T. C. ATOM ENERJİSİ KOMİSYONU

T. C.

ATOM ENERJİSİ KOMİSYONU

ANKARA NÜKLEElt AXA97IRMA MEBKEZt

of the pages in the microfiche copy of this report may not be up to the proper legibility standards, even though the best

possible copy was used for preparing

the master fiche

X--ISINLARININ,ÇEŞİTLİ PİLİTRE KALINLIKLARI İLE ETKİN,ENERJİLERİNİN (KeV) TAYİNİ

G.GÜRCAN YtİLEK - EMİNE SOYDAN

1974

Bu çalışmada ,X-ışınlarımn belirli çalışma voltajları için effektif enerjileri, yarı tabaka kalınlığından (HVL) ya­

rarlanarak tayin edilmiştir. Yarı tabaka kalınlığı cinsinden kalitenin tayini çok hassas olarak yapılamaz. Ancak X-ışm- larınm biyolojik etkileri radyasyonun kalitesine karşı çok hassas olmadığından pek çok amaç için yarı tabaka kalınlığı yardımıyla yapılan tayin yeterli görülür.

SUMMARY

The effective energies of the certain operating voltages of X-ray beam have been determined in terras of HVL. In spite of the specification of the quality of beam in terras of HVL is really a very crude one,since the biological effects of X-rays are not very sensitive to the quality of the radiation.

Therefore this method has been found satisfactory for most purposes.

GİRİŞ:

Bugün tıpta, eğitim ve araştırmada geniş bir kullanılma sahasına sahip olan X-ışmlarının çeşitli nedenlerle filit- relenraesi gereklidir. Zira hedeften, gelen filitrelenmeraiş X-ışmları demeti, elektronun bombardıman enerjisinden sıfır enerjiye kadar bütün enerjilerde fotonları ihtiva eder. Eu ge­

niş spektrumlu dagxlimm tamamının kullanılmasının tıbbi ve teknik bir takım mahsurları vardır. Şöyleki filitrelenmeraiş X-ışını demeti tıbbi maksatla kullanıldığında, iç organlara kadar geçemeyen düşük enerjili X—ışınları sadece teşhis veya tedavisi yapılan kişilerin vücut sathının maruz kaldığı rad­

yasyon dozunu ve etrafa saçılan radyasyon miktarını artırır, ayrıca sadece radyografide kullanılması halinde net bir görün­

tü temin etme ihtimalini azaltır. Bu istenmeyen düşük enerjili X-xşmları primer demet önüne yerleşxirilen filitreler vasita- sıyla tutulur. EŞitin ve araştırmada X-ışınları ile yapılan ça­

lışmalarda çok enerjili olan bu spektrumun, homojene yakın tek enerjili bir demet haline getirilmesi istenirki bu da filitre­

ler sayesinde bir dereceye kadar mümkündür. Filitreler ile tat­

bik edilen yüksek voltaj için tek enerjili fotonlar elde etmek Tiümkün ise de çok fazla kalın filtre gerektiren bu işlemde ışınlama dozu çok düşük olacakından genellikle tatbik edilen voltajın 2/3 den daha büyük enerjiye tekabül eden enerji değer­

leri elde edilecek filitrelemeye pidilmemelidir. Pilitrelenme- miş X-ışını demetinin etkin enerjisinin(KeV)pratik olarak tat­

bik edilen yüksek voltajın 1/3 e tekabül eden enerji kadar ol- luğu kabul edilir.

X-ISIHLARININ KALİTESİ:

Bir X-ışını demetinin kalitesi yarı tabaka kalınlığı ile ifade edilir. Yarı tabaka kalınlığı "Radyasyon şiddetini yarı­

ya indirmek için gerekli olan standart madde kalınlığı" dır.

Yarı tabaka kalınlığı cinsinden kalitenin tayini çok hassas olarak yapılamaz, çünkü bu tür tayinde demetteki mevcut foton- ların sayısı ve enerjisi ile ilgili bir bilgi mevcut değildir.

