методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

100

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

101

Л.В. Тимофеев

ПРОТОКОЛ сравнительных измерений мощности поглощенной дозы

бета-излучения от плоских бета источников с помощью установки ЭК-2 Института биофизики М3 СССР г. Москва и образцовой установки типа УЭК-1 ВНИИМ им. Д.М. Мен­делеева г. Ленинград.

Измерения проводились в период с апреля 1966 г. по январь 1968 г с плоскими бета источниками Рm147 , Тℓ204, Р32 изготовленными на основе ионообменных материалов. Характеристики источников представлены в табл. 4.3.

	№	изотоп	форма	Размер	материал	Степень
						равномер-
	ИСТ.				основы
						ности
	3	Pm147	квадр	5x5	ткань 20мг/см2	5%
	19	Pm147	круг	Ø5	полиэтилен 7	3%
	4	Тℓ204	квадр	5x5	ткань 20мг/см2	2%
	24	Тℓ204	круг	Ø5	полиэтилен 7	2,5%
	I	Р32	квадр	5x5	ткань 20мг/см2	3, 5%
	3	Р32	квадр	5x5	ткань 20мг/см2	3%

Степень равномерности определялась с помощью сцинтилляционного детектора с диаметром входного окна 10мм, расположенного вплотную к источнику, и рассчитана по 16 измеренным значениям в различных областях источника.

Результаты измерений мощности поглощенной дозы приведены в табл. 2.

При измерениях источник помещался вплотную к потенциальному электроду камеры, и мощность поглощенной дозы определялась на поверхности источника при контакте с тканеэквивалентным материалом­ .

При сопоставлении результатов измерений, проведенных в различные­ сроки, были использованы следующие значения периодов полураспада

102

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Прометий-147	Т = 2,64 года
Таллий-204	Т = 3,78 лет
Фосфор-32	Т=14,3 дня

При расчете мощности поглощенной дозы было использованозначениесреднейработы ионообразованияввоздухеЕ=53,7 кэВ. Обработка результатов измерений проводилась по методу наименьших квадратов в соответствии с «Методическими указаниями № 281 по проверке источников бета-излучения по мощности поглощенной дозы». Погрешность измерений составляет 3-5%.Результатысличенийпоказывают,чтосредниерасхождения значений мощности поглощенной дозы бета-излучения, измеренные на установке ЭК-2 и на образцовой установке типа УЭК-2 составляет 2,5-4% и находится в пределах экспериментальных погрешностей измерений обеих установок, чтo позволяет сделать вывод об отсутствии систематических погрешностей при измерении мощности от поглощенной дозы от бета-источника.

4.1.2. Рабочий эталон единиц поглощенной дозы

имощности поглощенной дозы бета-излучения

Впериод 1981‒1984 гг. в Институте биофизики Минздрава

СССР и Научнопроизводственном объединении «Всесоюзный НИИметрологииим.Менделеева»созданрабочийэталонединиц поглощенной дозы (ПД) и мощности поглощенной дозы (МИД) β-излучения в тканеэквивалентной среде. Назначение эталона ‒ метрологическое обеспечение работ в медицине, в частности лучевой терапии. Необходимость создания рабочего эталона диктуется требованиями обеспечения единства измерений при создании, выпуске и применении закрытых терапевтических радионуклидных источников излучения, а также повышения их точности. Это стало особо актуальным в связи с расширением номенклату-

103

Л.В. Тимофеев

ры и увеличением объема выпуска источников β-излучения, используемых в медицинской практике.

Лечебный эффект от применения радионуклидных источников существенно зависит от точности определения ПД в облучаемых тканях и органах человека. Для эффективного лечения, по мнению врачей-радиологов, погрешность определения ПД β-излучения в ряде случаев не должна превышать 5‒7%.

Наиболее точным и распространенным методом определения МПД и ПД β-излучения является ионизационный и, в частности, метод экстраполяционной ка-меры.

