طبقة نصف القيمة في المصادر المشعة Half value layer HVL

طبقة نصف القيمة Half value layer HVL في المصادر المشعة هو نظام هندسي وضع لتحديد عرض المادة المطلوبة لاضعاف وتوهين وتقليل كمية الاشعة السينية X-Ray او اشعة جاما gamma-ray الى نصف قيمتها الاصلية اثناء انتشارها في الهواء ، وهندسيا HVL ينطبق على حزم الاشعة الضيقة فقط ، لان حزم الاشعاع العريضة ستشهد درجة كبيرة جدا من الانتشار مما يقلل فرصة اضعاف الاشعة باستخدام نظام طبقة نصف القيمة HVL.

ويعبر استخدام طبقة نصف القيمة Half value layer HVL كا مقياس غير مباشر للطاقة الفوتونية او صلابة الاشعاع باستخدام طبقات الالومنيوم / المليمترات وعلى العموم هذا الموضوع يرتبط بمعامل التوهين الخطي (μ) الذي تم شرحه سابقا.

مقدمة بسيطة عن اختبار طبقة نصف القيمة HVL  كيف ولماذا

ان الغرض من اجراء اختبار طبقة نصف القيمة HVL غامض نسبيا لبعض الناس وفيما يلي تفسير لكل شيئ قد تحتاجه في حياتك العملية ، وفي اغلب مواضيع مدونة عقل المهندس انا بحاول ديما استخدام لغة سهلة عن لغة الفيزيائيين الغير مفهومة لتوضيح العلاقة والسبب لجعل استعياب المعلومة منطقيا.

في الاساس تم اجراء اختبار طبقة نصف القيمة HVL لتحديد ما اذا كان هناك ما يكفي من الاشعاع التي تنتجها وحدات انظمة مصادر الاشعاع الفردية ، في جودة الصور الشعاعية ، تشخيص وتفسير الصور الشعاعية ، مع ضرورة عدم تعريض المريض لمزيد من الاشعاع.

فجميع انظمة التصوير الشعاعي تنتج مستويات مختلفة من الاشعاع حتى وان كانت من نفس النوع او متطابقة في جميع عوامل التقنيات ، والسبب في اختلاف مستوى الاشعاع يعود الى انبوب الاشعة السينية ، وبالتالي كان لابد من تحديد طريقة مقبولة لقياس هذه الاختلافات وتم تسميتها باسم طبقة نصف القيمة Half value layer HVL.

على سبيل المثال : يتم استخدام نوع محدد من الاشعة السينية بقدرة ٨٠ كيلو فولت لاخذ عدد ٢ مقياس للتعرض ويتم قياس جرعة الاشعاع في المرحلتين حسب الاتي

• الطلقة الاولى للاشعاع بدون وضع اي الواح
• الطلقة الثانية للاشعاع سيتم وضع بعض الواح الالمونيوم لتخفيف معدل الجرعة

عند اجراء الاختبار يتضح اننا سنحتاج الى ٣ مم من الواح الالمونيوم لانقاص قيمة الطلقة الاولى الى نصف قيمتها الاولية ، ولكن يجب معايرة اجهزة الاشعة للتآكد من صحة نتائج اختبار HVL.

في الحقيقة هناك منظومة معينة للمعايرة بحيث يتم وضع اوراق صغيرة من الالمونيوم  بسمك 0.05 مم الى ٢مم بين انبوب الاشعة ومقياس الاشعاع المؤين ثم يتم جمع سمك اوراق الالومنيوم اللازمة لإنقاص كثافة الاشعاع الى نصف قيمتها الاصلية ، وبالطبع هناك عدة اختبارات للوصول الى قيمة نصف المصدر. وكلما زاد الكيلو فولت زادت كميات الالومنيوم وهكذا.

وبالتالي يتم تدريب فني الاشعة على كيفية تحديد عدد اوراق الالمونيوم المستخدمة لانتاج صورة شعاعية عالية الجودة اعتمادا على حجم الاختبار او حجم المريض وبالتالي فان استخدام نظام الطبقة HVL سوف ينتج ما يكفي من الاشعاع لاناتج صورة جيدة دون ان يتعرض المريض للاشعاع بصورة مبالغ فيها.

ومع وجود مشاكل في اختلاف الجهد والتيار من دولة الى اخرى قرر الفيزيائيون قرارا تعسفيا ان يكون هذا النظام معيار عالمي لتحديد ما اذا كانت اجهزة اشعة اكس تعمل بشكل صحيح ام لا ، و في نهاية الموضوع كان الغرض من ذلك تسليم اجهزة الاشعة السينية الى المستشفيات في حالة مستقرة وعلى مستويات ثابتة من الاداء في جميع حالات التعرض.

