Systemy monitorujące narażenie na działanie promieniowania są niezbędne w wielu miejscach pracy. Ciągle rozwijane są metody, które są w stanie wykryć różne rodzaje promieniowania i określić ich dawkę w czasie rzeczywistym. Naukowcy z Zakładu Metrologii Radiologicznej i Fizyki Biomedycznej NCBJ zaprojektowali, zbudowali i przetestowali nowoczesny system oparty na rekombinacyjnej komorze jonizacyjnej, który można będzie wykorzystać m. in. w medycynie, ale również w sytuacjach nadzwyczajnych w przypadku użycia broni jądrowej czy awarii obiektu jądrowego.

Komory jonizacyjne są wykorzystywane jako detektory promieniowania już od ponad 100 lat. Są one w stanie rejestrować promieniowanie, które wywołuje jonizację znajdującego się wewnątrz gazu. W wyniku działania promieniowania, w komorze powstają jony oraz wolne elektrony, które pod wpływem pola elektrycznego dryfują w kierunku elektrod. Ponadto, dzięki wykorzystaniu zjawiska lokalnej rekombinacji jonów gazu, możliwe jest rozróżnienie składowych promieniowania pod kątem ich liniowego przekazu energii (ang. Linear Energy Transfer, LET). To z kolei pozwala na uzyskanie wielkości istotnych w ochronie radiologicznej, przede wszystkim współczynnika jakości promieniowania mówiącego ściśle o szkodliwości biologicznej .  Rekombinacyjne komory jonizacyjne są unikalne, ponieważ pozwalają na badanie nieznanych pól promieniowania, w szczególności gamma-neutronowych o szerokim zakresie energii składowych. Technologia ta została najszerzej przetestowana pod postacią rekombinacyjnej komory jonizacyjnej typu REM-2, w której zarówno elektrody, jak i wypełniający komorę gaz mają skład atomowy zbliżony do ludzkich tkanek. Dzięki możliwości określenia składowych pola promieniowania i ich skuteczności biologicznej komora rekombinacyjna pozawala wyznaczyć równoważnik  dawki dla człowieka narażonego na działanie promieniowania jonizującego, w którym umieszczony został detektor, bez wiedzy o cechach tego pola promieniowania. Jest to kluczowe w wielu miejscach pracy, zwłaszcza związanych z medycyną nuklearną. Jednym z takich miejsc są placówki badań nad terapią borowo-neutronową (BNCT), gdzie promieniowanie neutronowe stanowi istotny wkład do całkowitej dawki promieniowania. 

Badania nad terapią borowo-neutronową są prowadzone także w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ), z wykorzystaniem wiązek neutronów pochodzących z badawczego reaktora jądrowego MARIA. Ważnym elementem badań jest bezpieczeństwo, dlatego specjaliści z Zakładu Metrologii Radiologicznej i Fizyki Biomedycznej NCBJ opracowali nowoczesny system pomiarów dozymetrycznych oparty na nowej generacji komorach rekombinacyjnych typu REM-3. Kluczowym składnikiem jest stworzony od nowa algorytm przetwarzania danych, dzięki któremu czas pomiaru zmniejszył się kilkudziesięciokrotnie, a same pomiary mogą być zautomatyzowane.

W celu zaprojektowania nowego układu pomiarowego, naukowcy z NCBJ przeprowadzili badania odpowiedzi detektorów typu REM-2 na promieniowanie gamma i neutronowe, w zależności od występującego w detektorze gazu oraz materiału, z którego wykonano elektrody. Komory typu REM-2 mogą być wypełnione różnymi gazami, takimi jak metan, etan, propan, czy azot, jak również ich mieszaninami, co skutkuje różną względną czułością na promieniowanie neutronowe. Badania pokazały, że optymalnym wypełnieniem jest etan – C2H6. Elektrody z kolei składają się zwykle z materiału równoważnego tkance, tzw. MRT, który zawiera dużą ilość wodoru. W nowej komorze do konstrukcji elektrod posłużył przewodzący polipropylen. Równolegle trwały prace nad nowym algorytmem przetwarzania danych opartym na nowoczesnym podejściu do pomiarów zmiany ładunku pod wpływem promieniowania. Finalnie opracowano ponad 10 projektów komory typu REM-3, z których zbudowano 3 najbardziej obiecujące. Wybrane projekty różniły się m. in. ułożeniem i liczbą elektrod, a także budową całego wnętrza komory. Jeden z wariantów stanowiła komora podzielona na dwa obszary, co umożliwia szacowanie mocy przestrzennego równoważnika dawki w czasie rzeczywistym, bez potrzeby korzystania z dodatkowych urządzeń. Gotowe układy poddano także testom w reaktorowych polach promieniowania, m.in. przy wiązce poziomego kanału H2 oraz w pompowni reaktora badawczego MARIA.

Nowy projekt detektora bazującego na rekombinacyjnej komorze jonizacyjnej typu REM-3 pozwala na bardziej precyzyjne określanie przestrzennego równoważnika dawki w polach promieniowania mieszanego. Unikalna konstrukcja sprawia, że możliwe jest działanie systemu w obecności niestabilnego i zmiennego pola promieniowania, a nowo opracowane oprogramowanie pozwala na skrócenie czasu pomiaru nawet kilkadziesiąt razy oraz automatyzację całego procesu. Zmiana gazu wypełniającego komorę oraz materiału elektrod dodatkowo wyrównuje czułość detektora na promieniowanie neutronowe i gamma. Choć prace nad rozwojem tego typu detektora będą trwały nadal, opracowany przez specjalistów z NCBJ układ już teraz stanowi obiecujące urządzenie, które będzie można zastosować do monitorowania narażenia pracowników na promieniowanie jonizujące m.in. w placówkach terapii BNCT. System ten może również stanowić skuteczne narzędzie do  określania narażenia ludności w sytuacjach nadzwyczajnych, takich jak awarie jądrowe, czy użycia broni nuklearnej.

Szczegółowe wyniki badań są dostępne w publikacji: M. A. Gryziński, M. Kuć, A recombination chamber-based measurement system for radiation protection in neutron medical and research centers, Applied Radiation and Isotopes, Volume 225, 2025, 112047, https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2025.112047.