personarossii.ru → Канализация

Практическое значение дозиметрии ионизирующих излучений. Элементы дозиметрии ионизирующих излучений

Обязательным условием радиационной безопасности при лучевой терапии является точный количественный учет энергии излучения, поглощенной персоналом и больными, подвергающимися облучению.

Для количественной характеристики ИИ пользуются понятием "доза". Доза ИИ - это отношение энергии излучения к массе или объему облучаемого вещества. В клинической дозиметрии пользуются следующими понятиями:

Активность радиоактивного вещества - характеристика количества радиоактивного вещества (количество распадов в единицу времени). Системной единицей активности является Беккерель (Бк) - активность радиоактивного источника, в котором в 1 секунду происходит 1 распад (1 Бк = 1 расп./с). Внесистемная единица - Кюри (Ки) - активность радиоактивного источника, в котором в 1 секунду происходит 3,7  10 10 распадов.

Таблица

Основные радиационные величины и их единицы

Физическая величина	Единица, ее наименование, обозначение (междунар., русское)		Соотношение между единицами
Физическая величина	внесистемная		Соотношение между единицами
Активность нуклида в р/а источнике	Кюри (Ci, Ки)	Беккерель	1 Бк = 2,710 -11 Ки 1 Ки = 3,710 10 Бк
	Рентген (R, Р)	Кулон на кг (C/kg, Кл/кг)	1 К/кг = 3876 Р 1 Р=2,5810 4 Кл/кг
Мощность экспозиционной дозы	Рентген в се-кунду (R/s, Р/с)	Ампер на кг (A/Kg, А/кг)	1 А/кг = 3876 Р/с 1 Р/с =2,5810 -4 А/кг
Поглощенная доза излучения	Рад (rad, рад)	Грей (Gy, Гр)	1 Гр = 100 рад 1 рад = 0,01 Гр
Мощность поглощенной дозы	Рад в секунду (rad/s, рад/с)	Грей в секунду (Gy/s, Гр/с)	1 Гр/с = 100 рад/с 1 рад/с = 0,01 Гр/с
Интегральная доза излучения	радграмм (radg, радг)	Джоуль (J, Дж) 	1 Дж = 10 5 радг 1 радг = 10 -5 Дж
Эквивалентная доза излучения	Бэр (rem, бэр)	Зиверт (Sv, Зв)	1 Зв = 100 бэр 1 бэр = 0,01 Зв
Мощность эквивалентной дозы	Бэр в секунду (rem/s, бэр/с)	Зиверт в секун-ду (Sv/s, Зв/с)	1 Зв/с = 100 бэр/с 1 бэр/с = 0,01 Зв/с

 Поскольку 1 Гр, по определению, есть 1 Джоуль на килограмм, единица СИ интегральной дозы грейкилограмм преобразуется в Джоуль

(1 Гркг = 1 (Дж/кг)кг = 1 Дж).

Экспозиционная доза излучения - доза излучения, которая измеряется в сухом (свободном) воздухе при отсутствии рассеивающих тел. Она характеризует главным образом источник излучения (его мощность, постоянство параметров и др.). Экспозиционная доза применяется только для ионизирующего излучения с энергией не больше 3 МэкВ. Внесистемной единицей экспозиционной дозы является Рентген - это доза рентгеновского или -излучения, которая при нормальных условиях (0 0 С и давлении 1 атмосфера) в 1 см 3 воздуха образует заряд, равный 1 э. с. е. статического электричества (2,08 х 10 9 пар ионов каждого знака). Единицей измерения экспозиционной дозы в СИ является кулон на кг - это доза рентгеновского или -излучения, при которой в 1 кг воздуха при нормальных условиях образуется заряд, равный 1 кулону.

Одну и ту же дозу можно подвести в разные промежутки времени. Поэтому вводится понятие мощности дозы - доза, рассчитанная на единицу времени. Биологическое действие ионизирующих излучений зависит и от дозы и от ее мощности.

Поглощенная доза излучения - основной количественный показатель воздействия ионизирующих излучений на облучаемые ткани. Она определяется количеством энергии, переданной в процессе облучения единице массы облучаемого вещества. Поглощенная доза применяется для любого вида ионизирующего излучения. В СИ единица поглощенной дозы - Дж/кг. Эта величина получила название "Грей" (Гр) . 1 Гр - это доза ионизирующего излучения, при которой в 1 кг облученного вещества поглотится энергия, равная 1 Дж. Внесистемная единица поглощенной дозы - рад. 1 рад - это доза излучения, при которой в 1 г облученного вещества поглотится энергия, равная 100 эргам.

Интегральная доза излучения - количество энергии, поглощенной в облучаемом объеме.

В связи с тем что при облучении биологических объектов различные виды ионизирующих излучений при одной и той же поглощенной дозе оказывают различное биологическое действие, существует понятие "эквивалентная доза излучения". Биологические эффекты, вызываемые конкретным видом излучения, сравнивают с эффектом, который производит фотонное излучение с энергией 200 кэВ.

Коэффициент, показывающий, во сколько раз радиационная опасность в случае хронического облучения человека (в малых дозах) для данного вида излучения выше, чем в случае фотонного излучения (200 кэВ при равной поглощенной дозе), называется коэффициентом качества (КК). КК для фотонного излучения 200 кэВ = 1. Для α-частиц КК = 20, для протонов и быстрых нейтронов КК = 10, для тепловых нейтронов КК = 2,5-3. Величина КК зависит от ЛПЭ данного вида излучения. Чем выше ЛПЭ, тем больше поражаемость клеток и ниже способность к восстановлению. Таким образом, при одинаковой поглощенной дозе повреждающий (или лечебный) эффект при облучении протонами будет в 10 раз больше, чем при фотонном излучении.

Доза, полученная живым объектом с учетом КК данного излучения, называется эквивалентной дозой . Эквивалентная доза учитывает поглощенную дозу и биологический эффект ИИ. Понятие "эквивалентная доза" используется только для оценки радиационной опасности. Внесистемной единицей эквивалентной дозы является БЭР - это доза какого-либо вида ИИ, биологически эффективная 1 Рентгену рентгеновского излучения, генерируемого напряжением 200 кВ.

В настоящее время рекомендуется во всех случаях пользоваться физическими величинами, выраженными в единицах СИ. Однако в медицинской радиотерапевтической технике долгое время применяли внесистемные единицы, что широко отражено в соответствующей литературе, инструкциях, шкалах приборов (в т. ч. дозиметрах). Поэтому необходимо знание соотношений между внесистемными единицами и единицами СИ (табл. 1).

Методы дозиметрии ионизирующих излучений

ИИ не обладают запахом, вкусом или какими-либо другими свойствами, позволяющими человеку регистрировать их. Для измерения количественных и качественных характеристик ИИ используются различные методы, основанные на регистрации эффектов взаимодействия излучения с веществом.

