Neutronske brzine doze izmjerene u okolici linearnog akceleratora Siemens Oncor 18 MV u Kliničkoj bolnici Osijek

Transcription

1 SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ODJEL ZA FIZIKU Aleksandar Živković Neutronske brzine doze izmjerene u okolici linearnog akceleratora Siemens Oncor 18 MV u Kliničkoj bolnici Osijek Završni rad Osijek, 2013.

2 SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ODJEL ZA FIZIKU Aleksandar Živković Neutronske brzine doze izmjerene u okolici linearnog akceleratora Siemens Oncor 18 MV u Kliničkoj bolnici Osijek Završni rad Predložen Odjelu za fiziku Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku radi stjecanja zvanja prvostupnika fizike Osijek, II

3 Ovaj završni rad je izrađen u Osijeku pod vodstvom mentora prof.dr.sc. Branka Vukovića i komentora dr.sc. Marine Poje u sklopu Sveučilišnog preddiplomskog studija fizike na Odjelu za fiziku Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku. III

4 Predgovor Fizika se kao znanost, u najopćenitijoj definiciji, bavi proučavanjem prirode. Proučava materiju, energiju, prostor, vrijeme ili jednom riječju fizikalne pojave, a pritom se koristi matematičkim formulama da postavi vlastite zakone. Postavlja se pitanje u kojoj mjeri običan, prosječan čovjek, koji je neupućen u razne složene diferencijalno-integrabilne probleme, može osjetiti primjenu i korist takve teorije? Radioterapija, odnosno neposredna primjena linearnih akceleratora, omogućuje svakome ponaosob da spozna vrijednost praktične primjene fizike. Upravo mogućnost liječenja i izlječivanja ostavlja snažan dojam i izaziva poštovanje kod, mogli bismo upotrijebiti izraz 1, običnog puka. Baš kao što niti jednu pojavu ne možemo okarakterizirati kao isključivo dobro ili lošu, tako ne možemo ni za linearne akceleratore tvrditi da su savršeni. Njihova loša strana je to što im djelovanje ne možemo usmjeriti na lokaliziran prostor. Koliko god ih ograničavali oni će uvijek stvarati dodatno, neželjeno zračenje u okolnom, širokom području. To zračenje utječe na ljude koji upravljaju radom akceleratora i osoblje koje se brine oko pacijenata. Želimo li zaštititi te ljude (pokazati da nismo zaboravili što je humanost), moramo ustvrditi kolike su vrijednosti tog okolnog, neželjenog zračenja i u skladu s rezultatima djelovati kako bismo očuvali ono najvrjednije ljudske živote. Metoda pasivnih detektora se, u svrhe mjerenja neželjenog neutronskog zračenja, pokazala kao izvrsna. Ne samo zbog svoje ekonomične izrade (troškovi izrade jednog detektora ne prelaze 10-ak ) već i jednostavnosti upravljanja, malenih dimenzija, te izvrsne filtracije ostalih vrsta zračenja koja ne želimo u danom trenutku mjeriti. Također, jednostavnost dobivanja rezultata i svojstvo da ne stvaraju dodatna zračenja u interakciji sa promatranim zračenjem su argumenti koji mogu ići samo u prilog korištenju pasivnih detektora u svrhe napretka postupka provođenja radioterapijskih procesa. 1 Koji se nipošto ne smije shvatiti kao pogrdan, već kao arhaičan IV

5 Sadržaj Sažetak Uvod 1. Teorijski dio 1.1. Linearni akceleratori 1.2. Radioterapija (planirano zračenje oboljelog dijela tijela ) 1.3. Biološki efekti ionizirajućeg zračenja 2. Eksperimentalni dio 2.1. Metodologija mjerenja 2.2. Postupak baždarenja detektora i određivanje neutronskog ambijentalnog doznog ekvivalenta 2.3. Mjerne lokacije i rezultati mjerenja neutronske doze u neposrednoj blizini akceleratora Siemens Oncor od 18 MeV 3. Zaključak Popis literature V

