методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

ветствует энергии 100 КэВ, а СС различных марок эффективно поглощают фотонное излучение именно в этом диапазоне Е, то потребовались относительно тонкие слои СС. Тонкие же слои СС оказались практически прозрачными к излучению в оптическом интервале длин волн, т.е. к излучению пластических сцинтилляторов (λмакс=4500 А) Предложенный способ апробирован для двух марок СС: ТФ-1 и ТФ-5. Исследован характер ослабления гамма- и рентгеновского излучений для ЕХ,γє(20 кэВ,90 кэВ ) пропускания света; вклад радио- и фотолюминесценции; изменения некоторых параметров (например, потемнение) стёкол в результате облучения /…/.Основные исследования сводятся к следующему: для ослабления на (2-3) порядка фонового тока ФЭУ при Ех=(2080)КэВ требуется фильтр из СС толщиной (1,5-15) мм; диапазон пропускания длин волн света для этих фильтров соответствует интервалу максимальной чувствительности большинства типов ФЭУ; интенсивность люминесценции можно уменьшить поместив между фотокатодом и Pb-стеклом светофильтр ФС-7.При дозе 20 Гр гамма-излучения, кобальта ‒ 60 стекла быстро восстанавливают свою прозрачность, особенно при дневном свете. Стекло ТФ-5 толщиной 2 мм ухудшает интегральное пропускание света всего на 3%.

Таким образом, применение защитного свинцового стекла позволяет уменьшить на(2...3) порядка эффектвоздействиярадиации на ФЭУ; при этом полезный сигнал от сцинтиллятора ослабляется всего на (10...30)%.

Какизвестно,воптическипрозрачныхсредахприпрохожде- ниичерезнихбета-излучениявозникаетт.н.излучениеВавилова- Черенкова, если при этом выполняется условие √n / c ≥ I .

Если в расчетах использовать значения n=1.59 для полистирола и 1.49. для метилметакрилата (при комнатной Т; Д-линия натрия), то пороговая для возникновения этого излучения Ее равна ~200КэВ.

150

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Вклад излучения В.-Ч. в регистрируемый сигнал сцинтилляционного дозиметра качественно иллюстрируют результаты эксперимента, геометрия­ проведения которого изображена на рис. 4.15. Для разделения эффектов­ , связанных с тормозным излучением В-Ч, достаточно сцинтилляционную пластмассу заменить на плексиглас, а фотокатод заэкранировать черной бумагой. В этом случае значение тока через ФЭУ значительно меньше.

Заключение к пятой главе

1.С использованием разработанной аппаратуры, метода фантомного моделирования и расчетных методик, проведены полномасштабные расчеты и эксперименты и получена новая информация о дозных полях в органах и тканях человека, облучаемого контактными радионуклидными источниками.

2.Создана система дозиметрических измерений при работе с бета-источниками типа ЗТИБИ. Рекомендуемая система базируется на применении единой унифицированной системы единиц, эталонных методов и установок, а также методов относительных измерений с помощью образцовых излучателей и поверочной схемы.

151

Л.В. Тимофеев

ГЛАВА 6 ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ДОЗИМЕТРЫ

6.1. Химический дозиметр на основе водного раствора бензоата кальция

Для правильного использования радиоизотопных источников для терапии необходимо знание мощности дозы в биологической ткани. В связи с этим удобным дозиметром могут служить некоторые химические системы. Для дозиметрии заслуживают внимания разбавленные водные растворы тех или иных веществ. Такие системы близки к биологическим тканям по характеру поглощения излучения. Кроме того, жидкие химические системы удобны при исследовании дозных полей радиоизотопных источников относительно сложной конфигурации: игла, скрепка и т.д. Учитывая вышесказанное, мы используем для аттестации дискретных радиоизотопных источников гамма- и бетаизлучения такие химические дозиметры как ферросульфатный и дозиметр на основе водного раствора бензоата кальция, предложенный Армстронгом.

В результате облучения в водном растворе бензоата кальция образуется салициловая кислота, которая будучи возбуждена ультрафиолетом (при 290 нм) флуоресцирует в области 400 нм. Использование для анализа концентрации образующегося вещества одного из самых чувствительных методов, ‒ спектрофлуорометрического ‒ повышает чувствительность метода дозиметрии, что особенно ценно, учитывая, что дискретные медицинские источники создают относительно низкие значения мощностей доз. Крометого,указаннаядозиметрическаясистемаявляетсяпракти-

152

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

ческинейтральной,иэтопозволяет приизмерениях большинства источников помещать их непосредственно в раствор без какихлибо дополнительных фильтров или предварительных сложных обработок поверхностей.