Дозиметры - это приборы, предназначенные для измерения дозы или мощности дозы ИИ. В основе этих приборов лежат регистрация и количественная оценка ионизационного, сцинтилляционного, фотографического, химического и других эффектов, возникающих при взаимодействии ИИ с веществом.

Основные группы дозиметров:

Клинические - для измерения ИИ в рабочем пучке. Используют при подготовке к лучевой терапии и в процессе облучения.

Дозиметры контроля защиты - для измерения мощности дозы рассеянного излучения на рабочих местах (в системе радиационной безопасности). Эти дозиметры должны быть прямопоказывающими.

Индивидуальные - для контроля облучения лиц, работающих в сфере действия ИИ.

Методы дозиметрии:

Биологические - основаны на оценке реакций, которые возникают в тканях при облучении их определенной дозой ИИ (эритемная доза, эпиляционная доза, летальная доза). Являются ориентировочными и применяются в основном в экспериментальной радиобиологии.

Химические - заключаются в регистрации необратимых химических реакций, происходящих в некоторых веществах под влиянием облучений (радиохимический метод, фотографический метод).

Радиохимический метод - основан на реакции окисления двухвалентного железа в трехвалентное под действием ИИ (Fe 2+ Fe 3+), что приводит к изменению окраски (прозрачности). Используются ферросульфатные дозиметры. Так как диапазон этих дозиметров очень велик (от 20 до 400 Гр), они используются только для аварийных ситуаций.

Фотографический метод - под действием ИИ происходит почернение рентгеновской пленки, степень которого пропорциональна поглощенной энергии лучей. По плотности почернения можно судить о дозе облучения. Недостатком этого метода является зависимость показаний дозиметра от качественного состава излучения. Точность определения дозы невысока. С помощью фотопленочных дозиметров удобно определять соответствие светового и радиационного поля на аппаратах для лучевой терапии.

Физические - основаны на способности ИИ вызывать ионизацию вещества и превращать электрически нейтральный газ в электропроводящую среду (ионизационная камера, газоразрядный счетчик, сцинтилляционный дозиметр, термолюминесцентный дозиметр, полупроводниковые детекторы).

Сцинтилляционные дозиметры . Используются кристаллы йодистого натрия, активированные таллием. При попадании на них ИИ возникают световые вспышки, которые преобразуются в электрические импульсы, усиливаются и регистрируются счетными устройствами. Сцинтилляционные дозиметры не применяются в клинической дозиметрии из-за своего большого объема и высокой чувствительности, что позволяет рекомендовать их использование в дозиметрии защиты.

Термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) . Некоторые твердые кристаллические вещества под действием ИИ способны люминесцировать. По интенсивности свечения определяется доза. ТЛД невелики в объеме, являются непрямопоказывающими (доза накапливается в течение какого-то времени). Широко используются в клинической дозиметрии (измерение дозы на больном, в полости тела) и в качестве индивидуальных дозиметров.

Ионизационная камера - это конденсатор. Состоит из двух электродов, пространство между которыми заполнено воздухом. Под действием ИИ воздух ионизируется, возникает электрический ток. По величине силы тока судим о дозе. Дозиметры, основанные на ионизационном методе, в настоящее время наиболее распространены. Широко применяются в клинической дозиметрии, в дозиметрии защиты и индивидуальной дозиметрии.

Газоразрядный счетчик. Также используется ионизационный эффект излучения. Но к электродам газоразрядного счетчика подводят значительно большее напряжение. Поэтому электроны, образующиеся в счетчике при облучении, приобретают большую энергию и сами вызывают массовую ионизацию атомов и молекул газа. Это позволяет регистрировать с помощью газоразрядных счетчиков очень малые дозы ИИ.

Полупроводниковые (кристаллические) дозиметры. Меняют проводимость в зависимости от мощности дозы. Широко используются наряду с ионизационными дозиметрами.

Необходимость количественной оценки действия ионизирующего излучения на различные вещества живой и неживой природы привела к появлению дозиметрии. Дозиметрией называют раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения. Первоначально развитие дозиметрии было обусловлено необходимостью учета действия рентгеновского излучения на человека.

§ 28.1. Доза излучения и экспозиционная доза. Мощность дозы

Уже отмечалось, что ионизирующее излучение только тогда оказывает действие на вещество, когда это излучение взаимодействует с частицами, входящими в состав вещества.

Независимо от природы ионизирующего излучения его взаимодействие количественно может быть оценено отношением энергии, переданной элементу облученного вещества, к массе этого элемента. Эту характеристику называют дозой излучения (поглощенной дозой излучения) D.

Различные эффекты ионизирующего излучения прежде всего определяются поглощенной дозой. Она сложным образом зависит от вида ионизирующего излучения, энергии его частиц, состава облучаемого вещества и пропорциональна времени облучения. Дозу, отнесенную ко времени, называют мощностью дозы.

Единицей поглощенной дозы излучения является грей (Гр), который соответствует дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж; мощность дозы излучения выражается в грeях в секунду (Гр/с).

Внесистемная единица дозы излучения -рад 1 (1 рад = 10~ 2 Гр = 100 эрг/г), ее мощности -рад в секунду (рад/с).

Казалось бы, для нахождения поглощенной дозы излучения следует измерить энергию ионизирующего излучения, падающего на тело, энергию, прошедшую сквозь тело, и их разность разделить на массу тела. Однако практически это сделать трудно, так как тело неоднородно, энергия рассеивается телом по всевозможным направлениям и т. п. Таким образом, вполне конкретное и ясное понятие «дозы излучения» оказывается малопригодным в эксперименте. Но можно оценить поглощенную телом дозу по ионизирующему действию излучения в воздухе, окружающем тело.

В связи с этим вводят еще одно понятие дозы для рентгеновского и g-излучения - экспозиционную дозу излучения X, которая является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и g-лучами.

За единицу экспозиционной дозы принят кулон на килограмм (Кл/кг). На практике используют единицу, называемую рентгеном (Р), - экспозиционная доза рентгеновского или g-излучения, при которой в результате полной ионизации в 1 см 3 сухого воздуха (0,001293 г) при 0 °С и 760 мм рт. ст. образуется 2,08 10? пар ионов. 1 Р = 2,58 10" 4 Кл/кг.

Единицей мощности экспозиционной дозы является 1 А/кг, а внесистемной единицей - 1 Р/с.

Так как доза излучения пропорциональна падающему ионизирующему излучению, то между ней и экспозиционной дозой должна быть пропорциональная зависимость

где f - некоторый переходный коэффициент, зависящий от ряда причин и прежде всего от облучаемого вещества и энергии фотонов.