6 Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku Završni rad Odjel za fiziku Neutronske brzine doze izmjerene u okolici linearnog akceleratora Siemens Oncor 18 MV u Kliničkoj bolnici Osijek Aleksandar Živković Sažetak Mjerenja neutronske brzine doze izvršena su na linearnom akceleratoru pri vršnoj snazi od 18 MeV u Kliničkom bolničkom centru u Osijeku. Usporedno s pasivnim detektorima nuklearnih tragova izlagan je i aktivni detektor Thermo BIOREM FHT 752, u svrhu pouzdane procjene ambijentalne neutronske doze za pacijente tijekom radioterapije, kao i u svrhu radiološke zaštite medicinskog osoblja. Mjerenja su provedena na nekoliko interesantnih lokacija s aspekta zaštite od zračenja u okolini LINAC-a Siemens Oncor od 18 MeV. Izabrane lokacije uključivale su: čekaonicu, kontrolnu sobu (mjesto medicinskih tehničara) i buduću sobu brachy terapije (još jedne metode terapije malignih bolesti). U radnoj prostoriji medicinskih tehničara kontrolnoj sobi akceleratora, sa zaštitnom oplatom od betona i čelika, pasivnim detektorom izmjerena je neutronska brzina doze od 12 /h, dok je aktivni detektor BIOREM pokazao brzinu doze od 15,5 /h. Nakon izmjerenih brzina doza u početnoj fazi rada akceleratora, neutronsko zračenje je atenuirano dodatnom zaštitom od hidrogeniziranog materijala (baritni beton). VI

7 Rad je pohranjen u knjižnici Odjela za fiziku Ključne riječi: linearni akcelerator, brzina neutronske doze, detektori nuklearnih tragova Mentor: prof.dr.sc. Branko Vuković Komentor: dr.sc. Marina Poje Ocjenjivači: Rad prihvaćen: VII

8 University Josip Juraj Strossmayer Osijek Bachelor of Physics Thesis Department od Physics Neutronske brzine doze izmjerene u okolici linearnog akceleratora Siemens Oncor 18 MV u Kliničkoj bolnici Osijek Aleksandar Živković Abstract Measurements of the neutron ambient dose rate have been made on a linear accelerator at his maximum operating energy of 18 MeV in Clinical hospital centar Osijek. In comparison with our passive nuclear track detector, an active detector, with the codename Thermo BIOREM FHT 752 has been deployed to give an estimation of the ambient neutron dose rate for patients during the process of radiation. Measurements have been made on several interesting locations from the aspect of radiation shielding near Siemens Oncor 18 MeV LINAC. Chosen locations included: waiting room, medical tehnician control room and a future brachy therapy room (another way of threating malignant diseases). In the work room of medical tehnicians the control room, with a shielding made of concrete and steel, passive detectors have measured a neutron ambient dose rate of 12 /h, while the active BIOREM detector measured 15,5 /h. During the installation phase of the new LINAC, a high dose rate were measured. The neutron radiation has been attenuated with an additional shielding made of hydrogenated concrete. VIII

9 Thesis deposited in the library of the Department of Physics Keywords: linear accelerators, neutron ambient dose rate, nuclear track detectors Supervisors: Professor Branko Vuković, PhD Marina Poje, PhD Reviewers: Thesis accepted: IX

10 Uvod Akceleratori su uređaji koji, pomoću električnog i magnetskog polja, ubrzavaju naelektrizirane (često se koristi naziv nabijene) čestice do velikih brzina, ponekad čak i do brzina koje su malo manje od brzine svjetlosti. Oni omogućavaju ispitivanje tajni atomske jezgre, strukture protona i neutrona, fundamentalnih sila i još mnogo toga. Nas ovdje, prije svega, zanima primjena linearnih akceleratora u medicinske svrhe. U ovom radu se postavlja pitanje korisnosti linearnih akceleratora prilikom raznih terapijskih primjena, štetnosti koje nastaju uslijed interaktivnih procesa ubrzanih čestica, te ponajviše doze zračenja koja se može detektirati oko takvih uređaja i kako se one adekvatnim izolacijskim sustavima mogu smanjiti. Konkretan primjer koji je obrađen u ovom radu je linearni akcelerator, punog naziva Siemens Oncor 18 MeV LINAC 2, koji se nalazi u prostorima KB (Klinički bolnički centar) Osijek. Mjerenja su većinom vršena uz pomoć pasivnih detektora nuklearnih tragova (princip rada opisan je dalje u tekstu), uz povremenu korištenost i aktivnih detektora. Dobiveni rezultati ukazali su još jednom na važnost kvalitete oplate koja okružuje akcelerator, te tako štiti osobe izvan akceleratora od mogućih neželjenih količina zračenja. 2 LINAC (eng. linear accelerator) kratica koja se najčešće koristi za označavanje linearnih akceleratora 1

