مقياس جرعات من ألياف الكوارتز

مقياس جرعة الألياف الكوارتزية ، والذي يُسمى أحيانًا مقياس جرعة الجيب ذاتي الإشارة ( SIPD ) أو مقياس جرعة الجيب ذاتي القراءة ( SRPD ) أو مقياس إلكتروتر الألياف الكوارتزية ( QFE )، هو نوع من مقاييس جرعة الإشعاع ، وهو جهاز يشبه القلم يقيس الجرعة التراكمية للإشعاع المؤين الذي يتلقاه الجهاز، عادةً خلال فترة عمل واحدة. يُثبّت هذا الجهاز على ملابس الشخص، عادةً في جيب الصدر لقياس التعرض الإشعاعي لكامل الجسم، وذلك لقياس تعرض المستخدم للإشعاع.

يتم الآن استبدالها بأنواع أكثر حداثة من أجهزة قياس الجرعات مثل جهاز قياس الجرعات الشخصي الإلكتروني (EPD).

كما هو الحال مع أنواع أخرى من أجهزة قياس جرعات الإشعاع الشخصية ، يرتديه العمال المعرضون للإشعاع في عملهم، ليتمكن أصحاب العمل من تسجيل تعرضهم للإشعاع والتأكد من أنه أقل من الحدود القانونية المحددة. ويعمل الجهاز عن طريق قياس انخفاض الشحنة الكهروستاتيكية على موصل معدني في غرفة التأين ، نتيجة لتأين الهواء داخل الغرفة بفعل الإشعاع. وقد اخترعه تشارلز لوريتسن عام ١٩٣٧. ^{[ ٢ ]}

يجب إعادة شحن مقياس الجرعات بشكل دوري لاستعادة قراءة الصفر بعد التعرض للإشعاع. تُقرأ القراءة عادةً فور الاستخدام، وتُسجل الجرعة لتوثيق تعرض المستخدم. في بعض المؤسسات، يقتصر امتلاك جهاز إعادة الشحن على أخصائيي الفيزياء الصحية لضمان دقة تسجيل التعرضات. يحتوي الجهاز على مجهر منخفض التكبير وعدسة إضاءة تسمح بقراءة التعرض مباشرةً في أي وقت عن طريق توجيه عدسة الإضاءة نحو مصدر ضوء والنظر من خلال المجهر.

الجهاز حساس بشكل أساسي لأشعة غاما والأشعة السينية ، ولكنه يكشف أيضاً عن إشعاع بيتا الذي تزيد طاقته عن 1 ميغا إلكترون فولت . وقد تم تصنيع نسخ حساسة للنيوترونات . ^{[ 1 ]} 

تُصنع أجهزة قياس الجرعات المصنوعة من ألياف الكوارتز بنطاقات مختلفة. عادةً ما تصل نطاقات التعرض المهني في وقت السلم إلى 500 ملي ريم (5 ملي سيفرت)، وهو ما يتجاوز الجرعة السنوية الطبيعية في الولايات المتحدة البالغة 360 ملي ريم (3.6 ملي سيفرت). أما أجهزة قياس التلوث الإشعاعي في وقت الحرب، فتقيس ما يصل إلى 500 ريم (5 سيفرت)، وهي تقريبًا الجرعة المميتة.      

جهاز الألياف الكوارتزية هو تصميم قديم لمقياس الجرعات. ويعاني من هذه العيوب: ^{[ 3 ]}

• دقة منخفضة: بسبب التصميم الميكانيكي التناظري، تبلغ الدقة حوالي 15٪، وهي أقل من أجهزة قياس الجرعات الأخرى.
• أخطاء القراءة: بما أنه لا يمكن قراءته إلا يدوياً، فهو عرضة لأخطاء القراءة البشرية.
• نطاق ديناميكي ضيق : يتحدد نطاق الجهاز بشحنة القطب الكهربائي. بمجرد نفاد الشحنة، يتوقف الجهاز عن تسجيل التعرض. هذا يعني أن جرعات الإشعاع الكبيرة غير المتوقعة قد تُشبع بسرعة الأجهزة المصممة لرصد مستويات التعرض المنخفضة المعتادة.

تُعالج مشكلة حساسية الجهاز للرطوبة بفصل دبوس الشحن عن حجرة التأين بفجوة صغيرة. يُضغط الجهاز بقوة على الشاحن، مما يُغلق الفجوة ويسمح بإعادة ضبط مقياس الجرعات. يؤدي تحرير مقياس الجرعات إلى فصل دبوس الشحن عن حجرة التأين، ولكنه يُحدث تغييرًا طفيفًا في الصفر يصعب التنبؤ به.

مقياس الجرعات المصنوع من ألياف الكوارتز هو شكل متين من جهاز يُسمى منظار لوريتسن الكهربائي . ^{[ 3 ] [ 4 ]} يتكون من أسطوانة محكمة الإغلاق مملوءة بالهواء تُسمى غرفة التأين . يوجد بداخلها شريط قطب كهربائي معدني متصل بطرف في نهاية القلم لإعادة الشحن. الطرف الآخر من القطب الكهربائي متصل به ليف كوارتز مطلي بالذهب ، ويكون في وضع السكون موازيًا للقطب الكهربائي. نهايتا الغرفة شفافتان، ويتم تركيز المجهر على الليف.

