ASSESSMENT OF INTERMEDIATE GAMMA RADIATION DOSE AND ITS UNCERTAINTY IN TOOTH ENAMEL BY ESR *

HASSAN, G.M.⁽¹⁾, ABOELEZZ, E.⁽¹⁾, EL-KHODARY, A.⁽²⁾ and EISSA, H.M.⁽¹⁾

(1) National Institute of Standards, Giza and (2) Physics Department, Faculty of Science, Mansoura University, Mansoura, Egypt.

Key words: Irradiated tooth, Tooth enamel, Enamel spectrum, ESR..

تعيين جرعة أشعة الجاما فى مينا الأسنان فى المدى المتوسط
من وحساب اللايقين باستخدام رنين غزل الالكترون

جمال محمد حسن و إسلام أبوالعز و علاء الدين الخضرى و هدى محمد عيسى

خلاصـة

تم فصل وتعريض عينات من مينا أسنان الإنسان والبقر لأشعة جاما لدراسة الجذور الحرة الناتجة من الإشعاع المؤين واستخدامها كأداة قياس للجرعة الإشعاعية بطريقة رنين غزل الالكترون. ويميز طيف مينا الأسنان بمعاملا لاندى المتوازى (g_║) = 1.9971 والمتعامد (g_┴) = 2.0018. وتعزى شدة الطيف القياسية للجرعة الإشعاعية لمينا الأسنان عند معامل لاندى المتعامد للجذر الحرCO₂^- . تم دراسة استجابة العينة تحت الدراسة للجرعة الإشعاعية فى المدى المتوسط من 2 - 200 جراى ومقارنتها بالمادة المرجعية (الألانين), كما أجريت دراسات اعتماد قياس الجرعة الإشعاعية على قدرة مصدر الميكروويف وطاقة الأشعة المؤينة والثبات الحرارى على العينة وثبات شدة الطيف فى درجة حرارة الغرفة لتحديد أنسب الظروف لقياسات رنين غزل الالكترون. تم حساب كفاءة تكوين الجذور (G-value) (عدد الجذور الحرة المتكونة لكل 100 الكترون فولت من الإشعاع) لكل من مينا أسنان الإنسان و البقر حيث تساوى 0.09 ± 0.44 و0.13 ± 0.65 على الترتيب. بلغ زمن العمر (مدة احتفاظ العينة بالجذور الحرة) بعد حسابه باستخدام علاقة ارينيوس 11 مليون عاما ً لمينا أسنان الإنسان و 7 مليون عاما ً لمينا أسنان البقر وكذلك قدرت طاقة التنشيط لكل منهما ﺒ 1.23 و 1.15 الكترون فولت على الترتيب, بينما وجد حسابياً أن العدد الذرى المكافئ لمينا الأسنان = 15.91. هذا وقد وجد أن معاملات التحويل من الجرعة الإشعاعية الممتصة فى الماء او الهواء إلى الجرعة الإشعاعية الممتصة فى مينا الأسنان تساوى 0.901 و 0.998 على الترتيب. هذه القيم تبرهن على انه يمكن استخدام مينا الأسنان كأداة قياس فى مدى الجرعة الإشعاعية العلاجية حيث أن أقل جرعة إشعاعية يمكن قياسها 100 مللى جراى لمينا الأسنان بنسبة لايقين مجمع وممتد يساوى 4.35% و 8.70% على الترتيب.

ABSTRACT

Tooth enamel samples from cow and human were separated and irradiated with gamma rays to study radiation-induced radicals as dosimetric material with electron spin resonance (ESR). The enamel spectrum is characterized by two main g-factors; g_║ = 1.9971 and g_┴ = 2.0018 which are ascribed to CO₂^- radicals. The dose response at intermediate dose ranging from 2 Gy to 200 Gy was studied in comparison to reference material (alanine). Power dependence, energy dependence and thermal stability had been studied to determine the optimum conditions for ESR measurements and stability of the signal at room temperature. Radical formation efficiency (G-value: number of free radicals formed per 100 eV of radiation) of 0.44 ± 0.09 and 0.65 ± 0.13 were obtained for human enamel
and cow enamel, respectively. The life time for human enamel and cow enamel were estimated from Arrhenius plot to be 1.1 x 10⁷ years and 7 x 10⁶ years, respectively. The activation energy for human enamel and cow enamel were also estimated from Arrhenius plot to be 1.23 eV and 1.15 eV, respectively. The effective atomic number (Z_eff) was calculated, where Z_eff  for enamel was found to be 15.91. The conversion factors for enamel were calculated in water and air to be F(E) = 0.901 D_water  and F(E) = 0.998 D_air . The minimum detectable dose limit for enamel with signal to noise ratio (S/N) of 3 was found to 100 mGy. The combined and expanded uncertainties for enamel accompanying these measurements were 4.32 % and 8.64 %, respectively.