11 1. Teorijski dio 1.1. Linearni akcelerator Princip rada prvih akceleratora vrlo je jednostavan potrebna je razlika potencijala (npr. baterija) i čestica koju želimo ubrzati. Dva najznačajnija linearna akceleratora, kronološki gledano, su Cockcroft-Waltonov i Van de Graaffov akcelerator. Cockcroft-Waltonov akcelerator sastoji se od izvora iona, akceleratorske cijevi, izvora visokog napona spojenog na sustav elektroda i detektora. Najveća prednost tog akceleratora je jednostavnost izrade, jer koristi standardne elektronske elemente. Glavni nedostatak mu je postizanje energija do maksimalno 3 MeV 3 (1 ev = 1, ), što je u današnjoj fizici vrlo malena energija. Van de Graaffov akcelerator spada u tzv. elektrostatske akceleratore, jer se njegov rad zasniva na definiciji potencijala vodiča. Maksimalna energija koju dostiže taj uređaj iznosi 14 MeV. Današnji akceleratori izrađuju se na nešto drugačiji način. U vakuumskoj cijevi, koja može biti dugačka i nekoliko kilometara, nalaze se cilindrične elektrode koje su povezane na polove izvora izmjeničnog visokofrekventnog napona. Na jednom kraju cijevi nalazi se izvor čestica koje se trebaju ubrzati, dok je na drugom kraju postavljena meta u koju te čestice trebaju udariti. Dok se naelektrizirane čestice kreću između elektroda, od izvora ka meti, na njih djeluje električno polje koje ih ubrzava. Čestica prolazi kroz niz elektroda koje se svaki put iznova polariziraju kako čestica napreduje od jedne ka drugoj. Frekvencija napona je podešena tako da se promjena polarizacije preklopi sa izlaskom čestice iz elektrode, dok se duljina i razmak između susjednih elektroda proporcionalno povećava od prve elektrode na dalje. Brzina koju će čestica posjedovati na izlasku iz akceleratora najviše ovisi o samoj duljini akceleratorske cijevi što je duži akcelerator, veća je energija, a samim time i brzina čestice [9]. Iako princip rada linearnih akceleratora djeluje vrlo jednostavno, sama konstrukcija takvih uređaja vrlo je složen i skup proces, prije svega jer su velikih dimenzija. Također, održavanje i upotreba zahtjeva velika ulaganja, a za njihov pravilan rad potrebna je velika količina energije, ipak velika je prednost ta što su gubitci energije gotovo zanemarivi. 3 ev (elektronvolt) u fizici, jedinica energije, definirana kao kinetička energija koju sadrži elektron kada se ubrza razlikom potencijala od 1 volt 2

12 1.2. Radioterapija (planirano zračenje oboljelog dijela tijela ) Iako se može smatrati ironičnim da se oboljelo (kancerogeno) tkivo liječi nečim što je samo po sebi vrlo kancerogeno, radioterapija s napretkom tehnologije izrade linearnih akceleratora pokazuje izvrsne rezultate. Nakon što su čestice ubrzane do željene brzine, usmjeravaju se prema meti, koja je najčešće jezgra teškog metala (volfram, olovo). Kao rezultat tog sudara nastaju X-zrake 4, koje izlaze iz mete. Te zrake se oblikuju kolimatorskim sustavom tako da pri izlasku iz akceleratora mogu ciljano pogoditi određeni dio tijela koji se liječi zračenjem (najčešće su to tumori). Tu zraku nazivamo primarnom zrakom. Oblikovanje zrake odvija se pomoću blokova, koji su smješteni unutar glave uređaja, ili višeslojnog kolimatora koji je sastavni dio samog uređaja. Pacijent leži, prilikom terapijskog tretmana, na pomičnom ležaju, a laserske zrake se koriste kako bi pacijent došao u pravilan položaj (da ne bi došlo do neželjenih oštećenja okolnog, najčešće zdravog tkiva). Linearni akceleratori pojednostavljeno prikazano sastoje od 3 dijela: postolja, kolimatora zrake i pomičnog ležaja. Slika 1. Shematski prikaz medicinskog linearnog akceleratora 4 X-zrake su fotoni stvoreni elektroničkim, tj. umjetnim putem, za razliku od zraka (također fotoni) koje nastaju prirodnim zračenjem jezgre 3