Наиболее просто установить значение коэффициента f, если облучаемым веществом является воздух. При X - 1 Р в 0,001293 г воздуха образуется 2,08 10 9 пар ионов; следовательно, в 1 г воздуха содержится 2,08 10 9 /0,001293 пар ионов. В среднем на образование одной пары ионов расходуется энергия 34 эВ. Это означает, что в 1 г воздуха поглощается энергия излучения, равная

2,08*10 9 /0.001293 34 1,6 10- 19 Дж/г = 88 10 4 Дж/кг. 0,001293

Итак, поглощенная доза 88 10 4 Дж/кг в воздухе энергетически эквивалентна 1 Р. Тогда по формуле (28.1) имеем

если D измеряется в радах, а X - в рентгенах.

Коэффициент f для воздуха мало зависит от энергии фотонов.

Для воды и мягких тканей тела человека f = 1; следовательно, доза излучения в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Это и обусловливает удобство использования внесистемных единиц - рада и рентгена.

Для костной ткани коэффициент f уменьшается с увеличением энергии фотонов приблизительно от 4,5 до 1.

Установим связь между активностью радиоактивного препарата - источника g-фотонов - и мощностью экспозиционной дозы. Из источника И (рис. 28.1) у-фотоны вылетают по всем направлениям. Число этих фотонов, пронизывающих 1 м 2 поверхности некоторой сферы в 1 с, пропорционально активности А и обратно пропорционально площади поверхности сферы (4pr 2). Мощность экспозиционной дозы (X/t) в объеме V зависит от этого числа фотонов, так как именно они и вызывают ионизацию. Отсюда получаем

где k - гамма-постоянная, которая характерна для данного радионуклида.

1 Единица рад является аббревиатурой английских слов Radiation Absorbed Dose.

§ 28.2. Количественная оценка биологического действия ионизирующего излучения. Эквивалентная доза

Для данного вида излучения биологическое действие обычно тем больше, чем больше доза излучения. Однако различные излучения даже при одной и той же поглощенной дозе оказывают разные воздействия.

В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами, вызванными рентгеновским и g-излучениями.

Коэффициент К, показывающий, во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского или g-излучения, при одинаковой дозе излучения в тканях, называется коэффициентом качества. В радиобиологии его называют также относительной биологической эффективностью (ОБЭ).

Коэффициент качества устанавливают на основе опытных данных. Он зависит не только от вида частицы, но и от ее энергии. Приведем приближенные значения К (табл. 33) для некоторых излучений (в скобках указана энергия частиц).

Таблица 33

Поглощенная доза совместно с коэффициентом качества дает представление о биологическом действии ионизирующего излучения, поэтому произведение DK используют как единую меру этого действия и называют эквивалентной дозой излучения Н :

Так как К - безразмерный коэффициент, то эквивалентная доза излучения имеет ту же размерность, что и поглощенная доза излучения, но называется зивертом (Зв). Внесистемная единица эквивалентной дозы - бэр 1 , 1 бэр = 10~ 2 Зв.

Эквивалентная доза в бэрах равна дозе излучения в радах, умноженной на коэффициент качества.

Естественные радиоактивные источники (космические лучи, радиоактивность недр, воды, радиоактивность ядер, входящих в состав человеческого тела, и др.) создают фон, соответствующий приблизительно эквивалентной дозе 125 мбэр в течение года. Предельно допустимой эквивалентной дозой при профессиональном облучении считается 5 бэр в течение года. Минимальная летальная доза от у-излучения около 600 бэр. Эти данные соответствуют облучению всего организма.

1 Бэр - аббревиатура слов «биологический эквивалент рентгена».

§ 28.3. Дозиметрические приборы

Дозиметрическими приборами, или дозиметрами называют устройства для измерения доз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами.

Конструктивно дозиметры состоят из детектора ядерных излучений и измерительного устройства. Обычно они проградуированы в единицах дозы или мощности дозы. В некоторых случаях предусмотрена сигнализация о превышении заданного значения мощности дозы.

В зависимости от используемого детектора различают дозиметры ионизационные, люминесцентные, полупроводниковые, фотодозиметры и др.

Дозиметры могут быть рассчитаны на измерение доз какого-либо определенного вида излучения или регистрацию смешанного излучения.

Дозиметры для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и у-излучения или ее мощности называют рентгенометрами. В качестве детектора у них обычно применяется ионизационная камера. Заряд, протекающий в цепи камеры, пропорционален экспозиционной дозе, а сила тока - ее мощности. На рис. 28.2 показан микрорентгенометр МРМ-2 со сферической ионизационной камерой, вынесенной отдельно от прибора.

Состав газа в ионизационных камерах, а также вещество стенок, из которых они состоят, подбирают такими, чтобы осуществлялись тождественные условия с поглощением энергии в биологических тканях.

На рис. 28.3 показан комплект индивидуальных дозиметров ДК-0,2 с общим измерительным устройством. Каждый индивидуальный дозиметр представляет собой миниатюрную цилиндрическую ионизационную камеру, которая предварительно заряжается. В результате ионизации происходит разрядка камеры, что фиксируется вмонтированным в нее электрометром. Показания его зависят от экспозиционной дозы ионизирующего излучения.

Существуют дозиметры, детекторами которых являются газоразрядные счетчики.

Для измерения активности или концентрации радиоактивных изотопов применяют приборы, называемые радиометрами. Принцип их работы в основном изложен в § 27.5.

В заключение заметим, что общая структурная схема всех дозиметров аналогична той, которая изображена на рис. 17.1. Роль датчика (измерительного преобразователя) выполняет детектор ядерных излучений. В качестве выходных устройств могут использоваться стрелочные приборы, самописцы, электромеханические счетчики, звуковые и световые сигнализаторы и т. п.

§ 28.4. Защита от ионизирующего излучения

Работа с любыми источниками ионизирующих излучений требует защиты персонала от их вредного действия. Это большая и специальная проблема, в значительной степени выходящая за пределы чисто физических вопросов. Рассмотрим кратко некоторые аспекты этой проблемы.

Различают три вида защиты: защита временем, расстоянием и материалом.

Проиллюстрируем первые два вида защиты на модели точечного источника у-излучения. Преобразуем формулу (28.2):

Отсюда видно, что чем больше время и чем меньше расстояние, тем больше экспозиционная доза. Следовательно, необходимо находиться под воздействием ионизирующего излучения минимальное время и на максимально возможном расстоянии от источника этого излучения.

Защита материалом основывается на различной способности веществ поглощать разные виды ионизирующего излучения.

Защита от а-излучения проста: достаточно листа бумаги или слоя воздуха толщиной в несколько сантиметров, чтобы полностью поглотить а-частицы. Однако, работая с радиоактивными источниками, следует остерегаться попадания ос-частиц внутрь организма при дыхании или приеме пищи.

