Household salt as an emergency radiation dosemeter for retrospective dose assessments using optically stimulated luminescence
(2014) In Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series 2014:27.- Abstract
- In the event of a radiation accident, it is crucial to make rapid estimates of the absorbed dose received by both emergency workers, so-called first responders, and members of the public. Today, only personnel in rescue teams responding to nuclear emergencies have access to individual dosemeters. To make accurate assessments of the radiological consequences of an emergency situation, methods of retrospectively determining the absorbed dose to individuals and groups of people are needed. The use of optically stimulated luminescence (OSL) in crystalline materials has been considered for retrospective dose assessment after radiation accidents during the past decade. The purpose of this work was to investigate the potential of household salt... (More)
- In the event of a radiation accident, it is crucial to make rapid estimates of the absorbed dose received by both emergency workers, so-called first responders, and members of the public. Today, only personnel in rescue teams responding to nuclear emergencies have access to individual dosemeters. To make accurate assessments of the radiological consequences of an emergency situation, methods of retrospectively determining the absorbed dose to individuals and groups of people are needed. The use of optically stimulated luminescence (OSL) in crystalline materials has been considered for retrospective dose assessment after radiation accidents during the past decade. The purpose of this work was to investigate the potential of household salt as a retrospective dosemeter for ionizing radiation using OSL. Measurements of the OSL output as a function of stimulation power, powering mode, preheating temperature, etc., have been performed, and the OSL readout sequence was optimized for salt. Furthermore, the possibility of developing a low-dose (<100 mGy) OSL readout protocol, to be employed with household salt, has been investigated, as have the signal stability and signal preservation in salt in the original salt containers. The OSL response of household salt to different photon energies has also been studied, and compared with the response in tissue-equivalent material. The investigated kinds of household salt, both sea-salt, recrystallized mine salt and non dissolved mine salt, exhibited promising dosimetric properties for low-dose applications, showing a linear dose response in the interval 1-100 mGy, and detection limits down to about 0.2 mGy. A standard SAR protocol for measuring household salt using a Risø TL/OSL-DA-15 reader for low doses was developed. This protocol was found to recover the administered dose within 10% for doses between 1 and 250 mGy for the kind of household salt most extensively studied here, and within 20% for the other three kinds. The OSL signal in household salt when stimulated with blue LEDs did not fade during storage for up to 142 days, but increased slowly during storage. Studies of different packages showed that salt in white plastic packages (although appearing opaque) showed almost complete signal loss due to optical bleaching, both in the laboratory and during field trials in a village contaminated by the Chernobyl accident. The signal appeared to be preserved for several months in salt in other types of packages, e.g. cardboard. The results of measurements using salt as a personal dosemeter in Fukushima, Japan, following the nuclear power plant accident, and in small salt containers in a village contaminated by the Chernobyl accident showed that doses as low as 100 μGy can be assessed. However, measurements of the OSL in NaCl gave a higher absorbed dose than the more tissue-equivalent TL-LiF dosemeter at lower photon energies (<300 keV). The absorbed doses obtain from OSL in NaCl require an energy-dependent conversion factor for photon energies below 600 keV. Hence, knowledge on the average photon energy at the accident site will improve the accuracy of dose estimates when using NaCl as a retrospective dosemeter. (Less)
- Abstract (Swedish)
- Popular Abstract in Swedish
Personer som arbetar med joniserande strålning inom t.ex. sjukvård, kärnteknik och forskning använder så kallade dosimetrar för att registrera hur mycket joniserande strålning (vilken stråldos) personen blivit utsatt för under ett arbetspass eller en arbetsmånad. Den stråldos som en dosimeter mäter ger ett mått på risken för eventuella sena hälsoeffekter i form av en ökad risk för cancer senare i livet. Det finns både elektroniska dosimetrar som visar stråldosen direkt och passiva dosimetrar som läses ut i efterhand.