13 Najveći problem mjerenja današnjice predstavljaju tzv. sekundarno zračenje. Ono nastaje prilikom interakcije primarne zrake sa strukturnim materijalom akceleratora, glavom akceleratora, metom i kolimatorima. Sekundarno se zračenje prenosi kroz zaštitne pregrade do radnih mjesta zaposlenika koji upravljaju radom akceleratora, čekaonica, te ostalih mjesta oko akceleratora gdje boravi medicinsko osoblje, ali i opća populacija koja se tamo zatekne. Sekundarno zračenje sastoji se od neutrona, nabijenih hadrona, miona, fotona i elektrona širokog energetskog spektra. Neutroni se stvaraju u nuklearnoj reakciji (γ, n) između fotonske zrake i materijala od kojeg je načinjena meta, glava i kolimatorski sustav akceleratora (olovo, volfram). U toj reakciji stvara se izotropni tok neutrona Φ (neutrona/cm 2 s), kojim dominiraju neutroni energija između 700 kev i 1 MeV [7],[8]. U najvećem broju situacija, ekvivalentna doza zračenja izvan zaštitne oplate ponajviše potječe od neutrona i fotona, dok se ostale čestice apsorbiraju i/ili rasprše na zaštitnim oplatama. Ovisno o tome koje se čestice ubrzavaju mijenja se i sastav sekundarnog zračenja. U akceleratorima elektrona, najvažnije sekundarno zračenje su bremsstrahlung 5 (tzv. zakočni) fotoni i elektroni visoke energije. Kod akceleratora elektrona visokih energija najdominantniji su neutroni, dok kod akceleratora protona nastaju neutroni, hadroni, muoni, fotoni i elektroni. Daleko najveću opasnost za čovjeka koji prolazi ciklus radioterapije, jest dodatna i neplanirana doza zračenja uslijed neutrona, koja nastaje kod svih vrsta akceleratora, a koju je veoma teško izmjeriti. Smatra se da je upravo ta interakcija neželjenog neutronskog zračenja i tkiva uzrok nastajanja mogućih sekundarnih karcinoma. Neutronsko zračenje zbog velikog biološkog faktora stvara najgore posljedice u tkivima [2],[3] Biološki efekti ionizirajućeg zračenja Glavna meta ionizirajućeg zračenja u živim organizmima, i mjesto začetka bioloških efekata i posljedica je DNA. Postoji mnogo sličnosti među različitim organizmima s obzirom na reakcije na ionizirajuće zračenje, a mnogo različitosti u njihovim osjetljivostima na zračenje. 5 Izraz Bremsstrahlung njemačkog je podrijetla i prihvaćen je kao takav, bez daljnjeg prijevoda, od svjetske fizikalne zajednice zbog nedostatka adekvatne stručne terminologije 4