Kalitenin tam bir tayini için her enerji aralığmdaki mevcut X-ışını enerji miktarının bilinmesi gerekir ve bu yolla yapı­

lacak tayinler oldukça karışık hesapları gerektirir. Anoak X-ışınlarının biyolojik tesirleri radyasyonun kalitesine karşı çok fazla hassas olmadıkından pek çok maksat için bu tür karı­

şık ve zor bir tayin lüzumlu değildir. Bu bakımdan ayrı tabaka

kalınlığı cinsinden kalitenin tayini ganellikle yeterli görü­

lür .

Kullanılan muayyen KV'lara göre X-ışını demetinin HVL»nın tayini için tüpün primer ışın demeti önüne yerleştirilen çe­

şitli maddelerden yapılmış bir seri uygun filitre önünde ışın­

lama dozunun ölçülnesi ve tespj tedilen ışınlamr. dozu ile filit­

re kalınlığı arasındaki grafiklerin çizilmesi gerekir. Bu gra­

fikler üzerinden ışınlama dozunu yarıya indiren filitre kalın­

lıkları yani yarı tabaka kalınlıkları bulunur.

YARI TABAKA KALIKLIĞI İLE ETKİN ENERJİ ARASINDAKİ BASlKT*.

Belirli filitre maddeleri için (Cu,Al,Sn,Pb vs.) foton enerjileri ile kütle absorpsiyon katsayısı arasındaki bağıntı­

lar literatürde mevcuttur (I). Tablo I de belirli foton enerji­

leri için Al ve Ou filitrelerin kütle absorbsiyon katsayıları verilmiştir.

Foton Enerjisi Kütle Absorbsiyon Katsayısı cm /gr

KeV

40 50 60 80 100 150 200

Al filitre 0.553 0.360 0.270 0.198 0.169 0.130 0.122

Cu filitn 4.33 2.56 1.53 0.762 0.461 0,222 0.156

absorpsiyon katsayıları.

Kütle absorbsiyon katsayısı ile lineer absorbsiyon kat­

sayısı arasında;

bağıntısı vardır. Burada * N (i/cm) lineer absorbsiyon

- 3 -

katsayısı, (gr/cın ) absorblayıcı maddenin yoğunluğu ve -ft (cm2/gr) katle absorbsiyon katsayısıdır. \ m

Yarı tabaka kalınlığı ile lineer absorbsiyon katsayısı arasında da,

HVL , 2 ^ ^{( I I )}

bağıntısı vardır. (II) no.lu eşitlikte T¹» in (I) de değeri

yerine konulduğunda, ^ ^k

HVI = ^ (III)

*' ';»

bulunur. Belirli foton enerjileri için aliminyum ve bakırın yarı tabaka kalınlıkları Tablo-1 deki değerlerin III. denklem­

de yerine konulmasıyla elde edilmiştir (Tablo-II). Grafik-2 de alüminyum ve bakır için yarı tabaka kalınlıklarının ener­

jiye göre değişimleri verilmiştir.

Foton Enerjisi Yarı tabaka kalınlığı (cm) KeV Al filitre Cu filitre

40 50 60 80 100 150 200

Tablo-II: Al ve Cu için enerjiye bağlı yarı tabaka kalınlıkları değerleri.

0.460 0.713 0.951 1.297 1.520 1.859 2.105

0.0161

0.0303

0.0491

0.1013

0.1663

0.3495

0.4975

DENEYİN YAPILIŞI:

Deney süresince kullanılan alet ve malzemeler aşağıda kı­

saca açıklanmıştır;

1. Picker-Andrex marka endüstri tipi X-ışıra cihazı (Manual number 194.970) Kaksimum 5 mA. 200 KV gücünde tungus- ten targetli olan cihazın kolimatör ve diyaframı olmadığından, ortasında 4.5 cm çapında bir penceresi olan, 1 cm kalınlığında 15 cm çapında pirinçten bir disk kolimatör olarak hazırlanmış ve cihazın önüne monte edilmiştir. Disk üzerine filitrelerin takılmasını sağlamak maksadıyla iki pim yerleştirilmiştir.

