ПРАКТИКУМ радиология

Экспозиционная доза Х – это величина полного заряда ионов одного знака Q, которые образуются в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонами в единице массы воздуха m:

Х = Q/m

Установленная в СИ единица измерения экспозиционной дозы – кулон на килограмм (Кл/кг). В практике и научной литературе распространена другая, внесистемная, единица экспозиционной дозы – рентген (Р), названная по имени немецкого ученого К.В. Рентгена, открывшего X-лучи. Соотношения между этими единицами:

1Р = 2,58 • 10−4 Кл/кг; 1Кл/кг = 3,88 • 103Р.

Экспозиционная доза – специфическая величина в дозиметрии и используется только для оценки внешнего рентгеновского или γ-излучения. Энергетический эквивалент экспозиционной дозы составляет: для воздуха 1Р ≈ 0,87 рад, для воды и биологических тканей 1Р ≈ 0,96 рад.

Биологический эффект облучения при прочих равных условиях различен для разных видов излучения прежде всего потому, что он определяется не только величиной поглощенной энергии, но и характером распределения этой энергии в облучаемом объекте. Разные виды излучений создают ионы с неодинаковым пространственным распределением. Для сравнения биологических эффектов, вызванных различными видами излучения ис-

пользуется понятие относительной биологической эффективности

(ОБЭ), которое показывает во сколько раз радиобиологический эффект данного вида излучения больше радиобиологического эффекта образцового излучения, в качестве которого принято рентгеновское излучение с энергией фотонов 200 кэВ, при одной и той же поглощенной дозе:

η = Do/D,

где η - относительная биологическая эффективность,

Do иD – поглощенные дозы образцового и данного излучения. Очевидно, что для образцового излучения η = 1.

Для определения дозы ионизирующего излучения с учетом биологического эффекта на практике используют не относительную биологическую эффективность, а регламентированный ОБЭ показатель, который называется взвешивающим коэффициентом WR (устаревшее название взвешивающего коэффициента – коэффициент качества КК) (табл.2), а доза в этом случае называется эквивалентной дозой НТ,R (подстрочный символ

82

символ Т означает вид органа или ткани (tissue), а R – вид излучения (radiation)) и рассчитывается следующим образом.

Эквивалентная доза излучения НТ,R – это поглощенная доза в ор-

гане или ткани (DТ,R), умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения:

НТ,R = DТ,R • WR

Эквивалентную дозу в системе СИ выражают в зивертах (Зв) по имени шведского ученого Р. Зиверта, известного фундаментальными трудами в области дозиметрии. Внесистемная единица измерения – бэр (биологический эквивалент рада), 1бэр = 0,01 Зв. Один зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний взвешивающий коэффициент составляет 1 Дж/кг.

Таблица 2

Значения взвешивающих коэффициентов различных видов излучения

Излучения и их энергия		WR
γ-излучения (фотоны) всех энергий		1
β-излучения (электроны, позитроны) всех энергий		1
α-излучения, осколки деления, тяжелые ядра		20
Нейтроны,	< 0,01 МэВ	5
	0,01-0,1МэВ	10
	0,1-2МэВ	20
	2-20МэВ	10
	> 20МэВ	5
Протоны,	> 2МэВ	5

Для оценки биологического эффекта (или меры риска) при действии излучения на органы и ткани, а также на организм в целом с учетом эффекта от разных видов излучения, а также с учетом радиочувствительности отдельных органов и тканей вводится эффективная эквивалентная доза

(ET,R).

83

Эффективная эквивалентная доза для организма в целом может быть определена как сумма произведений эквивалентной дозы в отдельных органах и тканях, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани:

ЕT,R = ΣWТ·• НТ,R

Перечисленные выше способы выражения доз ионизирующих излучений с соответствующими единицами измерения представлены в табл.3.