14 Smrtnost uslijed akutne izloženosti zračenju, među različitim organizmima varira tri ili četiri reda veličine, gdje su sisavci najosjetljiviji na zračenje, a virusi najrezistentniji (Whicker i Schultz, 1982.). Oštećenje organizma uslijed zračenja nastaje ionizacijom. Ionizacija se javlja kada zračenje ima dovoljno energije da izbaci jedan ili više orbitalnih elektrona iz atoma materije s kojim međudjeluje. Ionizirajuće zračenje je karakterizirano velikim oslobađanjem energije (prosječno 33 ev po događaju), koja je i više nego dovoljna za razaranje kemijskih veza (npr. samo je 4,9 ev dovoljno je za razaranje C = C veze). Ionizacijski procesi s rezultirajućim nabijenim česticama mogu značajno naštetiti biološkim stanicama. Takva se šteta naziva direktnim efektima. Ipak, mnogo biološke štete uslijed zračenja nastaje indirektnim efektima putem slobodnih radikala. Slobodni radikali su fragmenti atoma koji nastaju nakon ionizacije tih atoma. Slobodni radikali imaju nesparene orbitalne elektrone, što rezultira velikom kemijskom nestabilnošću, zbog čega s lakoćom mogu uništiti kemijske veze i glavni su uzročnici oštećenja uslijed zračenja. Slobodni radikali reagiraju sa staničnim molekulama u vrlo kratkom vremenu nakon njihova nastanka, zbog čega imaju kratak život. Slobodni radikal OH + nastaje ionizacijom vode, i najčešći je slobodni radikal zbog velike količine vode u biološkim tkivima (gotovo 80% mase žive stanice je voda). Za stvaranje percepcije o važnost slobodnih radikala, dovoljno je navesti slijedeći primjer: od alfa čestice energije 5 MeV, koja disipacijom predaje svoju energiju vodi u stanici, teoretski može nastati i slobodnih OH + radikala. Slobodni radikali ne nastaju samo kao rezultat zračenja, nego i različitih stresora: pušenjem, uslijed zagađenosti zraka, izlaganjem UV zračenju, upalnim procesima u tkivu i metaboličkim procesima. Šteta nastala uslijed slobodnih radikala tako je česta da je morao nastati vrlo efikasan mehanizam za popravak kod svih bioloških vrsta [1], [4], [10]. Zračenje i nastali slobodni radikali mogu uzrokovati oštećenje DNA različitim vrstama lezija (npr. jednostruko pucanje lanca DNA single strand breaks, dvostruko pucanje DNA double strand breaks, promjene baze i sl.). Najteža oštećenja su dvostruka pucanja lanca DNA koja imaju glavni utjecaj na preživljavanje ozračene stanice. Postoje učinkoviti mehanizmi popravka oštećenja za sve vrste lezija, međutim kod težih oštećenja (dvostrukog pucanja lanca DNA) prilikom popravka javljaju se greške popravka. Greške popravka mogu rezultirati smrću stanice, kromosomskim aberacijama ili mutacijama. 5

15 2. Eksperimentalni dio 2.1. Metodologija mjerenja U nuklearnoj reakciji 10 B (n, α) 7 Li, odnosno reakciji neutrona na konverteru 10 B (folija bora, proizvođača Kodak Pathé, Francuska) nastaju ion litija 7 Li i alfa čestica s energijama: + + = 2, = 2,31 = 0,84 (1,02 ) = 1,47 (1,77 ) Kao što je vidljivo događaju se dvije reakcije, gdje je češća ona u kojoj nastaje ion litija u pobuđenom stanju ( ). Doseg litijeva iona u tijelo detektora, kao i njegova energija, manji je od dosega alfa čestice, na taj ga način lako diskriminiramo jetkanjem. Broj tragova nastalih od alfa čestica odgovara broju neutrona u danom polju zračenja. Ion i čestica mogu proizvesti latentni trag u tijelu detektora polimera LR 115 i CR-39. Nakon obrade detektora i određivanja prosječne gustoće tragova, uz prethodno određen koeficijent osjetljivosti iz baždarnih izlaganja, možemo izračunati neutronski ambijentalni dozni ekvivalent H*(10) na način opisan niže u tekstu. 6

16 2.2 Postupak baždarenja detektora i određivanje neutronskog ambijentalnog doznog ekvivalenta Neutronski dozimetar sastoji se od detektora traga LR-115 i folije bora BN-1 ili konvertera 10 B za reakciju (n, α). Baždaren je na neutronima generiranim u nuklearnom reaktoru Instituta J. Stefan u Ljubljani (Slovenija). Neutronsko zračenje provedeno je u termalnoj koloni TRIGA Mark II reaktora, gdje brzina toka (flux) neutrona posjeduje vrijednost Φ = 3,33 10 cm s. Uz poznato vrijeme izlaganja zračenju, = 240, izračunavamo tok termalnih neutrona (fluens), = Φ = 7, Detektor, površine 2 3, se zatim jetka 6 u 10% vodenoj otopini na vrijeme od 120 minuta, pri temperaturi od 60. Slika 2. Rezultat kemijskog jetkanja - širenje latentnih tragova tako da postaju vidljivi pod optičkim mikroskopom Nabijene čestice prolaskom kroz detektor u njemu ostavljaju usko oštećeno područje (latentni 7 trag), čija je debljina svega nekoliko A 8 (1 A = 10 ). Budući da se takvi tragovi mogu analizirati samo elektronskim mikroskopom, koristi se već gore navedeni proces jetkanja kako bi se latentni tragovi proširili i postali vidljivi i pod optičkim mikroskopom [6],[11]. Nakon obrade, površina detektora se prebrojava, vizualno ili uz pomoć odgovarajućeg softwarea (npr. Image Pro Plus) i određuje se prosječna gustoća tragova. U našem slučaju prosječna gustoća tragova iznosi = [(63394 ) ± 570] = (63370 ± 570), gdje je tzv. background, a standardnoj devijaciji pripada vrijednost od 570. Background je naziv za tragove koji su nastali uslijed pripremanja i manipulacije detektorima u laboratoriju. Pokazalo se da je taj faktor konstantan za cijeli laboratorij i iznosi 6 Eng. etch 7 Latentan = skriven 8 Swe. Ångström 7

