Εξασθένηση ακτίνων Χ διαγνωστικών ενεργειών από οικοδομικά υλικά και χρήση τους ως υλικών θωράκισης σε ακτινοδιαγνωστικά εργαστήρια

Abstract

In this study a review was made of the basic principles (as these have been expressed in NCRP 49) concerning the shielding of diagnostic X-ray facilities, as well as of the modem notions that have been proposed in order to supplement and revise the methodology and the assumptions of the NCRP 49.The diagnostic X-ray attenuation properties of five building materials (Ytong, Gypsoplak Superboard, Panelcrete, Aquapanel and Betopan), were determined under broad beam (BB) and narrow beam (NB) geometry conditions. Furthermore, the diagnostic X-ray attenuation properties of plate glass, bricks and aluminium were determined under NB conditions.The dependence of the experimentally determined attenuation properties on the geometrical set-up, the equipment used and the fitting procedure was studied, as well as the possibility of inferring the attenuation properties in BB from measurements under NB conditions. Finally, the strong dependence of the attenuation properties of building materials from their composition was exhibited, verifying the results from other studies [27-29],As an application of the above measurements, tables for the calculation of minimum shielding requirements for typical cases were given, using data for the materials of this study and data from other materials found in the literature. The calculations of shielding requirements were made according to the dose limits and dose constrains valid at present [14], using software developed in Excel. This software is based, on the model of Archer et al [40] that describes the relative transmission curves, on the model of the NCRP 49 for shielding calculations for primary, secondary and leakage radiation separately and on the model of Simpkin [50] for shielding calculations from all the radiation sources simultaneously. For calculations using combination of shielding materials the model of Petrantonaki et al [57], expanded for the case of three materials, was incorporated in the software.As a conclusion, it can be said that building materials are not appropriate for primary barriers but they can be used for secondary barriers, especially in cases of low tube potentials or workloads.The application field of building materials in X-ray shielding could be expanded, should some assumptions concerning the tube potential, the use factors and the primary beam concept were revised, as it is proposed by various authors [58-61], given that the reduction of dose limits and the introduction of dose constrains, no longer justifies the conservatism that characterizes the NCRP 49.In the assumptions that should be revised, are included those concerning leakage radiation and the maximum leakage radiation allowed. The secondary shielding for low tube potentials or small fields, is essentially determined by leakage radiation and reducing the maximum leakage allowed will significantly reduce the shielding requirements.It is therefore necessary, that new data and models of independent researchers in the field of diagnostic X-ray radiation protection, to be evaluated and incorporated in a revised version of NCRP 49. The prestige of NCRP will assure the wide acceptance of the new concepts that reduce the cost of X-ray shielding without compromising the radiation protection of the X-ray departments’ stuff and of the general public.