Для защиты от b-излучения достаточно пластин из алюминия, плексигласа или стекла толщиной в несколько сантиметров. При взаимодействии b-частиц с веществом может появиться тормозное рентгеновское излучение, а от b + -частиц - b + -излучение, возникающее при аннигиляции этих частиц с электронами. Наиболее сложна защита от «нейтрального» излучения: рентгеновское и у-излучения, нейтроны. Эти излучения с меньшей вероятностью взаимодействуют с частицами вещества и поэтому глубже проникают в вещество. Ослабление пучка рентгеновского и у-излучений приближенно соответствует закону (26.8). Коэффициент ослабления зависит от порядкового номера элемента вещества поглотителя [см. (26.12)] и от энергии у-фотонов (см. рис. 27.5). При расчете защиты учитывают эти зависимости, рассеяние фотонов, а также вторичные процессы. Некоторые из них для рентгеновского излучения показаны на рис. 26.10. Защита от нейтронов наиболее сложна. Быстрые нейтроны сначала замедляют, уменьшая их скорость в водородсодержащих веществах. Затем другими веществами, например кадмием, поглощают медленные нейтроны.

Заключение

В медицине достаточно давно используются физические методы. Еще в древности для лечения применяли охлаждение и нагревание различных участков тела, фиксирование конечностей при переломах и др.

Ряд ученых (врачи и физиологи) в своих профессиональных и жизненных увлечениях разрабатывали физические вопросы, укрепляя своими трудами взаимопроникновение этих важных отраслей естествознания. Поучительны в этом отношении жизнеописания некоторых великих ученых.

Юнг Томас (1773-1829) учился в ряде университетов, где сначала изучал медицину, но потом увлекся физикой. Объяснил явление аккомодации глаза изменением кривизны хрусталика, первый объяснил явление интерференции света и ввел термин «интерференция», разрабатывал теорию цветового зрения, исследовал деформацию тел.

Пуазейль Жан Луи Мари (1799-1869) - французский физик и физиолог. Изучал течение жидкости в тонких цилиндрических трубках и внутреннее трение, первый применил ртутный манометр для измерения давления крови.

Майер Юлиус Роберт (1814-1878) - немецкий врач. Как корабельный врач во время плавания заметил, что цвет венозной крови матросов в тропиках приближается по яркости к артериальной. Это дало ему основание считать, что при высокой внешней температуре для поддержания температуры тела нужна меньшая степень окисления поступающих в организм веществ. Майер установил, что количество окисляемых продуктов в организме человека возрастает с увеличением выполняемой им работы. Майер один из первых открыл закон сохранения и превращения энергии.

Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд (1821-1894) - немецкий врач, физиолог и физик. Математически обосновал закон сохранения энергии, отметив его всеобщий характер, разработал термодинамическую теорию химических процессов, существенные успехов достиг в области физиологической акустики и в физиологии зрения, впервые измерил скорость распространения нервного возбуждения.

Дарсонваль Жак Арсен (1851-1940) - французский физик и физиолог. Проводил исследования в области электричества и его применения в медицине, основоположник электрофизиотерапии.

Применение достижений физики в медицине происходило и происходит постоянно. Проиллюстрируем это несколькими примерами из XX столетия: открытие электромагнитных волн - микроволновая терапия, открытие рентгеновских лучей - рентгенодиагностика и рентгенотерапия, открытие радиоактивности - радиодиагностика и радиотерапия, появление лазеров - лазерная терапия и лазерная хирургия и др.

Из учебника видно, что практически в любом разделе физики можно обнаружить медицинские приложения физических знаний и физической аппаратуры, а медицинская техника, по существу, целиком основана на использовании физических законов, правил, закономерностей, физических явлений, физических свойств материалов и др.

Именно поэтому физико-математические и биофизические знания являются существенным элементом высшего медицинского образования и способствуют всестороннему изучению организма человека. Это важно для формирования медицины как точной науки.

Освоение настоящего курса не просто, но затраченные время и усилия окупятся при изучении последующих курсов и в практической деятельности ВРАЧА - главной фигуры лечебного процесса.

Заведующий редакцией Б. В. Панкратов

Редактор И. Я. Ицхоки

Оформление Т. Е. Добровинская-Владимирова

Технический редактор М. В. Биденко

Компьютерная верстка А. В. Маркин

Корректоры Г. И. Мосякина, И. Т. Белугина

Изд. лиц. № 061622 от 07.10.97.

Подписано к печати 31.10.02. Формат 60*90 1/16.

Бумага типографская. Гарнитура «Школьная». Печать офсетная.

Усл. печ. л. 35,0. Тираж 5000 экз. Заказ № 2495.

ООО «Дрофа». 127018, Москва, Сущевский вал, 49.

Таблица 1

Основные радиационные величины и их единицы

Физическая величина	Единица, ее наименование, обозначение (междунар., русское)			Соотношение между единицами
Физическая величина	внесистемная			Соотношение между единицами
Активность нуклида в р/а источнике	Кюри (Ci, Ки)	Беккерель	1 Бк = 2,710 -11 Ки 1 Ки = 3,710 10 Бк
	Рентген (R, Р)	Кулон на кг (C/kg, Кл/кг)	1 К/кг = 3876 Р 1 Р=2,5810 4 Кл/кг
Мощность экспозиционной дозы	Рентген в секунду (R/s, Р/с)	Ампер на кг (A/Kg, А/кг)	1 А/кг = 3876 Р/с 1 Р/с =2,5810 -4 А/кг
Поглощенная доза излучения	Рад (rad, рад)	Грей (Gy, Гр)	1 Гр = 100 рад 1 рад = 0,01 Гр
Мощность поглощенной дозы	Рад в секунду (rad/s, рад/с)	Грей в секунду (Gy/s, Гр/с)	1 Гр/с = 100 рад/с 1 рад/с = 0,01 Гр/с
Интегральная доза излучения	радграмм (radg, радг)	Джоуль (J, Дж) 	1 Дж = 10 5 радг 1 радг = 10 -5 Дж
Эквивалентная доза излучения	Бэр (rem, бэр)	Зиверт (Sv, Зв)	1 Зв = 100 бэр 1 бэр = 0,01 Зв
Мощность эквивалентной дозы	Бэр в секунду (rem/s, бэр/с)	Зиверт в секун-ду (Sv/s, Зв/с)	1 Зв/с = 100 бэр/с 1 бэр/с = 0,01 Зв/с

(1 Гркг = 1 (Дж/кг)кг = 1 Дж).

Внесистемной единицей экспозиционной дозы является Рентген - это доза рентгеновского или -излучения, которая при нормальных условиях (0 0 С и давлении 1 атмосфера) в 1 см 3 воздуха образует заряд, равный 1 э. с. е. статического электричества (2,08 х 10 9 пар ионов каждого знака).