17 = 24. To nam je dalo mogućnost izračunavanja koeficijenta osjetljivosti neutronskog dozimetra za termalne neutrone = = (7,930 ± 0,071) 10 /. Daljni postupak dobivanja vrijednosti neutronskog doznog ekvivalenta i neutronske brzine doze sažeto i u najkraćim crtama slijedi proceduru [12]: i. Nacrtamo krivulju ukupnog udarnog presjeka neutrona na boru u ovisnosti o energiji neutrona ii. Krivulju energetskog spektra neutronskog toka podijelimo u nekoliko razreda, tj. energetskih područja (ovisno o tome gdje je smješten detektor) iii. Iz krivulje udarnog presjeka procijenimo srednje udarne presjeke (za termalne neutrone) i za energetska područja iv. Odredimo koeficijente osjetljivosti za pojedina energetska područja, =, gdje je izračunat iz postupka baždarenja detektora v. Izračunamo odgovarajući neutronski tok =, (uz prethodno izmjerenu gustoću tragova ) vi. Izračunamo neutronski ambijentalni dozni ekvivalent =, gdje je konverzijski koeficijent koji je za neutrone ovisan o energiji vii. Izračunamo brzinu doze, određenu omjerom doznog ekvivalenta i vremena izlaganja: =, izraženu u /h. Slika 3. Slike dobivene sa mikroskopa uz pomoć programskog paketa QuickPHOTO Pro primjer tragova na detektorima CR-39 (lijevo) i LR 115 (desno) 8

18 2.3. Mjerne lokacije i rezultati mjerenja neutronske doze u neposrednoj blizini akceleratora Siemens Oncor od 18 MeV Lokacije za postavljanje detektora odabrane su s ciljem procjene neutronskog ambijentalnog doznog ekvivalenta i neutronske brzine doze kojoj su izloženi pacijenti tijekom terapijskog postupka i za vrijeme boravka u čekaonici, i medicinsko osoblje tijekom upravljanja radom samog akceleratora. Detektori su postavljeni na slijedeće lokacije (Slika 4.): čekaonicu, kontrolnu (radnu) sobu medicinskih tehničara, te sobu za brachy terapiju 9, koja planira početi s radom u skorije vrijeme. Prilikom posljednjih mjerenja detektori su smješteni i unutar izlaznog snopa, tj. na udaljenosti 1 od glave akceleratora. Slika 4. Prikaz radioterapijskog dijela Kliničkog Bolničkog Centra Osijek Osim pasivnim detektorima, mjerenja su vršena i uz pomoć aktivnog BIOREM RADIMETER Thermo FHT 752 detektora, koji se spaja s dodatnim uređajem, RADIAMETER Thermo FH 40 G L, koji služi za očitavanje brzine doze. Navedeni uređaj je vrlo pogodan za široki 9 Brachy terapija (eng. Brachytherapy) vrsta terapije zračenjem koja uključuje postupak postavljanja radioaktivnog izvora unutar tijela pacijenta, a koristi se najčešće za liječenje raka; ponekad se naziva i unutarnje zračenje 9