Işınlama noktasında dedektörün ışın demetinin ekseni üzerinde olmasını sağlamak ve saçılmaların dedektör tarafından tespit edilecek miktarı* minumuma indirmek için disk üzerinle açılan pencerenin boyutlarının, ışınlama noktasında 5x5 cm^'lik bir alan verecek şekilde seçilmesi gerekir ise de Merkezimizde çok çeşitli ışınlama maksadı ile kullanılan cihaz için en çok kul­

lanılan pencere çapı olan 4.5 cm için ışınlama dozları ölçül­

müştür.

2. Pilitreler: Muayyen kalınlıkta 5 cm çaplı, çeşitli ka­

lınlıkta, kenarlarında pim}erin geçmesi için iki küçük delik bulunan alüminyum ve bakır filitreler hazırlanmıştır.

3. Parmer Secondary Standard Dosemeter Mark II: Işınlama dozunun ölçülmesinde kullanılan bu dozimetre 60 R'ne kadar öl­

çer ve hassas olarak ölçebileceği en küçük doz 5 R olduğu için deneylerde 5 R'lik ışınlama dozunu tespit etmek için gerekli olan zamanın tayini yolu seçilmiştir.

Deneyin yapılış düzeni: X--ışım cihazının targetinden 22 cm uzaklığa kolimatör takılmış ve yine cihazın targetinden 85 cm uzaklığa primer demetin eksenine dik olacak şekilde Parmer- ın thimble chamber*ı deney suresince konumu bozulmamak üzere tesbit edilmiştir. Thimble chamber ile pirimer ışın demetinin istenen şartı sağlayacak şekilde yerleştirilmiş olduğu çekilen röntgen filmi ile doğrulanmıştır. Işınlama dozunun doğruya en yakın bir şekilde olması için kolimatör ile dedektör arasındaki mesafenin en az 50 cm olması gerekir. Bu deney esnasında filit- re ile dedektör arasında 63 cm'lik bir uzaklık vardır(Şekil-I).

Deney belirli mA ve KV için çeşitli kalınlıktaki alüminyum veya bakır filitre önünde 5 R'lik ışınlama dozu teebit etmek için gerekli olan zamanın tayini ve buradan ışınlama hxzirun

- r) -

Thimble Chamber

#-30«

Primer ışın demeti

Seki1-1

hesaplanması eaasına dayanmaktadır. Aşağıda yapılan deneyler, bu deneylere a i t hazırlanan t a b l o l a r , bu tablolar yardımıyla

ç i z i l e n grafikler hakkında kısaca izahat i r i l m i ş t i r :

1. 2 mA, 70 KV ve ç e ş i t l i k a l ı n l ı k t a k i Al f i l i t r e i l e yapılan deney sonuçları Tablo-III de, 4 mA, 70 KV ve Al f i l i t r e i l e yapılan deney sonuçları Tablo-IV'dir.

Tablo-III ve IV değerleri kullanılarak ç i z i l e n e ğ r i ­ l e r Grafik-III de gösterilmektedir.

2. 4 mA, 100 KV ve alüminyum f i l i t r e l e r i l e yapılan de­

ney ö l ç ü l e r i Tablo-V'de ve Tablo-V yardımıyla ç i z i l e n eğri Grafik-IV'de gösterilmektedir.

3. 4 mA, 120 KV bakır f i l i t r e l e r i l e yapılan deney sonuç­

l a r ı Tablo-VI da ve Tablo-VI değerlerine göre ç i z i l e n eğri grafik-V de gösterilmektedir.

4. 4 mA, 150 KV ve bakır f i l i t r e l e r i l e yapılan ölçüler Tablo-VII de ve Tablo-VII değerlerine göre ç i z i l e n eğ­

r i Grafik-VI de gösterilmektedir.

5. 190 KV, 4 mA vs bakır filitreler ile yapılan ölçüler Tablo-VIII'de ve Tablo-VIII değerlerine göre çizilen

eğri Grafik-VII'de gösterilmiştir.

6. 4 mA, 190 KV ve bakır filitrelerin B konumu(filitre dedektöre yakın) için yapılan ölçüler Tablo-X de ve bu değerler kullanılarak çizilen eğri Grafik-VII'de gösterilmiştir.

SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ:

Çizilen ışınlama eğrileri üzerinde, ışınlama dozunu ya­

rıya indiren filitre kalınlıkları yani YARI TABAKA KALINLIĞI, grafikler üzerinde gösterilmiştir. Bu HVL'ların kaç KeV'e te­

kabül ettiği Grafik-II yardımıyla bulunmuştur. Şöyleki Grafik- Il'nin ordinatı üzerinde bulunan HVL'm bu noktadan X eksenine paralel olarak çizilen doğrunun eğriyi kestiği noktanın apsisi bize KeV değerini verir.

Tablo-IX değerleri için Grafik-VII de kalın çizgiler ile gösterilen eğri, filitrelerin dedektöre çok yakın konumda yer­

leştirilmelerinin filitreden saçılan radyasyonların ışınlama dozuna etkisi nedeniyle olan artmayı göstermektedir. Normal olarak bakır filitreler ile yapılan filitrelemelerde bakır fi­

litreden sonra 0.5 veya 1 mm kalınlığında alüminyum filitre konması gerekir. Bunun nedeni bakırın karakteristik X-ışmla- rını absorblarnak içindir. Yapılan çalışmada 190 KV 4 mA ve 1 mm Ou+0.5 ram Al ile bulunan yarı tabaka kalınlığı 1.45 mn Cu iken sadece 1 mm Cu filitre var iken bu değer 1.35 mm Cu olarak bulunmuştur.

REFERANS:

1. Johns Thomas, The Physics of Radiology.

- 7 -

5 R, 70 KV, 2 mA, mm Al

filitre

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Zaman 15'50"

18'

20»20"

22'55"

26'10"

28'50"

31'45"

35'40"

83 cm Exp. Rat-

mR/sn 5.26 4.63

4.1

3.65 3.20 2.89 2.63 2.34

Alüminyum '.

e HVL nun al

2.8 3.0 3.2 3.5 3.7 3.9 4.2 4.5

Pilitre E etkin

(KeV) 2?

33 34 35 36 37 38 39 T a b l o - I I I : 2 mA, 70 KV ve ç e ş i t l i kalınlıktaki Al

f i l i t r e l e r i l e yapılan rîeney sonuçları.

5 R,

mm Al filitre

0 1 2 3 4 6 8 10

70 KV,

Zaman 10'55"

15»10"

19'

22'30"

29'30"

41'10"

50'40"

66'50"

4 mA, 83 cm Exp.Rate

mR/sn 7.64 5.49 4.39 3.70 2.82 2.02 1.65 1.25

Alüminyum HVL mm Al

2.5 3.2 3.7 4.4 4.8 5.8

Pilitre

KeV 32 34 36 39 41 45

Tablo-IV: 4 mA, 70 KV ve ç e ş i t l i kalınlıktaki Al f i l i t r e l e r

i l e yapılan deney sonuçları.

5 R, nun Al f i l i t r e

0 1 2 3 5 8 11

100 KV, i

Zaman 4 ' 1 5 "

5 ' 15"

6'20"

7 ' 4 0 "

1 0 ' 0 0 "

14»10"

1 9 ' 1 0 "

t mA, 83 cm Exp.Rate

iaR/sn 1 9 . 6 1 5 . 9 13.2 1 0 . 9 8.3 5.9 4.4

Alüminyum P i l i t r e HVI

ram Al 3.4 4 . 1 4 . 8 5.4 6.7

KeV 35 38 41 43 49

.

Tablo-V: 4 mA, 100 KV ve ç e ş i t l i k a l ı n l ı k t a k i Al fllitrete-r i l e yapılan deney s o n u ç l a r ı .

5 R, mm Cu f i l i t r e

0 1.07 2.09 3.16 2.09

0.5 tam Al

120 KV, 4

Zaman

18'20"

47'20"

77100"

52»30"

mA, 83 cm Exp.Rate

mR/sn 2 6 . 1

4 . 5 1.7 1.1

B a k ı r P i l i t r e

™\ KeV

mm Cu

0 . 3 50 0 . 7 70

Tablo-VI; 4 mA, 120 KV ve ç e ş i t l i k a l ı n l ı k t a k i Cu f i l ı t -

r e l e r i l e yapılan deney s o n u ç l a r ı .