Om det sker en olycka eller händelse som involverar oavsiktlig eller avsiktlig och illasinnad (terror) spridning av radioaktiva ämnen, kan det innebära att personer bland... (More) - Popular Abstract in Swedish
Personer som arbetar med joniserande strålning inom t.ex. sjukvård, kärnteknik och forskning använder så kallade dosimetrar för att registrera hur mycket joniserande strålning (vilken stråldos) personen blivit utsatt för under ett arbetspass eller en arbetsmånad. Den stråldos som en dosimeter mäter ger ett mått på risken för eventuella sena hälsoeffekter i form av en ökad risk för cancer senare i livet. Det finns både elektroniska dosimetrar som visar stråldosen direkt och passiva dosimetrar som läses ut i efterhand.
Om det sker en olycka eller händelse som involverar oavsiktlig eller avsiktlig och illasinnad (terror) spridning av radioaktiva ämnen, kan det innebära att personer bland allmänheten exponeras för joniserande strålning. I ett sådant läge är det viktigt att så fort som möjligt efter olyckan kunna uppskatta stråldoser till individer som normalt inte bär någon dosimeter. Om många personer väntas bli ofrivilligt exponerade för joniserande strålning är detta speciellt viktigt för att kunna ”sortera” personer efter olika stråldoser för att kunna avgöra vilken behandling som behöver sättas in, om en behandling är meningsfull eller om personen har fått en så låg stråldos att han/hon inte behöver någon behandling. Det kommer även att finnas ett behov av att minska oron bland personer i samhället eftersom själva oron ofta är betydligt större än den verkliga risken för joniserande strålning. Uppskattningar av strålningsnivån kan göras med hjälp av t.ex. mätningar med speciella instrument eller genom datorberäkningar. Nackdelen med dessa metoder är att man får en ganska osäker uppskattning av stråldosen till de drabbade individerna. En alternativ metod, som kallas för retrospektiv dosimetri, utnyttjar istället material i människans närhet, t.ex. hushållssalt, för att uppskatta stråldosen. Denna metod använder en speciell egenskap som finns hos vissa material (t.ex. hushållssalt och andra kristallina material). Dessa material sparar energi från den joniserande strålningen, vissa material kan spara energin flera hundra år medan andra bara kan spara den några minuter. När sedan materialet får ett tillskott av energi, exempelvis blir belyst eller uppvärmt, så avger det en del av den sparade energin i form av speciellt ljus som kan mätas med ett fotomultiplikatorrör (PM-rör). Mängden ljus som skickas ut från materialet är proportionellt mot hur mycket joniserande strålning som träffat materialet. Om man samlar in material som funnits i närheten av olycksplatsen eller på personer (i fickor eller handväskor) så kan man uppskatta hur mycket strålning som träffat materialet vid olyckan, och då även uppskatta hur mycket strålning som träffat personen.
I de arbeten som ingår i denna avhandling har fokus legat på att utreda om hushållssalt går att använda som en retrospektiv dosimeter för joniserande strålning. Mätningar har exempelvis gjorts av hur olika saltsorter (både hushållssalt och kemiskt rent salt) fungerar vid låga stråldoser (ner till 0.1 mGy, eller en bråkdel av den normala genomsnittliga stråldosen varje svensk får per år), hur saltet träffas av strålningen när det finns i sitt originalpaket, om signalen i saltet finns kvar efter några dagar/veckor, hur vanligt lysrörsljus påverkar signalen och hur strålning av olika energi (från olika radioaktiva ämnen) påverkar signalen. Salt har även placerats i områden som är kontaminerade efter kärnkraftsolyckor (Tjernobyl och Fukushima) för att bestråla saltet i en komplex och verklig strålningsmiljö.
Hushållssalt har stor potential att kunna användas som en retrospektiv dosimeter, även vid mycket låga stråldoser. Efter bestrålningen är det viktigt att saltet skyddas från ljus (både från olika lampor och solljus) eftersom signalen annars kan tömmas på bara några minuter, men om saltet förvaras i mörker så finns signalen kvar i flera månader. Om man vet energin på den joniserande strålningen efter en olycka så kommer uppskattningen av stråldosen till saltet att underlättas och man får en högre noggrannhet.