Концентрацию С.К. в облученном растворе определяют путём сопоставления интенсивностей свечения облученного раствора и стандартного, т.е. раствора с известной концентрацией салициловой кислоты. Для определения поглощённой дозы, необходимо знать величину радиационно-химического выхода G данной реакции (число молекул салициловой кислоты на 100 эВ поглощённой энергии).

Мы определили значения G для бета-излучения радиоизотопов 147Pm(Ēβ=64 кэв), 204Tl(238) и 90Y(930); для характеристического излучения, сопровождающего распад 55Fe(E=5,9 кэв), рентгеновского излучения с эффективной энергией 75 кэв и для гамма-излучения 60Co[3,…,].

Мощность дозы бета-излучения измерялась с помощью ионизационной экстраполяционной камеры ЭК-2; калибровка системы на фотонном излучении производилась с помощью ферросульфатного дозиметра Фрикке. При этом использовались соответствующие значения G(Fe3+) из литературы. Измерения флуоресценции производились на спектрофотометре фирмы «Hitaschi» в сантиметровых кварцевых кюветах.

ПолученныезначенияGприведенывтаблицениже,гдетакже представлены и данные из литературы.

153

Л.В. Тимофеев

Таблица 6.1.

Значения G (с.к.) для 1.10-3 М раствора бензоата кальция

Вид излучения,	Энергия, кэВ		G,	молекул с.к.	Примечание
радионуклид	Еср.	Еэфф.		100 эВ
Бета-излучение:
Иттрий-90	9	−		0,72±0,05	Авт.
Таллий-204	238	−		0,59±0,06	Авт.
Прометий-147	0,5	−		0,51±0,03	Авт.
Рентгеновское	−	105		0,57±0,05	−
излучение	−	75		0,47±0,04	Авт.
	−	30		0,51±0,04	−
	−	12		0,45±0,04	−
	−	5,9		0,35	Авт.
Гамма-излучение				0,65±0,03	−
Кобальт-60	1250	−		0,60±0,03	Авт.

Были исследованы также зависимость показаний от дозы, мощности дозы, пострадиационноый эффект и др.

Рис. 6.1. Зависимость флуоресценции от поглощенной дозы бета-излучения

154

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Привлекая данные литературы и собственные результаты наблюдений можно констатировать, что химический дозиметр на основе водного раствора бензоата кальция позволяет измерять дозывдиапазоне1.102-5.103 радвширокоминтервалемощностей доз с погрешностью (5-10)%.

6.2. Цветовые гибкие твердотельные химические дозиметры

Глубинные распределения доз в тканеэквивалентном материале, создаваемые бета-излучением офтальмоаппликаторов, изучались с помощью плёночных дозиметров. В эксперименте использовались детекторы, основанные на окрашивании пластиков под действием излучения. Плёнки изменяют свою оптическую плотность и цвет ( с жёлтого на красный) и позволяют регистрировать ионизирующее излучение в интервале доз 1,5*102 Гр / 103 Гр. Информация хранится в течение трёх лет считывание её путём использования спектрофотометра или микроденситометра может производиться многократно. Толщина плёночных дозиметровсоставляла10/180мкм.Погрешностьоднократногоизмерения дозы не превышает 15%, а погрешность относительных измерений может быть уменьшена до 5% путём предварительного отбора плёнок. Пространственное разрешение одного поля при использовании этих дозиметров определятся толщиной плёнки и диаметром луча считывающего оптического прибора. В нашем случае при использовании микроденситометра фирмы Jouce диаметр луча составлял 0,16 мм. Плёночные дозиметры по своему составу близки к оргстеклу, поэтому их размещение в этом материале (который с неплохим приближением моделирует мягкую биологическую ткань) не нарушает гомогенность такой дозиметрической системы, т.е. не приводит к искажению прохождения в

155

Л.В. Тимофеев

ней бетачастиц. В дальнейшем, переход от дозных полей в оргстекле к полям в мягкой биологической ткани осуществляется с учётом радиационного подобия этих материалов.

Измерения с плёночными дозиметрами проводились следующим образом.