Экстраполяционная камера ‒ разновидность тканеэквивалентной полостной ионизационной камеры [5, 7], с помощью которой измеряют ионизацию в полости приграничного слоя тканеэквивалентного вещества. МПД β-излучения в тканеэквивалентном веществе определяется на основе соотношения Брэгга ‒ Грея [7] через значения относительных массовых тормозных способностей для электронов в этом веществе и в воздухе, усредненных по действующему спектру β-излучения [4].

Метод экстраполяционной камеры осуществлен в государственном первичном эталоне единиц ПД и МПД β-излучения (ГЭТ 9‒82), утвержденном в 1982 г. [6].

Созданный рабочий эталон (ВЭТ-9-2‒84) включает измерительную установку с ионизационной экстраполяционной камерой, вспомогательные измерительные средства, а также набор переменного состава источников β-излучения на основе радионуклидов90Sr+90Y,204Т1,147Рmиосуществляетхранениеединиц ПД (Гр) и МПД (Гр-с-1) в диапазоне энергии β-излучения от 0,02 до 3 МэВ.

ДиапазоныизмеренияПДβ-излучениясоставляютотЗ-10-2 до 10 Гр, МПД β-излучения ‒ от 1-10-5 до 1 Гр-с-1. Среднее суммарное квадратическое отклонение результата сличения с государственным первичным эталоном ГЭТ-9‒82 ‒ эталоном СЭВ [6]

104

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

(совместносэталономГДР)непревышает2,5%,присреднемквадратическом отклонении результатов измерений эталона ‒ 1,5%; неисключенная систематическая погрешность ‒ 3%.

Методика передачи размера единиц от государственного первичного эталона рабочему эталону заключается в сличении с помощью компаратора, в качестве которого используются плоские источники β-излучения. При этом последовательно определяются значения МПД и ГЭТ и на ВЭТ от плоского источника β -излучения на заданных расстояниях по поверхности источника

ипри одинаковых значениях площади измерительного электрода экстраполяционной камеры. Погрешность передачи размера единиц от первичного к рабочему эталону не превышает 0,5%. Методика передачи размера единицы от ВЭТ образцовым и рабочим средствам измерений в виде дозиметров и источников β -из- лученияосуществляетсяспомощьюкомпараторов,позволяющих передаватьразмерединицыотплоскихβ-источниковисточникам сферической и цилиндрической формы. Среди них сцинтилляционный дозиметр типа СКД-1 с фотоумножителем, работающим в токовом режиме [2], и химический дозиметр на основе водного раствора бензоата кальция [1]. Передача размера единицы ПД β-излу- чения этим дозиметрам осуществляется также с помощью аттестованных на ВЭТ-9-2‒84 плоских β-источников, при этомдополнительноисследуетсяглубинноераспределениедозот источников в активном веществе дозиметров. Погрешность измерения ПД и МПД на этих установках не превышает 10‒12%.

Основные результаты измерений обрабатываются по специально разработанным программам на ЭВМ. Главными задачами рабочего эталона ВЭТ 9-2‒82 являются передача размера единиц ПД и МПД образцовым средствам измерений в виде дозиметров

иисточниковβ-излучениямедицинского назначенияи аттестация рабочих средств измерения и источников, непосредственно используемых в медицинской практике. Со времени создания уста-

105

Л.В. Тимофеев

новки с экстраполяционной камерой систематически проводились работы по исследованию радиационных и дозиметрических характеристик вновь разрабатываемых медицинских источников β-излучения. В последнее время на рабочем эталоне проведены исследования 20 типов β-аппликаторов на основе радионуклидов 204Т1 и 90Sr + 90Y, разработанных для использования в офтальмологии,атакжеисследованасерияаппликаторовдлядерматологии и оториноларингологии.

Комплекс средств измерений рабочего эталона единицы ПД и МПД β-излучения будет и в дальнейшем использоваться для проведениянаучно-исследовательскихимедицинскихисследова- ний в области радиационной дозиметрии, а также радиационных исследований вновь разрабатываемых медицинских источников β-излучения.

Созданный рабочий эталон входит в систему вторичных ‒ рабочих ‒ эталонов в области дозиметрии ионизирующих излучений, обеспечивая эффективность применения β-источников в медицине.