19 energetski spektar neutrona od 0,25 do 10. Princip rada gotovo je identičan prethodno opisanom pasivnom detektoru izuzev toga što se sastoji od proporcionalnog brojača ispunjenog plinom koji je u isto vrijeme i neutronski konverter i detektorski medij. Tablica 1. Izmjerene neutronske brzine doze, na pojedinim mjernim lokacijama u okolici linearnog akceleratora od 18 MeV pomoću dvije vrste neutronskih detektora, s različitim zaštitnim oplatama Naziv uređaja Vrsta detektora nuklearnih tragova Siemens Oncor 18 MeV Pasivni Aktivni 1.MJERENJE (studeni 2010.) 2.MJERENJE (veljača 2011.) 3.MJERENJE (lipanj 2011.) 4.MJERENJE (ožujak 2012.) 5.MJERENJE (ožujak 2012.) Zaštitna oplata MJERNA LOKACIJA Beton+19 cm čelika Beton+19 cm čelika+12cm čelika Beton+19 cm čelika+12cm čelika+30 cm betona Beton+19 cm čelika+12cm čelika+30 cm betona Brachy soba 72,2 m Sv/h 89,5 m Sv/h 2,5 m Sv/h 12 m Sv/h Beton+19 cm čelika+12cm čelika+30 cm betona 15,5 m Sv/h Čekaonica 158,5 m Sv/h 142 m Sv/h 1,6 m Sv/h 9,6 m Sv/h Kontrolna soba 3,13 m Sv/h 2,78 m Sv/h 1,9 m Sv/h 12,5 m Sv/h 0,2 m Sv/h 0,3 m Sv/h Snop 9,4 Sv/h (18 MeV) 2,3 msv/h 4,1 msv/h (18 MeV) (6 MeV) 49 msv/h (18 MeV) 10

20 3. Zaključak Linearni akcelerator opisan u ovome radu, punog naziva Siemens ONCOR Impression Plus 18 MeV započeo je s radom u proljeće godine u Kliničkom bolničkom centru Osijek. Kako on posjeduje veću snagu od prethodnog modela koji se upotrebljavao (Siemens MEVATRON 15 MeV) izvršena su mjerenja radi spoznaje njegovog utjecaja na pacijente i okolinu. Taj korak je izrazito važan zbog toga što precizna mjerenja mogu ukazati na potrebu za dodatnom prostornom zaštitom oko linearnog akceleratora, te koju vrstu zaštite treba priskrbiti. Postavljanje pogrešne zaštite rezultira višestrukim povećanjem doze ozračenosti onih koji se nalaze sa suprotne strane zida koji ih dijeli od akceleratora. Zaštita od fotonskog zračenja najčešće se vrši oplatama od čelika, no tada se generira dodatni val već spomenutih, neželjenih neutrona. Kako bi se otklonilo neutronsko zračenje koriste se hidrogenizirani materijali (kao što je baritni beton u našem primjeru), te parafinska zaštita (u pokretnim vratima akceleratora). U Tablici 1. ilustrirana je promjena brzine doze zračenja promjenom debljine zaštitne oplate. Uočavamo kako postupnim dodavanjem zaštitnih slojeva (svaki sloj sprječava određenu vrstu zrake) ekvivalentna doza zračenja poprima sve manje vrijednosti. Sva mjerenja su vršena uz pomoć pasivnih, osim pri zadnjem, kada se ukazala prilika korištenja aktivnog detektora. On je smješten u sam izlazni snop zračenja na udaljenosti 1 od glave akceleratora. Budući da su tad već odrađeni nužni zahtjevi oko akceleratora (sve 3 oplate su već postojale) izmjerene vrijednosti sasvim su uobičajene. Najveće doze zračenja prima medicinsko osoblje i tehničari koji upravljaju radom akceleratora. Razlog tome je konstantna izloženost zračenju (pacijenti dolaze i odlaze, borave vrlo kratko). Dobiveni rezultati kreću se oko 12 /h. Izvršimo li sada grubu pretpostavku uz velike vrijednosti (svaki medicinski tehničar dnevno radi sa 15 pacijenata, efektivno vrijeme terapije iznosi oko 2 minute, te godišnje 200 radnih dana) dobivamo godišnju efektivnu dozu koja iznosi 1,1. Dobrim mjesečnim, odnosno godišnjim planiranjem rasporeda rada djelatnika ta se doza može značajno smanjiti. 11