Στη διατριβή αυτή έγινε μια ανασκόπηση των βασικών αρχών που αφορούν στις θωρακίσεις των ακτινοδιαγνωστικών εργαστηρίων (όπως αυτές εκφράστηκαν στο NCRP 49), αλλά και των πιο σύγχρονων απόψεων που προτάθηκαν τα τελευταία χρόνια με σκοπό να συμπληρώσουν και να αναθεωρήσουν τη μεθοδολογία και το σκεπτικό γενικότερα του NCRP 49.Οι ιδιότητες εξασθένησης πέντε οικοδομικών υλικών (Ytong, Gypsoplak Superboard, Panelcrete, Aquapanel και Betopan) για ακτίνες X διαγνωστικών ενεργειών, καθορίστηκαν σε συνθήκες γεωμετρίας ευρείας δέσμης (ΒΒ) και στενής δέσμης (ΝΒ). Επίσης, καθορίστηκαν σε συνθήκες ΝΒ τα δεδομένα εξασθένησης για το γυαλί (τζάμι), τα τούβλα και το αλουμίνιο.Μελετήθηκε η εξάρτηση των πειραματικά καθοριζόμενων δεδομένων εξασθένησης από τη γεωμετρική διάταξη, το χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό και τη μέθοδο προσαρμογής, όπως επίσης και η δυνατότητα να συνάγουμε τα δεδομένα εξασθένησης σε συνθήκες ΒΒ από μετρήσεις με συνθήκες ΝΒ. Τέλος, αναδείχθηκε η ισχυρή εξάρτηση των ιδιοτήτων εξασθένησης των οικοδομικών υλικών από τη σύστασή τους για ακτίνες X διαγνωστικών ενεργειών, επιβεβαιώνοντας τα αποτελέσματα άλλων εργασιών [27-29], Σε εφαρμογή των παραπάνω, συντάχθηκαν εύχρηστοι πίνακες υπολογισμού των ελάχιστων απαιτούμενων θωρακίσεων για τυπικές περιπτώσεις τόσο για τα υλικά της μελέτης όσο και για άλλα υλικά οικοδομικά ή μη που αναφέρονται στη βιβλιογραφία. Οι υπολογισμοί των θωρακίσεων έγιναν βάσει των ισχυόντων ορίων και περιοριστικών επιπέδων δόσεων [14], χρησιμοποιώντας λογισμικό που δημιουργήθηκε σε περιβάλλον Excel. Το λογισμικό αυτό στηρίζεται στο μοντέλο των Archer et al [40] για την περιγραφή των καμπύλών σχετικής διέλευσης, στο NCRP 49 [11] για τους υπολογισμούς της θωράκισης για πρωτογενή, σκεδαζόμενη και διαρρέουσα χωριστά και στο μοντέλο του Simpkin [50] για τους υπολογισμούς της θωράκισης για όλες τις πηγές ακτινοβολίας ταυτόχρονα. Για συνδυασμούς δύο υλικών θωράκισης στο λογισμικό συμπεριλήφθηκε το μοντέλο των Petrantonaki et al [57], το οποίο επεκτάθηκε και για συνδυασμό τριών υλικών.Συμπερασματικά θα μπορούσαμε να πούμε ότι τα οικοδομικά υλικά δεν είναι κατάλληλα για θωράκιση της πρωτογενούς ακτινοβολίας, μπορούν όμως να χρησιμοποιηθούν για θωράκιση της δευτερογενούς ακτινοβολίας, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις που έχουμε χαμηλές τάσεις λειτουργίας ή μικρό φόρτο εργασίας.Το πεδίο εφαρμογής των οικοδομικών υλικών στις θωρακίσεις θα μπορούσε να διευρυνθεί εφόσον αναθεωρηθούν οι παραδοχές που αφορούν στην τάση λειτουργίας, τους συντελεστές χρήσης θωράκισης και την έννοια της πρωτογενούς δέσμης, όπως προτείνεται από διάφορους ερευνητές [58-61], με δεδομένο ότι η μείωση των ορίων και η εφαρμογή των περιοριστικών επιπέδων δόσεων δεν δικαιολογεί το συντηρητισμό που χαρακτηρίζει το NCRP 49.Στις παραδοχές που αφορούν στους υπολογισμούς θωρακίσεων, θα πρέπει να συμπεριληφθούν και αυτές που αφορούν στη διαρρέουσα ακτινοβολία και στη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή της. Οι θωρακίσεις για τη δευτερογενή ακτινοβολία για χαμηλές τάσεις λειτουργίας ή μικρά πεδία ουσιαστικά καθορίζονται από τη διαρρέουσα ακτινοβολία και μείωση της μέγιστης επιτρεπόμενης τιμής της θα μειώσει σημαντικά τις απαιτούμενες θωρακίσεις.Είναι απαραίτητο λοιπόν, τα νέα δεδομένα και μοντέλα από τους ανεξάρτητους ερευνητές στον τομέα της ακτινοπροστασίας από τις ακτίνες X διαγνωστικών ενεργειών, να αξιολογηθούν και να συμπεριληφθούν σε μια αναθεωρημένη έκδοση του NCRP 49. Το διεθνές κύρος του NCRP θα εξασφαλίσει την ευρύτερη αποδοχή των νέων αντιλήψεων, οι οποίες μειώνουν το κόστος των θωρακίσεων χωρίς συμβιβασμούς στην ακτινοπροστασία των εργαζόμενων στα ακτινοδιαγνωστικά εργαστήρια και του γενικού πληθυσμού.