أثناء إعادة الشحن، يطبق الشاحن جهدًا عاليًا مستمرًا ، يتراوح عادةً بين 150 و200  فولت، ^{[ 1 ]} على القطب الكهربائي، مما يشحنه بشحنة كهروستاتيكية. تتنافر ألياف الكوارتز، التي تحمل الشحنة نفسها، مع سطح القطب الكهربائي بفعل قوة كولوم ، وتنحني بعيدًا عنه. بعد الشحن، تبقى الشحنة على القطب الكهربائي لأنه معزول.

عندما يمر جسيم من الإشعاع المؤين عبر الحجرة، يصطدم بجزيئات الهواء، فينتزع منها الإلكترونات، مُكوّنًا ذرات ( أيونات ) موجبة وسالبة الشحنة في الهواء. تنجذب الأيونات ذات الشحنة المعاكسة إلى القطب الكهربائي، مُعادلةً جزءًا من شحنته. يُقلل انخفاض الشحنة على القطب من القوة المؤثرة على الليف، مما يدفعه للتحرك عائدًا نحو القطب. يُمكن قراءة موضع الليف من خلال المجهر. يوجد خلف الليف مقياس مُدرّج بوحدات الإشعاع، حيث تكون نقطة الصفر عند موضع الليف عندما يكون مشحونًا بالكامل.

بما أن كل جسيم إشعاعي يسمح بتسرب كمية معينة من الشحنة من القطب، فإن موضع الليف في أي لحظة يمثل الإشعاع التراكمي الذي مر عبر الحجرة منذ آخر عملية إعادة شحن. وتعيد عملية إعادة الشحن الشحنة المفقودة، وتعيد الليف إلى موضع انحرافه الأصلي.

الشاحن عبارة عن صندوق صغير، يعمل عادةً ببطارية. يحتوي على دائرة إلكترونية ترفع جهد البطارية إلى الجهد العالي اللازم للشحن. يحتوي الصندوق على أداة تثبيت تتطلب الضغط على طرف مقياس الجرعات على قطب الشحن . تتضمن بعض الشواحن ضوءًا لإضاءة قطب القياس، مما يسمح بإجراء القياس والتسجيل وإعادة الشحن بحركة واحدة بسيطة.

تُصنع الوحدات ذات النطاقات الأوسع بإضافة مكثف موصول بين القطب الكهربائي والهيكل. يخزن المكثف كمية أكبر من الشحنة على الجهاز عند تطبيق جهد معين على القطب الكهربائي. وبما أن كل جسيم إشعاعي يسمح بتسرب كمية ثابتة من الشحنة، فإن تحريك الليف مسافة معينة يتطلب عددًا أكبر من الجسيمات الإشعاعية.

استُخدم نوعٌ من مقياس الجرعات المذكور أعلاه، يفتقر إلى خاصية القراءة الذاتية، ويُعرف باسم غرفة التأين الجيبية أو ببساطة غرفة التأين الجيبية، على نطاق واسع في مشاريع الحكومة والجيش خلال الحرب العالمية الثانية وما بعدها، ولا سيما مشروع مانهاتن . ^{[ 1 ]} يتكون هذا النوع من غرفة تأين بسيطة مزودة بقطب كهربائي يمتد في مركزها، ولكنه لا يحتوي على مكشاف كهربائي للقراءة. بدلاً من ذلك، تُقرأ الجرعة الإشعاعية عن طريق توصيل الجهاز بمقياس /شاحن كهربائي دقيق منفصل ، يقيس انخفاض الشحنة على القطب ويعرضها على شاشة، قبل إعادة شحن القطب. تميزت هذه الأجهزة ببساطتها ومتانتها وانخفاض تكلفتها مقارنةً بنوع المقياس الكهربائي، ولكن كان من عيوبها (التي اعتُبرت مرغوبة في بعض التطبيقات العسكرية) عدم إمكانية قراءة الجرعة الإشعاعية من قِبل المستخدم دون وجود المقياس/الشاحن الكهربائي. لم تعد هذه الأجهزة تُستخدم حاليًا.

جهاز مشابه، يُستخدم مع نفس الشاحن، هو مقياس معدل الإشعاع . يُعد هذا الجهاز وسيلة غير مكلفة لفرق الدفاع المدني لقياس معدلات الإشعاع. يتم قياس معدل تغير قراءة المقياس خلال فترة زمنية محددة بعد شحنه. عادةً ما يتم قياس الإشعاع الكثيف خلال ثلاثين ثانية، والإشعاع الخفيف خلال عشر دقائق. يحتوي المقياس على مقياسين داخليين يقيسان تدفق الإشعاع مباشرةً بوحدة ريم لكل فترة.

• عداد جايجر
• عداد الوميض

• قائمة مصورة لأجهزة قياس جرعات الإشعاع