Единицей измерения экспозиционной дозы в СИ является кулон на кг - это доза рентгеновского или -излучения, при которой в 1 кг воздуха при нормальных условиях образуется заряд, равный 1 кулону.

Интегральная доза излучения - количество энергии, поглощенной в облучаемом объеме.

В связи с тем, что при облучении биологических объектов различные виды ионизирующих излучений при одной и той же поглощенной дозе оказывают различное биологическое действие, существует понятие "эквивалентная доза излучения". Биологические эффекты, вызываемые конкретным видом излучения, сравнивают с эффектом, который производит фотонное излучение с энергией 200 кэВ.

Методы дозиметрии ионизирующих излучений

Основные группы дозиметров:

Индивидуальные - для контроля облучения лиц, работающих в сфере действия ИИ.

Методы дозиметрии:

Лекция 8

Тема: <<Методы дозиметрии и спектрометрии ионизирующих излучений>>

(краткая характеристика).

Вопросы:

Ионизационный метод регистрации ионизирующих излучений. Газовые счётчики. Полупроводниковые дозиметрические детекторы. Сцинтилляционный метод регистрации излучения. Калориметрический метод дозиметрии. Химическая дозиметрия. Фотографический метод регистрации излучений. Дозиметрия нейтронов. Дозиметрическая и радиометрическая аппаратура. Современное дозиметрическое оборудование для обеспечения лучевой терапии в Республике Беларусь.

1. Ионизационный метод регистрации ионизирующих излучений.

Этот метод основан на ионизирующем действии g-квантов и заряженных частиц. Для измерения во всех случаях используется ионизационная камера и регистрирующая система. Электрическое поле между двумя электродами ионизационной камеры, заполненной газом, создаётся от внешнего источника. Излучение вызывает возникновение ионов в газе камеры. Под действием электрического поля на хаотическое движение ионов накладывается движение дрейфа (собирание ионов на соответствующих электродах). В цепи возникает ток, который и регистрируется чувствительным прибором. Если разность потенциалов увеличивать при постоянной интенсивности излучения, то ток вначале увеличивается (рис. 24 (а)) пропорционально приложенной разности потенциалов, а затем его увеличение замедляется до тех пор, пока он не становится постоянным по величине. При очень больших разностях потенциалов ток снова возрастает, пока не наступит пробой (рис. 24 (в)).

На участке «б» скорость движения ионов возрастает (вероятность рекомбинации уменьшается до нуля и все ионы попадают на электроды). При этом ионизационный ток достигает постоянного значения (насыщения) – Iнас . Ионизационные камеры обычно работают в режиме тока насыщения, при котором каждый акт ионизации даёт составляющую тока. По току насыщения определяются интенсивность излучения и количество радиоактивного вещества.

Ионизацию разделяют на объёмную (равномерную по всему объёму, происходящую при нормальном давлении газа под действием b - и g-излучения) и колонную (возникающую при прохождении через газ a-частиц и протонов, а также при высоких давлениях в газе от g - и b-излучений).

В зависимости от назначения ионизационные камеры подразделяют на 2 основные группы:

1) импульсные, предназначенные для измерения числа частиц и их энергии путём регистрации импульсов тока, возникающих в камере при прохождении через неё заряженных частиц;

2) интегрирующие, предназначенные для измерения ионизационного тока, возникающего при прохождении через камеру потока частиц за некоторый интервал времени.

Из определения единицы экспозиционной дозы следует, что при мощности экспозиционной дозы в 1 р/с в 1 см3 воздуха в 1 с образуется заряд, равный 3,33∙10-10 Кл. Следовательно, ток насыщения в зависимости от мощности экспозиционной дозы (P ) можно определить как

Iнас=3,33∙10-10 Pэксп∙ Vi (a);

где Vi – ионизационный объём воздуха камеры. Отсюда Pэксп=3∙109 (р/с) и Dэксп=3∙109 (Р).

2. Газовые счётчики.

Газовый счётчик представляет собой датчик (по конструкции аналогичный ионизационной камере), предназначенный для регистрации отдельных ядерных частиц. В отличие от ионизационных камер в газовых счётчиках для усиления ионизационного тока используется газовый разряд. Благодаря высокой чувствительности газовый счётчик реагирует на каждую частицу, возникшую внутри объёма газа, или проникшую в него из стенки счётчика. В зависимости от характера используемого газового разряда счётчики можно разделить на 2 типа:

1) пропорциональные счётчики (с несамостоятельным разрядом);

2) счётчики Гейгера (с самостоятельным разрядом).

При небольших разностях потенциалов счётчик работает в режиме ионизационной камеры (I), рис. 25, т. е. величина импульса в некотором интервале напряжений не зависит от U , а определяется только количеством ионов, которые образуются в газовом объёме счётчика ионизирующей частицей.

Амплитуда импульса строго пропорциональна начальной ионизации (от a-частиц величина импульса больше (ЛПЭ выше), чем от b-частиц), следовательно, пропорциональна и энергии, оставленной частицей в счётчике.

При дальнейшем увеличении U на электродах счётчика амплитуда импульса возрастает, т. к. при этом вторичные электроны в усиливающемся электрическом поле приобретают достаточную кинетическую энергию, чтобы произвести ударную ионизацию нейтральных молекул газа на пути своего свободного пробега. В свою очередь вновь образованные электроны ускоряются электрическим полем и ионизируют новые молекулы. При этом возникает лавинный разряд, который сразу прекращается, как только образованные электроны и ионы достигнут соответствующих электродов счётчика (несамостоятельный разряд).

Увеличение ионизационного тока с использованием несамостоятельного разряда называется газовым усилением, а отношение числа ионов, образовавшихся в результате газового усиления и достигших электродов, к первоначальному числу ионов, образованных ионизирующей частицей, называется коэффициентом газового усиления (k). Для области ионизационной камеры (I) k = 1.

Из сравнения амплитуд импульсов в пропорциональной области (II) при прохождении β- и α-частиц видно, что они пропорциональны начальной ионизации. Коэффициент пропорциональности изменяется от 1 в начале области II до 104 в конце её.

Счётчики, в которых амплитуда импульсов пропорциональна потерянной энергии частиц в газовом объёме, называют пропорциональными.

В области III (область Гейгера) величина амплитуды импульса тока совершенно не зависит от начальной ионизации. Все импульсы при заданном напряжении независимо от рода ионизирующих частиц имеют одинаковую амплитуду. Каждый вторичный электрон, возникший в объёме счётчика, вызывает вспышку самостоятельного разряда. Счётчики, с самостоятельным разрядом работающие в этой области, называют гейгеровскими.

3. Полупроводниковые дозиметрические детекторы.