Fler mätningar behöver göras för att noggrannare utreda hur olika strålslag och strålningsenergier påverkar dosuppskattningen. Dessutom behöver inställningarna som används vid utläsningen av signalen i saltet optimeras vidare för att ytterligare öka potentialen för hushållsalt som retrospektiv dosimeter. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/4316959
- author
- Christiansson, Maria LU
- supervisor
- opponent
-
- Dr. Trompier, François, , Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Fontenay-aux-Roses Cedex, France
- organization
- publishing date
- 2014
- type
- Thesis
- publication status
- published
- subject
- keywords
- Optically stimulated luminescence (OSL), household salt, NaCl, retrospective dosimetry, accident dosimetry
- in
- Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
- volume
- 2014:27
- pages
- 136 pages
- publisher
- Medical Radiation Physics, Lund University
- defense location
- Lilla aulan, Jan Waldenströms gata 5, Skånes universitetssjukhus (SUS), Malmö
- defense date
- 2014-03-07 09:00:00
- ISSN
- 1652-8220
- ISBN
- 978-91-87651-51-9
- language
- English
- LU publication?
- yes
- id
- 8eed89cc-711d-4e95-8246-497f7fb70dbe (old id 4316959)
- date added to LUP
- 2016-04-01 14:58:41
- date last changed
- 2019-05-22 00:57:49
@phdthesis{8eed89cc-711d-4e95-8246-497f7fb70dbe,
abstract = {{In the event of a radiation accident, it is crucial to make rapid estimates of the absorbed dose received by both emergency workers, so-called first responders, and members of the public. Today, only personnel in rescue teams responding to nuclear emergencies have access to individual dosemeters. To make accurate assessments of the radiological consequences of an emergency situation, methods of retrospectively determining the absorbed dose to individuals and groups of people are needed. The use of optically stimulated luminescence (OSL) in crystalline materials has been considered for retrospective dose assessment after radiation accidents during the past decade. The purpose of this work was to investigate the potential of household salt as a retrospective dosemeter for ionizing radiation using OSL. Measurements of the OSL output as a function of stimulation power, powering mode, preheating temperature, etc., have been performed, and the OSL readout sequence was optimized for salt. Furthermore, the possibility of developing a low-dose (<100 mGy) OSL readout protocol, to be employed with household salt, has been investigated, as have the signal stability and signal preservation in salt in the original salt containers. The OSL response of household salt to different photon energies has also been studied, and compared with the response in tissue-equivalent material. The investigated kinds of household salt, both sea-salt, recrystallized mine salt and non dissolved mine salt, exhibited promising dosimetric properties for low-dose applications, showing a linear dose response in the interval 1-100 mGy, and detection limits down to about 0.2 mGy. A standard SAR protocol for measuring household salt using a Risø TL/OSL-DA-15 reader for low doses was developed. This protocol was found to recover the administered dose within 10% for doses between 1 and 250 mGy for the kind of household salt most extensively studied here, and within 20% for the other three kinds. The OSL signal in household salt when stimulated with blue LEDs did not fade during storage for up to 142 days, but increased slowly during storage. Studies of different packages showed that salt in white plastic packages (although appearing opaque) showed almost complete signal loss due to optical bleaching, both in the laboratory and during field trials in a village contaminated by the Chernobyl accident. The signal appeared to be preserved for several months in salt in other types of packages, e.g. cardboard. The results of measurements using salt as a personal dosemeter in Fukushima, Japan, following the nuclear power plant accident, and in small salt containers in a village contaminated by the Chernobyl accident showed that doses as low as 100 μGy can be assessed. However, measurements of the OSL in NaCl gave a higher absorbed dose than the more tissue-equivalent TL-LiF dosemeter at lower photon energies (<300 keV). The absorbed doses obtain from OSL in NaCl require an energy-dependent conversion factor for photon energies below 600 keV. Hence, knowledge on the average photon energy at the accident site will improve the accuracy of dose estimates when using NaCl as a retrospective dosemeter.}},
author = {{Christiansson, Maria}},
isbn = {{978-91-87651-51-9}},
issn = {{1652-8220}},
keywords = {{Optically stimulated luminescence (OSL); household salt; NaCl; retrospective dosimetry; accident dosimetry}},
language = {{eng}},
publisher = {{Medical Radiation Physics, Lund University}},
school = {{Lund University}},
series = {{Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series}},
title = {{Household salt as an emergency radiation dosemeter for retrospective dose assessments using optically stimulated luminescence}},
volume = {{2014:27}},
year = {{2014}},
}