- 9 -

5 R, mm Cu filitre

0 1.0?

2.09 3.16 4.21 5.28 5.28 + 2 mm Al

150 KV,

Zaman 2' 30"

8'15"

19'20"

30'30"

41»45- 62»

74'

4 mA

83 cm Exp.Rate

mR/'sn 33.3 10.1 4.31 2.73 2.0 1.34

Bakır Pil:

HVL mm Cu

0.55 0.8 1.5 2.4

itre

KeV 6?

77 95 122

T a b l o - V I I : 4 mA, 150 KV ve ç e ş i + l i k a l ı n l ı k t a k i Cu f i l i t - r e l e r i l e y a p ı l a n deney s o n u ç l a r ı .

5 R, 190 KV, 4 mA, 83 era Bakır F i l i t r e mm Cu

f i l i t r e

1.07

3.16 5.28 7 . 4 9

.ajL

12.02

Zaman Exp.Rate mR/sn 1'10» 71.43

y*r.

6'00"

24.39 13.89

9.26 1 7 ' 3 0 "

2 8 ' 0 0 "

4.76

ia'iQ".. igL

1.57

HVL ram Cu

2.6

Jul.

A . 6

KeV 0.45 60_

1.35 9Q_

1.60 105 2.15 114

127, 140

±& 15L

T a b l o - V I I I : 4 mA, 190 KV ve ç e ş i t l i k a l ı n l ı k t a k i Cu f i l i t -

r e l e r i l e y a p ı l a n deney s o n u ç l a r ı .

5 R,

mm Cu f i l i t r e

0 1.07 2.09 3.16 4.21 5.28

190 KV, 4

Zaman İ ' I O "

3'00"

4 ' 3 5 "

7'20"

9

40"

13'50"

mA, 83 cm

Exp. Rate mE/sn 71.43 28 1 8 . 1 11.3 8.6 6.0

Bakır F i l i t r e ( D e d e k t ö r e yakın) HVL

mm Cu 0.85 1.5 1.9 2 . 1

- -

KeV 75 95 107 112

- -

Tablo-IX: 4 mA, 190 KV ve çeşitli kalınlıktaki Cu filitreler ile yapılan deney sonuçları.

-P

*f(KeV)

Alüminyuın= 2.70 gr/cm"

= 8.93 g r / c n r

Etkin Enerji (KaV)

GRAFİK-I

HVl(min) = f(KeV)

Alüminyum

> Bakır

ıdo

GRAFİK-2

150

Etkin Enerji

(KeV)

,7.64

Aliminyum HVL Filtre(mm) mn Cu

0 1 2 3 4 5 6

2.5 3.2 3.7 4.4 4.8 5.3 5.8

32 34 35 39 41 43

1

5 6

GRAFİK-III

—r- 7

i i 1 1 —

9 10 11 12 Filtre Kalınlığı

mm LI

13

\

10 4

e +»

c-3

S

\ l . 6

2 3 4 5 6

4.8 5.4 6.2 6.7 7-6

41 43 46 45 53

10l

T

9

T ' 1

10 11 12 13 h f i l t r e kalınlığı(mm Al)

T 11

ı 2

GRAPIK-IV

10

26.6 i

nun Cu

0 0.5 1.0 1.5 1.8

HVL mm Cu

.3 .5 .7 1.2 1.7

KeV 50 60 70 85 100

Filtre kalınlığı

mm Cu

GRAFİK-V

1 2 3

0.9 1.5 2.4

77 95 122

I T

Filtre Kalinli nun Cu GRAFIK-VI

Işınlaun» Hısı (Ebcp.Rato) mR/sn

O

e i t*.

M -

ı*>_

• P - -

•ti W N ^ O

£

U / C J l V J N I - ' t - ' O S

• • • » • • •

0 \ H W H « U ı O O KJI y t y i {!

t~" *-> M H> •"» \ o «

uı •*» (v) w O O 9