Полупроводник в качестве счётчика падающих частиц выступает как аналог импульсной ионизационной камеры (ионизация атомов твёрдого вещества). Результатом ионизации в полупроводнике является появление свободных электронов в зоне проводимости (n-область) и дырок в валентной зоне (p-область).

Энергия образования пары «электрон-дырка» порядка ширины запрещённой зоны (2 – 3 эВ). В газах на образование пары ионов затрачивается ~ 34 эВ. Т. о., в расчёте на одинаковую поглощённую энергию в полупроводниковом детекторе образуется ~ на порядок больше носителей электрических зарядов, чем в чувствительном объёме ионизационной камеры. Плотность полупроводникового детектора ~ в 103 раз больше плотности газа ионизационной камеры, поэтому и поглощённая энергия (в расчёте на одинаковую плотность потока излучения) в полупроводниковом детекторе на несколько порядков больше, чем в газовом (т. е. ионизационный эффект в полупроводниковом детекторе будет на несколько порядков выше). Это определяет его высокую чувствительность при малых размерах. У полупроводниковых детекторов по сравнению с газовыми – высокая подвижность носителей заряда (например, в кремнии при комнатной температуре подвижность электронов ~1300 см2/В ∙ с, а дырок ~ 500 см2/В ∙ с, тогда как подвижность ионов в воздухе ~ 1 см2/В ∙ с). Высокая подвижность определяет малое время собирания электрических зарядов на электроды и, как следствие, – большую временную разрешающую способность детектора в счётно-импульсном режиме работы. Малое время собирания снижает вероятность рекомбинации положительных и отрицательных зарядов, а большая подвижность носителей заряда определяет большой ионизационный ток. Последнее позволяет использовать на несколько порядков меньшие внешние напряжения, чем в газовом счётчике.

Использование полупроводниковых детекторов для внутриполостных измерений.

При решении отдельных задач радиационной медицины для дозиметрии внутри некоторых полостей в организме человека, применяют полупроводниковые детекторы (с (p-n)-переходом) без внешнего источника напряжения. Они миниатюрны и электрически безопасны. В отсутствие радиационного воздействия диффузионный потенциал обеспечивает равновесное состояние в области перехода. Заряды двойного слоя создают запорное электрическое поле. Возникшие при облучении дополнительные носители заряда перемещаются в этом полt (электроны – в n-область, а дырки – в p-область). При разомкнутой внешней цепи это приводит к снижению диффузионного потенциала, что может быть зарегистрировано. В режиме короткого замыкания возникающий в цепи ток пропорционален скорости образования электронно-дырочных пар, т. е. мощности дозы излучения в материале детектора (сопротивление внешней цепи должно быть меньше внутреннего сопротивления). Величина тока j (при U = 0) равнf , где a – коэффициент пропорциональности, связанный с единицами измерения , Pэксп – мощность экспозиционной дозы, Флуктуация" href="/text/category/fluktuatciya/" rel="bookmark">флуктуации энергии теплового движения. Это приводит к возникновению высокой фоновой проводимости полупроводника. В некоторых случаях высокий темновой ток не позволяет использовать полупроводники в качестве детекторов ионизирующего излучения. Неопределённость в величине чувствительного объёма затрудняет применение полупроводниковых дозиметров в качестве метрологических установок для измерений дозы. Ограничивает использование полупроводниковых детекторов для определения D и Dэксп и зависимость дозовой чувствительности от энергии излучения.

4. Сцинтилляционный метод дозиметрии.

Схема сцинтилляционного дозиметра состоит и сцинтиллятора, световода, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и электронной регистрирующей системы. Излучение, взаимодействуя с веществом сцинтиллятора, вызывает образование в нём электронов, которые возбуждают атомы сцинтиллятора. Переход возбуждённых атомов в основное состояние сопровождается излучением фотонов. Свет через световод попадает на фотокатод ФЭУ. В ходе фотоэффекта из фотокатода выбиваются фотоэлектроны, которые размножаются на динодной системе ФЭУ, и усиленный таким образом электронный ток попадает на анод ФЭУ. Каждому электрону, поглощённому в сцинтилляторе, соответствует импульс тока в анодной цепи ФЭУ. Измерению может подлежать как среднее значение анодного тока (токовый режим), так и число импульсов тока в единицу времени (счётчиковый режим сцинтилляционного дозиметра). Ток в сцинтилляционном дозиметре соответствует поглощённой энергии излучения, а скорость счёта – плотности потока частиц.

Используются неорганические, например, NaI, и органические, например, стильбен , сцинтилляторы. По световыходу и постоянству конверсионной эффективности неорганические сцинтилляторы имеют преимущество перед органическими. Однако, в дозиметрии важную роль играет эффективный атомный номер вещества сцинтиллятора (Zэфф), и, с точки зрения тканеэквивалентности, преимущества остаются за органическими сцинтилляторами. Кроме этого у органических сцинтилляторов меньшее время высвечивания.

При работе в режиме счёта импульсов сцинтилляционный дозиметр примерно на порядок чувствительнее газоразрядного счётчика. В токовом режиме величина тока в анодной цепи ФЭУ равна

где g – число фотоэлектронов в расчёте на один испущенный фотон, M – коэффициент усиления ФЭУ (достигает 106), V – объём и h – толщина сцинтиллятора, νz и νв – линейные коэффициенты передачи энергии излучения в веществе сцинтиллятора и в воздухе, τz – линейный коэффициент ослабления падающего излучения в сцинтилляторе, Pэксп – мощность экспозиционной дозы, v-средний расход энергии.

Определив мощность экспозиционной дозы, рассчитывают экспозиционную дозу за некоторый интервал времени .

Сцинтилляционные детекторы излучений характеризуются высокой эффективностью регистрации проникающих излучений, малым временем высвечивания сцинтилляторов, обеспечивающим малое «мёртвое» время счётчиков, высокой временной и энергетической разрешающей способностью. Эти качества сцинтилляционных детекторов обуславливают их широкое использование для спектрометрии излучений (используется пропорциональность между амплитудой импульса и энергией частицы).

5. Калориметрический метод дозиметрии.

При сообщении термоизолированному телу теплоты (ΔQ) его температура (T) увеличится на некоторую величину D T

D Q= c∙ m∙ D T ,

где m – масса вещества калориметрического детектора, c – его удельная теплоёмкость.

При поглощении ионизирующего излучения вся энергия в конечном счёте превращается в тепло. Учитывая энергетический эквивалент рентгена, равный 8,8∙10-6 Дж на 1 г воздуха при нормальных условиях, получим для энергии D Ez , поглощённой за время t

где S – сечение и h – высота цилиндрического калориметрического детектора, масса которого равна m= r z∙ S∙ h ; r z – плотность вещества детектора, t z – линейный коэффициент ослабления излучения в веществе детектора, n z – линейный коэффициент передачи энергии излучения веществу калориметрического детектора, n mв – массовый коэффициент передачи энергии излучения в воздухе, n mв= nв / r .

