Kompozyty polimerowo-włókiennicze do pomiarów promieniowania wysokoenergetycznego

Abstract

Niniejsza praca doktorska dotyczy dwuwymiarowego monitorowania rozkładów dawek promieniowania jonizującego i ultrafioletowego za pomocą kompozytu na bazie podłoża włókienniczego i związków czułych na promieniowanie. Celem pracy był rozwój metody dozymetrycznej promieniowania ultrafioletowego i jonizującego oparty na dozymetrach włókienniczych, poprzez zaproponowanie składów dozymetrów i ich charakterystykę oraz sposobu optymalnego pomiaru dozymetrów i analizy wyników w 2D. Zakres przeprowadzonych prac obejmował: wyselekcjonowanie nośników włókienniczych i związków czułych na promieniowanie, opracowanie metody modyfikacji powierzchniowej wyrobów włókienniczych, ocenę wpływu stężenia składników dozymetrów na ich parametry pomiarowe, ocenę wpływu tlenu i zawartości wody na przemiany radiacyjne, zbadanie odporności układów na pranie, opracowanie systemu obrazowania dozymetrów włókienniczych i przetwarzania uzyskanych danych z obrazowania dozymetrów w 2D, opracowanie procedury zastosowania wybranych układów dozymetrycznych do pomiaru dawek promieniowania jonizującego (60Co,192 Ir). Pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego zastosowane związki aktywne zmieniały swoją barwę. Na podstawie zależności zmiany intensywności barwy w funkcji zaabsorbowanej energii promieniowania (UVA, UVB, UVC, 60Co,192 Ir), wyznaczono parametry kalibracyjne układów: zakres pomiarowy, zakres liniowej odpowiedzi na dawkę, dawkę progową oraz czułość układu. Zmiany barwy dozymetrów włókienniczych były rejestrowane za pomocą spektrofotometru odbiciowego lub poprzez skanowanie próbek. W pracy zbadano m.in.: przemiany radiacyjne związków czułych na promieniowanie, wpływ doboru podłoża tekstylnego na pomiary remisji światła, wpływ modyfikacji polimerowych i odporność dozymetrów włókienniczych na pranie. Zbadano także przydatność opracowanych układów do dwuwymiarowego pomiaru rozkładu promieniowania UV i jonizującego. Stwierdzono, że dozymetry włókiennicze do pomiarów promieniowania UV powinny zawierać: podłoże poliamidowe modyfikowane 10 g/dm3 TTC lub 10 g/dm3 NBT z 4% żelatyny. Wykazano, że dozymetry tekstylne można z powodzeniem stosować do pomiarów promieniowania jonizującego, w tym rozkładów dawki od radioaktywnych izotopów stosowanych w brachyterapii nowotworów. Dozymetr włókienniczy na bazie TTC powinien zawierać: podłoże poliamidowe zmodyfikowane 10 g/dm3 TTC, pokryte hydrożelem (7,5% żelatyny) z tBuOH (0,5 mol/dm3) i dodatkowo zapakowane próżniowo (99% próżni) w rękaw foliowy PA-PE. Układ dozymetryczny na bazie NBT powinien zawierać: podłoże poliamidowe zmodyfikowane 10g/dm3 NBT z 4% żelatyny; pokryte hydrożelem (7,5% żelatyny) z tBuOH (0,5 mol/dm3) i dodatkowo zapakowane próżniowo (99% próżni) w rękaw foliowy PA-PE.Presented PhD thesis concerns the monitoring of a two - dimensional ionizing and ultraviolet radiation dose distribution using textile - based composite and compounds that are sensitive to high - energy radiation. The aim of the study was the development and characterization of textile dosimeters for ionizing and UV radiation measurements in 2D. The scope of the work included: selection of textiles and compounds sensitive to radi ation; studies of the mechanism of radiation - induced transformations of selected compounds (2,3,5 - triphenylo - tetrazolum chloride and nitro blue tetrazolium chloride) in stationary conditions; the development of methods for surface modification of textiles; assessment of the impact of the dosimeters components’ concentration on their performance; assessment of the impact of oxygen and water content on the dosimeters; examination of the dosimeters’ resistance to washing process; a proposition of the imaging system for textile dosimeters and processing the imaging data in 2D; a procedure of application of selected dosimeters for ionizing radiation doses measurements (60 Co, 192 Ir) . Based on colour intensity changes ,as a f unction of the absorbed energy, the following calibration parameters of the elaborated dosimeters were derived: the measurement range, the range of linear do se response, threshold dose and the dose sensitivity. The dosimeters samples were measured with the aid of a reflectance spectrophotometer or a flat - bed scanner. The digital image processing allowed for analysis of radiation dose - induced changes of a selected RGB channel. This was used for derivation of the calibration characteristics. In this work the following issues were examined: radiation - induced conversion of compounds; the impact of the textiles on the measurements of light reflectance; the impact of the polymer modification and textile dosimeters resistance to washing; also the usefulness of developed systems were examined for 2D measurements of ionizing and UV radiation dose distribution. It was shown that the textile dosimeters can be used for ionizing and UV dose distribution measurements including the dose distribution from the radioactive isotopes used in brachytherapy of tumors. The results were published in international journals and patented EN 208 671 B1, 2011.