Таблица 3

Классификация доз и единицы их измерения

		Единицы измерения
	Доза	(обозначение русское, международное)
		система СИ		внесистемные единицы
	Поглощенная D	грей (Гр, Gy) = 1 Дж/кг		рад (rad) = 0,01 Гр
	Экспозиционная Х	Кулон на килограмм		рентген (Р, R) =
		(Кл/кг, С/kg)		2,58·10	4
					Кл/кг
	Эквивалентная НТ,R	зиверт (Зв,	Sv)	бэр (rem) = 0,01 Зв
	Эффективная экви-	зиверт (Зв,	Sv)	бэр (rem) = 0,01 Зв
	валентная ЕT,R

10.2. Мощность дозы

Кроме величины дозы, которая показывает суммарный эффект действия излучения, на практике часто используют величину мощности дозы ионизирующего излучения Р, т.е. изменение дозы Д в единицу времени t:

Д

Р = t

Мощность дозы характеризует интенсивность излучения.

84

В зависимости от вида дозы различают мощность поглощенной, экспозиционной, эквивалетной и эффективной эквивалентной дозы. Соответственно и единицы измерения могут быть различными: грей в секунду, Гр/с; рентген в час, Р/ч; зиверт в час, Зв/ч. Производными единицами являются: мкГр/с, мкР/ч, мЗв/ч и др. Например, природный радиационный фон γ-излучения на территории России колеблется в среднем в диапазоне

0,04 – 0,20 мкЗв/ч или 4 – 20 мкР/ч.

12.3. Нормы радиационной безопасности

Предельно допустимые дозы ионизирующих излучений нормируются в нашей стране согласно регламентирующему документу «Нормы радиационной безопасности», принятому в 2009 году (НРБ-99/2009). По НРБ99/2009 все жители страны разделяются на две категории: персонал (группа лиц, работающих с источниками ионизирующих излучений по профессиональной необходимости) и население.

Для населения основной предел дозы (ПД) составляет 1 мЗв в год на человека, для персонала (группа А) – 20 мЗв в год (см. Приложения, табл.10). Следует подчеркнуть, что в ПД для обеих категорий не включается дозовая нагрузка, получаемая человеком за счет естественного радиационного фона (космическое излучение, а также за счет природных радионуклидов) и источников, применяемых в медицине.

12.4. Дозиметрические приборы

Приборы для измерения дозы и/или мощности дозы ионизирующих излучений называются дозиметрами. Принципиальных различий между способами детектирования активности и дозы нет, но в дозиметрии градуировка приборов осуществляется в единицах дозы и/или мощности дозы. Дозиметры по принципу детектирования подразделяются на:

1)химические;

2)фоточувствительные;

3)термолюминисцентные;

4)электростатические;

5)газоразрядные;

6)сцинтилляционные;

7)полупроводниковые.

Детекторы дозиметров принципиально не отличаются от детекторов радиометров (см. лаб. раб. № 1).

85

В зависимости от способа вывода информации дозиметры бывают:

1)индицирующие мощность дозы (прямо показывающие);

2)индицирующие дозу (накапливающие);

3)универсальные.

Прямо показывающие – это приборы, которые непосредственно показывают мощность дозы в текущее время. Для накапливающих дозиметров необходимо определить промежуток времени, по истечении которого прибор показывает дозу, накопленную за это время. Универсальные приборы могут работать как прямо показывающие, так и в качестве накапливающих приборов.

В зависимости от области применения (диапазона мощности доз) дозиметры подразделяются на:

1)бытовые и

2)профессиональные.

Бытовые дозиметры выпускаются в основном для лиц из населения и используются для измерения малых (на уровне фона) доз. Профессиональные дозиметры используются, как правило, персоналом и предназначены для оценки радиационной обстановки на ядерных объектах2.

12.4. Порядок работы на дозиметре ИРД-02

Прямо показывающий дозиметр ИРД02 (рис.32) предназначен для поиска радиоактивных источников, для оценки радиологической обстановки на местности, в рабочих и жилых помещениях. Прибор используется для измерения мощности дозы фотонного излучения, а также плотности потока β-частиц.

Рис. 32. Дозиметр ИРД-02

2 в настоящее время выпускаются широкодиапазонные дозиметры, которые могут использоваться и как бытовые и как профессиональные

86

ИРД-02 выполнен в виде портативного носимого прибора. В качестве детектора излучения используется газоразрядный счетчик ГейгераМюллера СБТ-10 с тонким входным окном. Результаты измерений выводятся на 4-х разрядное цифровое жидкокристаллическое табло. Прибор подает звуковые сигналы, частота следования которых пропорциональна значениям измеряемых величин.