Из этого выражения, учитывая, что https://pandia.ru/text/78/163/images/image012_19.gif" width="81" height="24 src=">, получаем соотношение между D T и Dэксп

в котором n mz= n z / r z .

Малые изменения D T и другие экспериментальные трудности ограничивают применение этого метода. Но он является прямым, абсолютным методом дозиметрии, т. к. основан на непосредственном измерении поглощённой энергии в отличие от других методов, в которых измеряется косвенный эффект действия радиации (ионизация и т. п.). Этот метод используют для калибровки других дозиметров в области больших доз излучения. Данный метод используется также для дозиметрии излучений радиоактивных веществ. Количество теплоты, соответствующее полному поглощению энергии излучения радиоактивного препарата, пропорционально его активности (A )

где E a , E b , E g – энергии a-, b - и g-излучений соответственно, h a , h b , h g – доли энергии, поглощённой в калориметрическом детекторе от этих видов излучения (если оно представляет их смесь).

Недостатком метода является его относительно невысокая чувствительность.

6. Химическая дозиметрия.

Некоторые недостатки ионизационных и калориметрических методов дозиметрии (трудности в поддержании режима тока насыщения и ухудшение свойств изоляции электродов при измерении больших мощностей доз или недостаточная чувствительность при определении дозиметрических характеристик низкоинтенсивных излучений) привели к необходимости разработки химических методов дозиметрии, использующих иные принципы.

Химический метод дозиметрии основан на регистрации необратимых химических изменений, производимых излучением в веществе. Продукты химических реакций определяются либо непосредственно (по изменению цвета и т. п.), либо косвенно с помощью способов химического анализа (титрование, спектрофотометрия и др.). одним из таких химических методов является ферросульфатный метод дозиметрии. Анализируемый раствор содержит сульфат железа в разбавленной серной кислоте, насыщенной кислородом..gif" width="29" height="21 src=">.gif" width="33" height="21 src=">, образованных в анализируемом растворе под действием радиации, пропорционально экспозиционной дозе (мощности экспозиционной дозы)..gif" width="220" height="41">,

где e – молярный коэффициент экстинкции, характеризующий ослабление света за счёт поглощения и рассеяния, G – радиационно-химический выход реакции (количество продуктов реакции, возникших при поглощении в реагирующей среде энергии, равной 100 эВ), l – толщина слоя раствора, через который проходит ультрафиолетовое излучение в спектрофотометре (длина волны, соответствующая максимуму в спектре поглощения раствора, содержащего ионы https://pandia.ru/text/78/163/images/image018_12.gif" width="33" height="21"> влияют концентрация кислорода, присутствие органических примесей (уменьшается G при уменьшении концентрации кислорода и наличии органики).

Недостатком метода является самопроизвольное изменение параметров раствора и без облучения при хранении, вследствие чего он должен быть приготовлен непосредственно перед измерением.

7. Фотографический метод дозиметрии.

С помощью фотографического метода были получены первые сведения об ионизирующем действии излучений радиоактивных веществ. В настоящее время он используется для индивидуального контроля дозы ионизирующего излучения.

В состав светочувствительной эмульсии входит бромистое серебро (или иная соль серебра), находящаяся внутри слоя желатина. При облучении светочувствительного слоя фотонами (или иными видами излучения), воздействие будут оказывать электроны, образованные в пространстве, окружающем фотоэмульсию. Электроны взаимодействуют с AgBr, нейтрализуя положительный ион серебра и образуя тем самым на поверхности зёрен центры проявления – атомы металлического серебра. В дальнейшем под действием проявителя эти центры способствуют восстановлению металлического серебра из зёрен AgBr вокруг себя. При фиксировании происходят растворение и удаление из эмульсии кристаллов AgBr, не содержащих центров проявления.

Фотоэмульсии различной чувствительности используются для дозиметрии в широком диапазоне доз. Фотоплёнки помещают в специальные кассеты вместе с фильтром, предназначенным для улучшения энергетической характеристики и для дискриминации отдельных видов излучения.

Химически обработанная плёнка имеет прозрачные и почерневшие места, которые соответствуют незасвеченным и засвеченным участкам фотоэмульсии. Используя этот эффект для дозиметрии, можно устанавливать связь между степенью почернения плёнки и поглощённой дозой, которую определяют по оптическому пропусканию с помощью денситометра.

Недостатком метода является невысокая чувствительность к малым дозам излучения и зависимость результатов измерений от условий обработки плёнки.

8. Дозиметрия нейтронов.

Для регистрации нейтронов используют различные виды вторичных излучений, возникающих в результате ядерных реакций или рассеяния электронов на ядрах атомов вещества, используемого для дозиметрии. При этом энергия электронов в поглощающей среде преобразуется в энергию протонов и ядер отдачи, α-частиц, γ-квантов и продуктов деления.

Для дозиметрии тепловых нейтронов используют реакцию захвата (n, γ), для регистрации быстрых нейтронов – упругое и неупругое рассеяние, а для определения потоков нейтронов с промежуточной энергией рекомендуется уменьшить их энергию до тепловой, пропустив через слой парафина или другого замедлителя. Конструктивно счётчик нейтронов с промежуточной энергией выполняется в виде полой сферы из парафина со стенкой, толщиной порядка 15 см, в центре которой помещается счётчик тепловых нейтронов. Предполагается, что нейтроны промежуточных энергий, падающие на поверхность сферы, будут создавать в её центре поток тепловых нейтронов, который будет пропорционален биологической дозе.

Дозиметрия по существу сводится к определению потоков нейтронов с помощью пропорциональных счётчиков, ионизационных камер, радиационно-химических реакций, фотопластинок..gif" width="19" height="24">- поперечное сечение взаимодействия нейтронов с атомами i-того типа, - средняя доля энергии, теряемая при соударении нейтрона с i-тым атомом, ci – число атомов i-того элемента в 1 г поглотителя.

9. Дозиметрическая и радиометрическая аппаратура.

Детекторами γ-, α- и β-излучений являются сцинтилляционные и пропорциональные счётчики, счётчики Гейгера-Мюллера (в том числе и 4π-счётчики, в которых радиоактивный источник со всех сторон окружён рабочим объёмом счётчика; если источник газообразный, он помещается в рабочий объём газового счётчика), ионизационные камеры, полупроводниковые счётчики и фотопластинки (фотоплёнки).

Ионизационные камеры, главным образом, используют для дозиметрии. Для этих же целей используются калориметрические и химические методы регистрации излучений. Для радиометрических нужд используют, как правило, сцинтилляционные и газовые счётчики, работающие в режиме счёта импульсов.

