في الأيام الأولى لاستخدام الأشعة السينية للتشخيص والعلاج، جرت محاولات لقياس الإشعاع المؤين على أساس التأثيرات الكيميائية والبيولوجية. على سبيل المثال، يمكن أن ترتبط التأثيرات الإشعاعية على المستحلبات الفوتوغرافية والتغيرات في لون بعض المركبات الكيميائية واحمرار الجلد البشري بكمية الإشعاع الممتص. ومع ذلك، لم تكن هذه التأثيرات مفهومة جيدًا في ذلك الوقت ويمكن أن توفر فقط تقديرًا أوليًا لجرعة الإشعاع.
الأشعة المؤينة
في العلاج الإشعاعي تم تعريف وحدة تسمى حمامي الجلد على أنها تلك الكمية من الإشعاع (X أو G) التي أنتجت للتو احمرار جلد الإنسان. ومع ذلك، فإن الوحدة لديها العديد من العيوب، كما تعتمد احمرار الجلد على العديد من الحالات، مثل نوع الجلد وجودة الإشعاع ومدى تعرض الجلد وتجزئة الجرعة (الجرعة لكل جزء والفاصل الزمني بين الكسور) والاختلافات بين تفاعلات الجلد المبكرة والمتأخرة.
على الرغم من التخلص من حمامي الجلد لاحقًا لصالح وحدة قابلة للقياس بشكل أكثر دقة مثل (roentgen)، فقد استخدم الأطباء حُمامي الجلد كمؤشر تقريبي للاستجابة لالعلاجات الإشعاعية. حدث هذا في العصر التقويمي عندما كان الجلد هو العضو المحدد لإيصال جرعات مبيدات الأورام، كان لا بد من التخلي عن الاعتماد على تفاعل الجلد في تقييم الاستجابة الإشعاعية عندما تصبح الحزم ذات الجهد العالي مع الروابط المناسبة التي تحافظ على الجلد هي الأدوات الرئيسية للعلاج الإشعاعي.
roentgen هي وحدة قياس قديمة للتعرض للأشعة السينية وأشعة جاما وتُعرَّف على أنها الشحنة الكهربائية المحررة.
غرفة التأين القياسية
غرفة التأين في الهواء الحر أو القياسية، هي أداة تستخدم في قياس التعرض في (roentgen) وفقًا لتعريفها. بشكل عام، يتم استخدام مثل هذا المعيار الأساسي فقط لمعايرة الأدوات الثانوية المصممة للاستخدام الميداني. وبالتالي فإن تركيبات غرفة الهواء الحر محصورة بشكل أساسي في بعض مختبرات المعايير الوطنية، كما يتم تمثيل غرفة الهواء الحر بشكل تخطيطي ويتم تعريف حزمة الأشعة السينية التي تنشأ من نقطة بؤرية، بواسطة الحجاب الحاجز وتمر بشكل مركزي بين زوج من الصفائح المتوازية.
يتم تطبيق جهد عالي (شدة مجال بترتيب 100 فولت / سم) بين الألواح لتجميع الأيونات المنتجة في الهواء بين الألواح، كما يتم قياس التأين لطول محدد بواسطة خطوط القوة المحددة على حواف لوحة التجميع، خطوط القوة تكون مستقيمة ومتعامدة مع المجمع بواسطة حلقة حماية، كما يجب أن تنفق الإلكترونات التي تنتجها حزمة الفوتون بالحجم المحدد كل طاقتها عن طريق تأين الهواء بين الصفائح.
كما يمكن أن توجد مثل هذه الحالة فقط إذا كان مدى الإلكترونات المحررة بواسطة الفوتونات الساقطة أقل من المسافة بين كل لوحة والحجم المحدد. بالإضافة إلى ذلك، من أجل وجود التوازن الإلكتروني، يجب أن تظل شدة الحزمة (تأثير الفوتون لكل وحدة زمنية) ثابتة عبر طول الحجم المحدد ويجب أن يتجاوز الفصل بين الحجاب الحاجز ومنطقة تجميع الأيونات نطاق الإلكترون في الهواء.
تتطلب القياسات الدقيقة بغرفة تأين خالية من الهواء عناية كبيرة. تتضمن بعض التصحيحات التي يتم تطبيقها عادةً:
- تصحيح توهين الهواء.
- التصحيح لإعادة تركيب الأيونات.
- تصحيح تأثيرات درجة الحرارة والضغط والرطوبة على كثافة الهواء.
- تصحيح التأين الناتج عن الفوتونات المتناثرة.