Дозиметр ИРД-02 является наиболее чувствительным среди носимых приборов, в которых в качестве детектора используется газоразрядный счетчик. Диапазон измерения мощности эквивалентной дозы 0,1–20 мкЗв/ч (10–2000 мкР/ч). Время выхода прибора на рабочий режим – 40 с.

Прибор имеет только два узла управления – ползунковые переключатели. Переключателем, расположенным в левой части лицевой панели, дозиметр включается. При этом на табло появляются цифры, непосредственно соответствующие мощности дозы Р в мкЗв/ч. Переключателем справа устанавливается режим работы с разными типами излучений (β или γ). При измерении потока β-частиц необходимо снять со счетчика защитную металлическую пластину, расположенную на тыльной стороне прибора.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Цель данной работы – познакомиться с основными дозиметрическими величинами, дозиметрическими приборами и измерить мощность эквивалентной дозы внешнего излучения в рабочем помещении (аудитории).

Порядок выполнения работы

1.Познакомиться с работой дозиметра ИРД-02.

2.Аудиторию условно разделите на 5 секторов – четыре угловых и центральный, как показано на рисунке 33; присвойте им обозначения (например, в виде заглавных букв).

А		Б
вход
	В	окна
Г		Д

Рис.33. Проекция рабочего места (аудитории)

87

3.Включите дозиметр ИРД-02, выберите режим работы с γ-излучением.

4.Проведите измерения в каждом секторе. Показания прибора (3-5 значений) считывайте через 20-30 с после выбора точки измерения. Рассчитайте среднее значение мощности эквивалентной дозы Рср

5.Результаты запишите в таблицу:

Обозначение сек-		Измерения Р, мкЗв/ч				Рср,
тора	1	2	3	4	5	мкЗв/ч
А
Б
В
Г
Д

6.Сделайте вывод, в котором сравните полученные значения со средним уровнем природного радиационного фона для данной местности и с дозовыми пределами по НРБ-99/2009.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Что такое доза ионизирующего излучения?

2.Какие существуют основные виды доз? Каковы их единицы измерения?

3.Как называется прибор для измерения дозы или мощности дозы излучения?

4.Какие бывают дозиметры по принципу детектирования?

5.Какие бывают дозиметры по способу вывода информации? Приведите примеры.

6.Какие бывают дозиметры в зависимости от области применения?

7.Дайте характеристику дозиметру ИРД-02.

8.Какой документ в нашей стране регламентирует допустимые уровни облучения человека?

9.На какие две категории разделяются все жители страны (согласно номам радиационной безопасности)? Какая между ними разница?

10.Чему равен основной дозовый предел для населения?

11.Чему равен основной дозовый предел для персонала?

88

Лабораторная работа № 13

Дозиметрия внешнего облучения. Расчет безопасных условий работы

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

13.1. Расчет безопасных условий работы при внешнем облучении

Дозиметрия внешнего облучения предполагает определение дозы или мощности дозы облучения живых организмов от источников излучения, находящихся вне облучаемого объекта.

При внешнем облучении α- и β-излучения практически не представляют опасности для человека (из-за их низкой проникающей способности). Поэтому главными источниками внешнего облучения являются рентгеновское или γ-излучения.

Дозу внешнего излучения можно а) измерить, используя дозиметрические приборы (см. лаб.раб. №12) или б) рассчитать, если известны условия измерения и характеристика источника излучения.

Если рассмотреть простейший случай внешнего облучения: систему из точечного источника γ-излучения, например, 60Со, и облучаемого объекта, можно обозначить величины, составляющие дозу. Прежде всего, доза зависит от активности (A): при увеличении активности доза возрастает. Очевидно, что доза будет также возрастать при увеличении времени нахождения под воздействием ионизирующего излучения (t) и уменьшении расстояния между источником излучения и облучаемым объектом R. Причем, если с активностью и временем доза связана прямой зависимостью, то с расстоянием – обратно квадратичной:

Д =	K γ	A t	,
		R 2

где Кγ – гамма-постоянная – коэффициент пропорциональности, характеризующий свойства излучения; A – активность точечного источника; t

– время нахождения под воздействием ионизирующего излучения и R – расстояние между источником излучения и облучаемым объектом.