21 Tablica 2. Simptomi ekvivalentnih doza primljenih u jednom danu (radi usporedbe, u RH je godišnja maksimalna dopuštena vrijednost 0,001 Sv) Neutronska ekvivalentna doza (primljena u jednom danu) Simptomi Posljedice 0-0,25 Sv bez simptoma - 0,25-1 Sv 1-3 Sv 3-6 Sv 6-10 Sv neki ljudi osjete mučninu i gubitak apetita srednja do teška mučnina, gubitak apetita, infekcije teška mučnina, gubitak apetita, unutarnja krvarenja, infekcije svi gornji simptomi i dodatno oštećenje središnjeg živčanog sustava oštećenja koštane srži, limfnih čvorova, slezene teška oštećenja koštane srži, limfnih čvorova, slezene ako je doza veća od 3.5 Sv i ne liječi se pravovremeno nastupa smrt najvjerojatnija smrt Iznad 10 Sv oduzetost smrt Usporedimo li tu vrijednost sa maksimalnom dozvoljenom, koja prema zakonu o zaštiti od ionizirajućeg zračenja iznosi 1 godišnje [5], možemo ustvrditi da medicinsko i tehničko osoblje KB Osijek ne mora strahovati za svoj život. Razlog tome je taj što smo u našoj pretpostavci uzimali gotovo maksimalne vrijednosti svih varijabli koje ulaze u ekvivalentu dozu zračenja, kao što su veliki otvor kolimatora, maksimalna snaga i energija akceleratora, fiksni smjer zračenja itd. U realnim situacijama svi ti uvjeti sadrže umjerene, srednje vrijednosti i stoga ne ugrožavaju živote zaposlenika. 12

22 Popis literature: [1] American College of Radiology (ACR) and the Radiological Society of North America (RSNA); Linear Accelerator ; (2013.), URL: ( ) [2] Durrani, S.A.; Review Lecture on the Use od Solid State Nuclear Track Detectors in Radioation Dosimetry, Medicine and Biology; Proc. Intern. Sym. Appl. Techol. Ion. Rad., Vol.3, , (1982.) [3] Facure, A., Falcao, R.C., Silva, A.X., Crispim, V.R., Vitorelli, J.C.; A study of neutron spectra from medical linear accelerators; Applied Radioation and Isotopes, 62, 69-72, (2005.) [4] Hinton, T.; Radioation Effects on Plants and Animals; Radiation protection of the environment: Providing knowledge and skills to the user community, 25 November 2010 (updated 30/08/2011). [5] Institut za sigurnost Zagreb; Zakon o zaštiti od ionizirajućeg zračenja i sigurnosti izvora ionizirajućeg zračenja ; (NN 64/06), Članak 11., (2006.) [6] Khan, H.A., Khan, N.A.; Solid State Nuclear Track Detection (SSNTD): A useful scientifil tool for basic and applied research; Journal of Islamic Academy of Sciences, 2:4, , (1989.) [7] Martinez Ovalle, S. A., Barquero, R., Gomez-Ros, J.M., Lallena, A. M.; Ambient neutron dose equivalent outside concrete vault room for 15 and 18 MeV radiotherapy accelerators; Radiation Protection Dosimetry, 1 8, (2011.) [8] Martinez Ovalle, S. A., Barquero, R., Gomez-Ros, J.M., Lallena, A. M.; Neutron dose equivalent and neutron spectra in tissue for clinical linacs operating at 15, 18 and 20 MeV; Radiation Protection Dosimetry, 147, (2011.) [9] Milošević, M.; Kako rade akceleratori?; (2007.), URL: ( ) [10] National Cancer Institute; Radiation Therapy for Cancer ; (2010.), URL: ( ) [11] Nikezić, D., Yu, K.N.; Formation and growth of tracks in nuclear track materials; Materials Science and Engineering R 46, , (2004.) 13

23 [12] Silari, M.; Workplace characterisation in Mixed Nutron-Gamma Fields, specific requirements and available methods at high-energy accelerators; Radioation Protection Dosimetry, Vol. 124, No.3, , (2007.) [13] Vuković, B., Faj, D., Poje, M., Varga, M., Radolić, V., Miklavčić, I., Ivković, A., Planinić, J.; A neutron track etch detector for electron linear accelerators in radiotherapy; Radiol Oncol, 44(1): 62-66, (2010.) 14