هناك قيود على تصميم غرفة الهواء الحر لقياس الأشعة السينية لحزم الأشعة السينية عالية الطاقة. مع زيادة طاقة الفوتون، يزداد نطاق الإلكترونات المحررة في الهواء بسرعة، هذا يستلزم زيادة في فصل اللوحات للحفاظ على التوازن الإلكتروني. ومع ذلك، فإن الفصل الكبير جدًا يخلق مشاكل في المجال الكهربائي غير المنتظم وإعادة تركيب أيون أكبر. على الرغم من أنه يمكن تقليل فصل الألواح باستخدام الهواء عند ضغوط عالية، إلا أن المشكلات لا تزال قائمة فيما يتعلق بتوهين الهواء وتشتت الفوتون وتقليل كفاءة جمع الأيونات.
غرف التأين بالهواء الحر
غرف التأين بالهواء الحر حساسة للغاية وضخمة للاستخدام الروتيني وتتمثل وظيفتها الرئيسية في مختبرات التوحيد القياسي حيث يمكن استخدامها لمعايرة الأدوات الميدانية مثل غرفة كشتبان، يظهر حجم كروي من الهواء مع وجود تجويف هوائي في المركز.
لنفترض أن هذا المجال من الهواء يتم تشعيعه بشكل موحد باستخدام حزمة الفوتون. افترض أيضًا أن المسافة بين الكرة الخارجية والتجويف الداخلي تساوي النطاق الأقصى للإلكترونات المتولدة في الهواء، إذا كان عدد الإلكترونات التي تدخل التجويف هو نفسه الذي يترك التجويف، فإن التوازن الإلكتروني موجود.
افترض أيضًا أننا قادرون على قياس شحنة التأين الناتجة في التجويف بواسطة الإلكترونات المحررة في الهواء المحيط بالتجويف. بعد ذلك، من خلال معرفة حجم أو كتلة الهواء داخل التجويف، يمكننا حساب الشحنة لكل وحدة كتلة أو تعرض الحزمة في مركز التجويف. الآن إذا تم ضغط جدار الهواء في غلاف صلب، فإننا نحصل على غرفة كشتبان.
على الرغم من أن الجدار الكشتباني صلب، إلا أنه مكافئ (أي أن العدد الذري الفعال له هو نفسه رقم الهواء). بالإضافة إلى ذلك، فإن سماكة جدار الكشتبان تجعل التوازن الإلكتروني يحدث داخل التجويف.
جدار الغرفة
السطح الداخلي لجدار الكشتبان مطلي بمادة خاصة لجعله موصلاً كهربائياً، هذا يشكل قطب كهربائي واحد. القطب الآخر عبارة عن قضيب من مادة ذات عدد ذري منخفض مثل الجرافيت أو الألومنيوم محتجز في وسط الكشتبان ولكن معزول كهربائيا عنه، كما يتم تطبيق جهد مناسب بين القطبين لتجميع الأيونات المنتجة في تجويف الهواء، إن معظم التأين الناتج في هواء التجويف ناتج عن الإلكترونات التي يتم تحريرها في الجدار المحيط (لما لا يقل عن 2 فوتون إلكترون فولت) وتدخل إلى تجويف الهواء.
لذلك، لكي تكون غرفة الكشتبان معادلة لغرفة الهواء الحر، يجب أن يكون جدار الكشتبان مكافئًا للهواء، كما تضمن هذه الحالة أن يكون طيف الطاقة للإلكترونات المحررة في جدار الكشتبان مشابهًا لذلك الموجود في الهواء.
لكي تكون حجرة الكشتبان مكافئة للهواء، يجب أن يكون العدد الذري الفعال لمادة الجدار والقطب المركزي بحيث يتصرف النظام ككل مثل غرفة الهواء الحر، كما تصنع مواد الجدار الأكثر استخدامًا إما من الجرافيت (الكربون) أو الباكليت أو البلاستيك المطلي من الداخل بطبقة موصلة من الجرافيت أو من خليط موصل من الباكليت والجرافيت. العدد الذري الفعال للجدار بشكل عام أقل بقليل من الهواء. إنه أقرب إلى الكربون (Z = 6).
نتيجة لذلك، يجب أن يؤدي هذا الجدار إلى تأين أقل في تجويف الهواء من جدار الهواء الحر. ومع ذلك، فإن العدد الذري الأكبر للقطب المركزي وأبعاده وهندسة الموضع داخل الكشتبان يمكن أن يوفر تعويضًا عن العدد الذري المنخفض للجدار.