Установка с камерой ЭК-2 утверждена в качестве эталона ВЭТ-9-2-84 приказом №13 генерального директора НПО им. Менделеева от 28.01.85г. Эталон ВЭТ 9-2-84 входил в систему вторичных (рабочих) эталонов СССР в области дозиметрии ионизирующих излучений и имел паспорт Госстандарта.

Эталон включает в себя средства измерения, вспомогательные устройства, компараторы: ионизационная воздушная плоскопараллельная экстраполяционная камера ЭК-2; набор мер МПД переменного состава из источников бета-излучения с радионуклидами прометий-147, технеций-99, таллий-204, стронций- 90+иттрий-90, предназначенный для передачи размера единицы МПД и контроля стабильности работы эталона.

Диапазоны измерений ∆Дβϵ/3.10-2,10 Гр/; ∆Рβ/1.10-5, 1.0 Грс-1/.

106

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Среднее квадратическое отклонение результата измерений при сличении с ГЭТ не более 2,5%. Энергетический диапазон бета-излучения Егр=/0,02, 30МэВ/ или /3,500 Дж/.

Для практического применения системы передачи размера единиц ПД и МПД бета-излучения ЗТРИИ от Государственного первичного эталона к рабочим мерам и приборам разработана Ведомственная локальная поверочная схема, регламентирующая соподчинение образцовых и рабочих мер и приборов, устанавливающая погрешность измерений при передаче размера единиц от одного разряда к другому.

Рис. 4.5. Схема модернизированной установки ЭК-2М

Рис. 4.6. Собирающие и потенциальный электроды камерыЭК-2М

107

Л.В. Тимофеев

4.2.Установка с ионизационной камерой переменного давления газа, ее наполняющего, КПДГ

Рис 4.7. Установка с ионизационной камерой переменного давления газа, ее наполняющего, КПДГ

С целью экспериментального изучения хода дозовых функ- цийнаблизкихрасстоянияхотисточниковбета-излучениясмак-

симальной энергией спектра Емакс ≤ 250 кэв нами была предложена и построена установка с плоскопараллельной ионизационной

камерой, работающей при переменном (как выше атмосферного, так и ниже) давлении Р заполняющего её газа. Газ в этой камере одновременно выполняет две функции – фильтра переменной толщины Х, пропорциональной ph (h – высота зазора в камере), и ионизационногодетектора.Врезультатеизмеренийскамеройполучаются величины пропорциональные интегралам по толщине от дозных распределений. Продифференцировав затем получен-

108

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

ные результаты можно определить ход дозовых распределений, как от плоских, так и от точечных источников. В описываемых исследованиях мы использовали, возможно, более тонкие (без самопоглощения) плоские источники ограниченной площади (диаметр ≤ 20 мм).

Чертёжкамерыприведённарис.4.8.Ионизационнаякамера смонтирована под съёмным стальным корпусом в виде колпака, изготовленнымизверхнейчастикоммерческогобаллонадлясжатых газов. Конструктивно все вводы в камеру (подача высокого напряжения, токопровод к электрометру и т.д.) выполнены таким образом, что позволяют работать как при повышенном давлении (до 50 атм.), так и при любом пониженном. Камера испытана на механическую прочность гидравлическим способом. Регулировка давления газа камере осуществляется через соответствующий патрубок, который с помощью системы вентилей присоединяется либо к вакуумному насосу, либо через редуктор к баллону со сжатым газом (воздух, азот). Контроль за величиной давления в камере производится с помощью отградуированного манометра и образцового вакуумметра. Герметизация камеры была такова, чтововсёмрассматриваемомдиапазонедавлениепрактическине изменялось как минимум в течение суток.

Электрический контакт собирающего электрода с электрометромосуществляетсячерезлатунныйтокопроводспосеребрёнными контактами, помещёнными в тефлоновую втулку. Радиоактивныйисточниклибонаноситсянаграфитовуюподложкуввиде диска диаметром 50 мм и толщиной 10 мм, либо вставляется в углубление заподлицо в центре потенциального электрода.

109