Для измерения энергетического распределения γ-лучей разработаны сцинтилляционные (анализируется амплитуда импульсов в анодной цепи ФЭУ), магнитные (в которых анализируется вторичное электронное излучение) и дифракционные (в которых анализируется дифракция γ-лучей на кристаллах) γ-спектрометры.

Для анализа β-спектров применяются β-спектрометры, измеряющие энергию электронов по их воздействию на вещество, либо спектрометры, пространственно разделяющие β-частицы, имеющие разные энергии. К приборам 1-ого типа относят спектрометры, функционирование которых основано на ионизации рабочего вещества спектрометра (ионизационная камера, сцинтилляционный детектор). Но они, обладая большой светосилой, не очень точно измеряют энергию β-частиц. К приборам 2-ого типа относятся спектрометры, в которых используются магнитные или электрические поля. Особенно просты и дают лучшее разрешение спектрометры с поперечным магнитным полем, когда электроны движутся по окружностям, радиусы которых пропорциональны импульсам электронов.

Для определения энергии α-частиц, испускаемых радиоактивными элементами, исследование тонкой структуры α-спектров и идентификации новых ядер по энергии α-излучения разработаны α-спектрометры. Функционирование α-спектрометров основано либо на ионизирующем действии α-частиц, либо на магнитном анализе прохождения α-частиц. Поскольку у α-частиц очень малый пробег в веществе (большие линейные потери энергии) приходится использовать очень тонкие источники, которые получают путем испарения солей или окислов исследуемых веществ в вакууме . Обычно производят не абсолютные измерения энергии a - частиц, а сравнение энергии анализируемых a - частиц с энергией a-частиц, испускаемых веществом, спектр a-излучения которого хорошо изучен. Чаще всего используют 210 Po , испускающий a - частицы с Еa=5,3006±0,0026МэВ.

Обычно рассматривают 6 групп дозиметрической и радиометрической аппаратуры. I группа – это приборы для измерения мощности дозы g-лучей и потока нейтронов. Как правило, датчиками в них являются ионизационные камеры, выбор типа которых зависит от мощности дозы излучения, либо газонаполненные или сцинтилляционные счетчики. II группа – приборы с датчиками измерения потоков a- и b - частиц с загрязненных поверхностей. Для измерения характеристик потоков a - частиц применяются датчики со сцинтиллятором из ZnS ∙ Ag , либо воздушные плоские многонитные пропорциональные счетчики. Для измерения характеристик b- частиц применяются датчики в виде нескольких b- счетчиков. Существуют приборы, служащие для сигнализации о превышении допустимых уровней загрязненности тела человека и специальной одежды b - и g- активными веществами. III группа – установки для измерения загрязненности воздуха активными газами и аэрозолями . Для этих целей обычно используют ионизационные камеры, которые помещают в замкнутый объем, наполненный загрязненным воздухом. a - и b - активные аэрозоли улавливают мембранными фильтрами при прокачивании через них воздуха, либо осаждают на мишени – электроде с помощью метода электроосаждения (электрофильтры). IV группа – радиометрические установки с датчиками в виде газовых и сцинтилляционных счетчиков, служащих для измерения абсолютной активности проб воды и пищевых продуктов. V группа – комплекты аппаратуры для измерения индивидуальных доз g- лучей и нейтронов. Это фотопленки, малые ионизационные камеры, карманные дозиметры, позволяющие производить отсчеты в процессе работы (внутренний электрод камеры соединен с подвижной нитью, пропорциональное дозе отклонение которой наблюдают с помощью окулярной шкалы малогабаритного микроскопа). VI группа – это установки для измерения внешнего излучения от людей и измерение активности выдыхаемого воздуха, так называемые счетчики импульсов человека – СИЧ. Существуют большие полые сцинтилляционные счетчики и счетные спектрометрические установки с большими кристаллами из NaI для регистрации внешних потоков излучения от людей (g - и жесткое b - излучение). В выдыхаемом человеком воздухе определяют, например, содержание радона и рассчитывают количество радия в организме.

10. Современное дозиметрическое оборудование для обеспечения лучевой терапии в Республике Беларусь.

В лучевой терапии дозиметрическое оборудование применяется:

а) для настройки аппарата лучевой терапии (АЛТ) перед сдачей его в эксплуатацию;

б) для периодического контроля дозиметрических параметров пучков излучения во время эксплуатации АЛТ;

в) для получения дозиметрической информации, необходимой для планирования сеансов облучения и научных целей;

г) для контроля поглощенной дозы, получаемой пациентами при лучевом лечении.

Современное дозиметрическое оборудование можно разделить на следующие группы:

1) оборудование, содержащее детекторы ионизирующего излучения. В первую очередь это клинические дозиметры различных фирм типа UNIDOS, UNIDOS-E, MULTIDOS, ORTIDOS, VIVODOS (Германия), NOMEX, KEITHLEY (США), FARMER (Англия), ДКС-АТ (Беларусь), APOLLO (Швеция).

2) Приборы для контроля параметров пучка излучения, денситометры, фантомы различных типов, компьютеры с необходимым программным обеспечением и др.

К дозиметрам прилагаются контрольные калибровочные источники со 90Sr и набор детекторов (полупроводниковых, ионизационных камер различного объема). Диапазон измерений мощности поглощенной дозы - от 0,4 мкГр/мин до 300 Гр/мин. Диапазон измерений поглощенной дозы - от 500нГр до нескольких десятков Грей. Диапазон энергий рентгеновского излучения - от 30 до 150 кВ; g - излучения – от 1МэВ до 20МэВ; электронного – от 5 до 20МэВ. Величина тока утечки 10-14-10-15А. Относительная погрешность ± 1-2%.

Применяются также термолюминесцентные дозиметры. Небольшие размеры термолюминесцентных детекторов позволяют использовать их при измерении доз внутри гетерогенных фантомов, на коже и в полостных органах пациентов.

Все современные клинические дозиметры, сканеры, измерители дозы матричного типа, автоматизированные водные фантомы имеют возможность подключения к компьютеру. Некоторые из них, например, сканеры, VIVODOS, Multi Cheek вообще без компьютера не могут работать. Компьютеры управляют процессом измерений, обработки и хранения дозиметрической информации.

Основные группы дозиметров:

Индивидуальные - для контроля облучения лиц, работающих в сфере действия ИИ.

Методы дозиметрии:

Радиохимический метод - основан на реакции окисления двухвалентного железа в трехвалентное под действием ИИ(Fe 2+ Fe 3+), что приводит к изменению окраски (прозрачности). Используются ферросульфатные дозиметры. Так как диапазон этих дозиметров очень велик (от 20 до 400 Гр), они используются только для аварийных ситуаций.