ولمزيد من المعلومات حول التقنيات المتعلقة بهذا الاختبار في مجال الطب يمكنك البحث عن الجمعية الامريكية للفزيائيين في الطب بالانجليزية the American Association of Physicists in Medicine recommends ، ولكن للمعلومات العامة تم التوصية باستخدام الاشعة السينية بقدرة ٨٠ كيلوا فولت وشدة التيار بين ٢٠٠ الى ٤٠٠ امبير ووقت التعرض للاشعاع يكون اكبر من ٥٠ ملي ثانية، اعتمادا على نوع الاختبار كمثال تصوير الثدي يحتاج تعرض اكبر من تصوير مناطق اخرى وهكذا. وفيما يلي توضيح لنظام hvl

العمليات الحسابية لحساب طبقة نصف القيمة في التصوير الصناعي HVL

في موضع سابق تكلمنا عن اضمحلال المصادر المشعة و حتي تتمكن من المتابعة عليك مراجعة المقالات السابقة عن حساب نصف القوة التى يسافر بها الاشعاع وكيف يتم توهين الاشعاع اثناء عمليات التشغيل. ومفهو نصف الطبقة في المصادر المشعة هو ان اي مادة من المصادر المشعة تفقد ٥٠٪ من الطاقة عند تمريرها خلال مادة اخرى وهو مصطلح يعبر عن وحدات المسافة التي تقطعها الفوتونات بالمليمتر او السنتيمتر وكما ذكرنا سابقا ان اختراق الفوتونات تتناسب عكسيا مع معامل التوهين الخطي وتربط اثنين من القيم التي تم الحصول عليها في مقال معامل التوهين الخطي و في المعادلة التالية اذا تم توصيل الطاقة بواقع ١ والطاقة المنقولة بواقع 0.5 = 0.693 يكون معامل الضعف ثابت cm^{-1 لكل واحد سم} 

اذا كانت X هي قيمة HVL فالوقت بالدقيقة لابد ان يتم تحويله الى 0.693  لان هذا الرقم هو نفسه قيمة الاس الذي يعطي قيمة 0.5 ويكون ارتباط الوقت مع HVL حسب الاتي

ولان كثيرا ما يتم استخدام قيمة نصف الطبقة HVL في التدريع والوقاية اثناء عمليات التصوير بالاشعة وبالتالي سيكون من السهل اجراء عمليات حسابية بسيطة للدروع الواقية من الاشعاع وفي الشكل ادناه يوضح كيف يتم تحديد طبقة نصف القيمة في المصادر المشعة Half value layer HVL في الكميات والمواد اللازمة لتخفيض كثافة وقوة الاشعاع التي قد تصل الي قيمة اقل من ١٪ من قوة الاشعاع الاصلية

المعادلات الاتية تستخدم في حساب نسبة خفض القوة او زيادة القوة في الاشعاع الناتج من سفر الاشعة خلال سمك جدار معين من المادة  لمعرفة طبقة نصف القيمة HVL – او استخدامها في تحديد سمك المواد اذا كان طبقة نصف القيمة معروفة.

جداول طبقة نصف القيمة في المصادر المشعة Half value layer HVL

توضح الجداول ادناه المواد المستخدمة في التدريع والوقاية من المصادر المشعة وحساب طبقة نصف القيمة في المصادر المشعة Half value layer HVL و يمكن العثور عليها من خلال المواصفات والمعايير المختلفة في مجال النشاط الاشعاعي او الاختبارات غير الاتلافية وفي هذه البيانات توضيح  لاهم المصادر التي  يتم استخدامها في عمليات التصوير باستخدام اشعة جاما والاشعة السينية.

جدول النسب التقريبية عند استخدام طبقة نصف القيمة HVL  لاشعة جاما

جدول النسب التقريبي عند استخدام Half-Value Layer HVL في الاشعة السينية

هناك العديد من مصادر الوقاية من الاشعاع و ان ما تم ذكره في موضوع طبقة نصف القيمة في المصادر المشعة Half value layer HVL عن المعادلات الحسابية كان من باب العلم بالشيئ لفني التصوير بالاشعة مع العلم ان جميع المعادلات تخضع لقانون بير لامبيرت وسوف يكون لنا لقاء اخر عن كيفية التدريع في دورات الوقاية من الاشعة.