Design of a Portable X-ray Leakage Detection System

Abstract

Due to the increasing of human medical needs and requirements for radiography images, several techniques and applications have been developed to facilitate dealing with an X-ray to monitor and detect the possible leakage of X-ray in order to overcome the possible negative side effects on human beings. The medical use of ionizing X-ray, whether for diagnosis or therapy, does not affect only the patient. But it may also affect the radiologists, radiographers and other workers or people in the radiographic section. The high level of ionizing X-ray has sufficient energy to change the structure of molecules, including deoxyribonucleic acid (DNA) within the cell of the human body, such changes would be expected to result in cancer and other harmful health effects. Therefore, the basic aim of protection in X-ray photographic rooms is to ensure that the doses received are as small as possible by install the X-ray equipment in adequately shielded rooms to Guarantee that the public in the vicinity do not exposed to X-ray emissions. Sometimes, the room shielding is not good enough. So, as bioengineering students, it is our responsibility to design a leak detection system which help to detect the X-ray leakage. This system uses a device that called Geiger Counter. This system can record the room leakage which is enhancing the protection and Occupational safety. The Geiger Counter is one of the world’s best-known X-ray detecting meters. It is used for measuring the ionization effect that produces in a Geiger-Müller (GM) tube. The GM tube is the sensing element which detects the surrounding X-ray. The detected X-ray ionize the ions inside the tube which connects with High voltage Power source (HV) to operate a GM tube. The output voltage from the tube is minimized by using the appropriate circuits with a suitable voltage that used to feed the low voltage electronics circuits. The low voltage signal is a square wave pulses such that each of these pulses represents the counts of the detected X-ray at specific times. The meter includes a controlling system which used to convert the analog square pulses at its input to digital readout which is represented as a digital number on the data display system. The controller used also to compare the detected value of X-ray with the acceptable and certified standard value by International Atomic Energy Agency (IAEA). The counter provides an alarm system which operates when it detects abnormal value of X-ray leakage. The Detection system was implemented correctly by following all designing and construction steps and the supervisor instructions, then the system was tested at the radiology department at Al-Ahli Hospital. The X-ray detection readings were collected by the detection system designed for the project and another device used for a similar purpose by the National Center for Occupational Health and Safety for conventional and Computed Tomography (CT) machines. The collected data was represented in tables and curves to compare and calculate the error ratio between them. نتيجة لزيادة االحتياجات والمتطلبات الطبية البشرية للصور اإلشعاعية، تم تطوير العديد من التقنيات والتطبيقات التي تهدف إلى تسهيل التعامل مع األشعة السينية لرصد ومرقبة التسربات المحتملة لألشعة السينية من غرف التصوير اإلشعاعي للتغلب على اآلثار الجانبية السلبية المحتملة التي تضر بالجنس البشري. ال يؤثر االستخدام الطبي لألشعة السينية المؤينة ، سواء للتشخيص أو العالج، على المريض فقط. بل أنه قد يؤثر أي ًضا على فنيي وأخصائيي األشعة، وغيرهم من العاملين في قسم التصوير اإلشعاعي. إن المستوى المرتفع لألشعة السينية المؤينة يمتلك طاقة كافية لتغيير بنية جزيئات خاليا اإلنسان ، بما في ذلك الحمض النووي داخل الخلية، ومن المتوقع أن تؤدي هذه التغييرات إلى السرطان وغيره من التأثيرات الصحية الضارة. ولذلك ، فإن الهدف األساسي للحماية في غرف التصوير باألشعة السينية هو التأكد من أن الجرعات المتلقاة صغيرة قدر اإلمكان بما يتطلب ذلك من تثبيت معدات األشعة السينية في غرف محمية بشكل كا ٍف ومناسب لضمان عدم تعرض الجمهور في المنطقة المجاورة النبعاثات األشعة السينية الضارة. في بعض األحيان، يكون الترصيص الخاص بغرف التصوير اإلشعاعي غير مستو ٍف لكامل شروط الترصيص الالزمة. لذا، و كطالب الهندسة الحيوية، كان من الضروري تصميم نظام للكشف عن التسرب الذي من شأنه المساعدة في الكشف عن التسرب خارج الغرفة نفسها. يستخدم هذا النظام جها ًزا يسمى بعداد جايجر بحيث يمكن لهذا النظام تسجيل تسربات الغرف األمر الذي يعزز الحماية والسالمة المهنية ويدعم موثوقية نظام الحماية ويقلل من اآلثار السلبية الناتجة. يعد عداد جايجر مولر)نسبة إلى العالم المكتشف( أحد أشهر أجهزة الكشف عن األشعة السينية في العالم فهو يمثل عنصر االستشعار الذي يكتشف األشعة السينية المحيطة بقياس تأثير التأين الذي ينتج عن األنبوب بحيث تقوم األشعة السينية المكتشفة بتأين الغازات داخل األنبوب الذي يرتبط بمصدر طاقة عالي الجهد الذي يزود األنبوب بالجهد الالزم لتشغيله. يتم تقليل جهد الخرج من األنبوب باستخدام مجموعة من الدوائر الخاصة التي تنتج جهد مناسب يستخدم لتغذية الدوائر اإللكترونية ذات الجهد الكهربائي المنخفض. إشارة الجهد المنخفض تمثل مجموعة من النبضات الموجية المربعة التي تعبر عن عدد مرات تأين األنبوب خالل وقت محدد. يتضمن المقياس نظام تحكم يستخدم لتحويل النبضات التناظرية المربعة عند مدخلها إلى قراءات رقمية يتم تمثيلها بشكل رقمي في نظام عرض البيانات. تستخدم وحدة التحكم أي ًضا لمقارنة القيمة التي تم اكتشافها مع القيمة المرجعية المعتمدة من قبل الوكالة الدولية للطاقة الذرية )IAEA(. يوفر العداد نظام إنذار يعمل عندما يكتشف قيمة أعلى من القيمة المعتمدة للتسرب. تم تنفيذ نظام الكشف بشكل صحيح من خالل اتباع جميع خطوات التصميم والبناء وتعليمات المشرف، ومن ثم تم فحص واختبار النظام في القسم األشعة التابع للمستشفى األهلي وتم جمع قراءات كشف األشعة السينية بواسطة نظام الكشف المصمم في المشروع وجهاز آخر يستخدم لغرض مشابه من المركز الوطني للصحة والسالمة المهنية ألجهزة التصوير الطبقي المحوري وجهاز األشعة العادي تحديدا. تم تمثيل البيانات التي تم جمعها في الجداول والمنحنيات لمقارنة وحساب نسبة الخطأ بينهما.