Мощность дозы излучения будет равна:

	Д		K γ A
Р =		=
	t		R 2

89

Из приведенных формул следует важная пространственная закономерность распределения мощности дозы вокруг точечного источника ионизирующего излучения. Например, если имеется источник ионизирующего излучения А, то на расстояниях R1, R2 , Rn будет выполняться соотношение:

Р1 • R12 = Р2 • R22 =…= Рn • Rn2 и т.д.:

А

R1

R2

Rn

Пользуясь этим соотношением, можно рассчитать безопасные условия работы с источником излучения:

Ризм • R2изм = Рбезоп • R2безоп , отсюда Rбезоп= Rизм • РPизм безоп

где Rизм – это расстояние, на котором измеряется мощность дозы Ризм, а Rбезоп – это расстояние, на котором мощность дозы будет безопасной

Рбезоп.

Безопасная мощность дозы для профессионалов и для населения регламентируется Нормами радиационной безопасности (НРБ-99/2009). Для профессионалов эта величина составляет 10 мкЗв/ч, а для населения – 0,1 мкЗв/ч. Расчет основывается на том, что основной дозовый предел для персонала составляет 20 мЗв/год, работает профессионал 50 недель в году, 36 рабочих часов в неделю. Если учитывать, что дозовая нагрузка распределяется равномерно, то допустимыми будут следующие значения:

Днед =	20мЗв/ год	= 0,4 мЗв/нед = 400 мкЗв/нед = 40 мР/нед;
	50нед/ год

Рбезоп =	400мкЗв/ нед	≈ 10 мкЗв/ч = 1 мР/ч
	36ч/ нед

Для населения, имеющего основной дозовый предел 1					мЗв/год и по-
стоянно проживающего на загрязненной территории, можно записать:
	1мЗв/ год		1000мкЗв / год
Рбезоп =		=	8760ч/ год	≈ 0,1	мкЗв/ч
	365дней/ год 24ч/ день

90

Итак, для обеспечения безопасных условий работы можно увеличить расстояние как минимум до Rбезоп. Однако бывают ситуации, когда расстояние от источника излучения изменить невозможно, тогда для соблюдения безопасных условий уменьшают время работы. Обычно рассчитывают безопасное время работы с данным источником в течение недели:

tбезоп (ч/нед) =	400мкЗв/ нед		=	40мР/ нед
	Р	(мкЗв/ ч)		Р	(мР/ ч)
	изм.			изм.

13.2. Порядок работы на дозиметре ДКС-04

Дозиметр ДКС-04 (рис.34) предназначен для обнаружения и оценки с помощью звуковой и световой сигнализации плотности потока рентгеновского, γ- и жесткого β-излучения, а также экспозиционной дозы и мощности дозы рентгеновского и γ-излучений.

Диапазон измерения мощности дозы – 0,1–999 мР/ч. В качестве детектора используется счетчик Гейгера-Мюллера СБМ-21. ДКС-04 относится к универсальным дозиметрам и работает как в прямо показывающем режиме, так и в качестве накапливающего.

Управление прибором осуществляется двумя переключателями, расположенными на правой торцевой панели и кнопкой на верхней торцевой панели. Результаты измерений выводятся на 4-х разрядное цифровое жидкокристаллическое табло. Нижним переключателем прибор включа-

Рис. 34 Дозиметр ДКС-04 ется. При этом на табло появляются цифры, соответствующие мощности экспози-

ционной дозы в мР/ч (при Р экспозиционной дозы на уровне природного фона на табло индицируются нули). Верхний переключатель устанавливает режим

сигнализации. В положении «ПОРОГ» дозиметр переводится в режим сигнализации с шагом 1 мР, в режиме «ПОИСК» сигнализация включается при обнаружении источника ионизирующего излучения. Кнопка «доза –

91