en el calculo del valor de dosis
durante la calibración y toda la respuesta lineal vs
escala de dosis.
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Calibración con rayos gamma de Co - 60
Para todas las radiaciones de bajo LET, el promedio de
la dosis absorbida en el TLD puede ser obtenida del
promedio de lectura r del TLD y representado mediante
la siguiente ecuación:
DTLD  kCo r
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Mas próximo a un
comportamiento
lineal
Tendencia a aumentar un poco la eficiencia conforme aumenta el LET en
la región que va desde aproximadamente 0.25keV/μm ahasta1 keV/μm.
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Dependencia del LiF a la energía del fotón
Respuesta del TL por unidad de exposición
Ecuación
11.23
Respuesta
del TL por
unidad
de
dosis
absorbida en
el fosforo
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Dependencia del Li2B4O7 a la energía del fotón
Respuesta
del TL por
unidad
de
dosis
absorbida en
el fosforo
Respuesta del TL por unidad de exposición
Ecuación
11.23
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SSD = 100 cm
“Gantry”
10 cm
40 cm
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1. Amplia escala de dosis, desde pocos milirad hasta
≈103rad, para una respuesta linear, decayendo para la
supra-linearidad en una curva de respuesta vs dosis
para 103-104.
2. Independencia en la tasa de dosis , dentro del rango
de1-1011 rad/s.
3. Tamaño pequeño, almacenamiento de energía pasivo.
Por su tamaño no interfiere con el campo de radiación.
Y por ser tan finos se aproximan a las condiciones dela
teoría de B-G para altas energías y las condiciones de
TCPE son mas fáciles de conseguir por causa de su
estado condensado.
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4. Disponibilidad comercial.
5. Son reusables . Normalmente los TLDs pueden ser
utilizados muchas veces, esto realizando los
procedimientos correctos de medición, tratamiento
térmico y calibración.
6. Conveniencia de medición. La medición del TLD es
razonablente rápida (<30s) y no requiere de mojado
químico.
7. Económico. Su capacidad de poder ser utilizado varias
veces hace que los costos disminuyan.
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8. Disponibilidad de diferentes tipos de sensibilidad a los
neutrones térmicos. TLD-700 (7LiF), TLD-100 (93% 7LiF
+ 7% 6LiF), TLD-600 (6LiF).
9. Exactitud y precisión. Reproductibilidad en la medición
de 1-2% puede ser conseguida, manteniendo los
cuidados necesarios.
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1. Falta de uniformidad: Diferentes dosímetros de un
mismo grupo de fósforos pueden presentar diferencias
en sus sensibilidad, esta característica aumenta cuando
analizamos diferentes grupos de fósforos. De esta
forma se deben haces calibraciones individuales de los
TLDs o de un grupo o lote.
2. Inestabilidad de almacenamiento: la sensibilidad del
TLD varia con el tiempo antes de la irradiación para un
mismo fosforo, esto hace que se de una migración de
los centros de las trampas a temperatura ambiente.
Recocimientos controlados de los TLD pueden
usualmente restaurar nuevamente las condiciones de
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3. Desvanecimiento:
Los dosímetros irradiados
almacenan permanentemente el 100% de
portadores de carga atrapados. Esto provoca
perdida gradual de la señal latente del TLD, por lo
se debe hacer una corrección especialmente
aplicaciones de dosimetría personal.
no
los
una
que
en
4. Sensibilidad a la luz: Todos los TLDs muestran algún
tipo de sensibilidad a la luz, especialmente para
radiación UV, luz del sol, o luz fluorescente. Esto puede
provocar desvanecimiento acelerado, o escape de los
portadores de carga de las trampas. Además de esto,
esta sensibilidad puede causar ionización y pode
causar llenado de las trampas, causando lecturas
equivocadas.
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6. Contaminación de la señal: Raspar los cristales de TLD
(por manipulación con la pinza) o contaminación de la
da superficie por suciedad o humedad puede causar
medicines equivocadas. Por lo que se requiere la
presencia de un gas inerte
7. “Memoria” de radiación e historia térmica: la
sensibilidad puede ser aumentada o disminuida
después de una dosis alta de radiación. Por este motivo
deben de realizarse tratamientos térmicos adicionales
con el propósito de recobrar la sensibilidad inicial.
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8. Inestabilidad del lector: la mediciones de los TLDs
dependen de la sensibilidad de los lectores a la luz
y del procedimiento de calentamiento. De esta
forma la constancia de la lectura es difícil de
mantener por largos periodos de tiempo sin un
adecuado control de calidad del la lectora.
9. Perdida de las informaciones: luego de la lectura
la información es irrecuperable.
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•
jfkahfbz,vbdfyfapyr
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