Фантом глаза был выполнен, в виде шара из оргстекла, диаметром 28мм, с цилиндрическим углублением диаметром 3 мм. В это углубление помещался набор плоских детситоров (того же диаметра) в виде стойки, прослоенный, в случае необходимости, тонкими кружками из оргстекла. Офтальмоаппликатор накладывался непосредственно на фантом. С целью сокращения времени облучения на больших глубинных применялись более толстые (до 180 мкм) нежели вблизи аппликатора (10-30 мкм), а, следовательно, более чувствительные плёнки. Экспозиции плёнок на больших глубинах составляли 3 + 5 суток. И зозозные кривые от офтальмоаппликаторов по центру его активной части имеют приблизительносферическуюформу. Учитывая относительно малый диаметр детекторов и характер дозного поля, можно было считать, что плёнки располагались примерно по изозозным поверхностям.

Сцельюпроверкитонкостиизмеренияэкспериментбылвыполнен также в несколько иной геометрии. Плёнка располагалась между двумя полушариями другого фантома глаза из оргстекла перпендикулярно рабочей поверхности аппликатора. Измерение оптической плотности проэкспонированных пленок проводилось в диапазоне длин волн около 530 мм, который был выбран с целью максимального выделения «полезного сигнала» над фоном. На рис. 6.1. приведена запись оптической плотности пленок, расположенных перпендикулярно поверхности двух источников – офтальмоаппликатора и такого же, но плоского по форме. Отметим, что оба варианта расположения детекторов дали согласие результатов в пределах погрешности эксперимента.

156

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Кроме цветных пленочных дозиметров дозные поля офтальмоаппликаторов изучались также и с помощью термолюминисцентных детекторов на основе LIFE. Эти дозиметры представляют собой пленку толщиной 35 мкм (4,2 мг/см2) и позволяют измерятьдозывдиапазоне1/102Грспогрешностью,непревышающей 15%. Пленочные дозиметры с LIFE использовались в основном для оценки доз вблизи от поверхности офтальмоаппликаторов. И применялись согласно первому варианту расположения диаме- тров–ввидестопкикружковвуглублениифантомагалаз.Результа- тыизмеренийспомощьюдвухтиповпленочныхдозиметров–цве- товых и термолюминисцентных, хорошо совпали между собой.

Термолюминисцентные детекторы в следствии их высокой чувствительности использовались также для оценки доз тормозного излучения офтальмоаппликаторов, возникающего при прохождении бета-частиц через корпус источника и ткани глаза. В этом случае применялись термолюминисцентные детекторы «ТЕЛДЕ» в виде таблеток диаметром 3 мм и толщиной 1,5х2 мм. Так, например, было проведено измерение дозы тормозного излучения на хрусталик от ОА, расположенного с задней стороны глаза. При этом оказалось, что для различных типов ОА средняя по объему хрусталика доза в (1,5/4)х104 раз меньше дозы бетаизлучения на поверхности источника.

В связи с этим мы применили в эксперимент цветовые пленочные дозиметры – твердотельный химический дозиметр ЦДП- Ф-5 (разработка Гринева М.П. с соавторами) и термолюминесцентные детекторы на основе Mg В407.

Пленка ЦДП-Ф-5 толщиной 70 мкм при облучении меняет окраску с желтой на оранжевую в пределах (0,500÷10) кГр. Изменение окраски регистрировалось спектрографом СФ-26 при

λ = 520 мм.

ТЛД из MgB407 были выполнены в виде тонких (12 мг/см) дисков диаметром 9мм. Из этих детекторов и полиэтиленовых

157

Л.В. Тимофеев

фильтров набиралась относительно (6^13 штук) гибкая стопка толщиной ~ 600 мг/см2, которая прижималась к сферическому источнику на (4÷5) мин. При такой геометрии облучения первый детектор набирал дозу в 100 сГр.

Что касается пленки ЦДП-Ф-5, то ее можно было расположить в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Максимальная экспозиция равнялась 6 суткам.

Дозиметры с твердотельными химическими детекторами типа ЦДП-ч и ЦДП-ф

Инструкция по эксплуатации

Действие настоящей инструкции (ИЭ) распространяется на изме-рения величины поглощенной дозы фотонного и электронного излучения, проводимые на радиационных установках с использованием дозиметра с твердотельным химическим детектором (ТХД), изготовленным на основе цветовой дозиметрической пленки различных типов ‒ ЦЦП-ч-2, ЦДП-ч-3, ЦПД-ф-2, ВДП- ф-5, ЦДП-ф-Б.

Дозиметры с вышеперечисленными ТХД являются рабочими средствами измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения с основной относительной погрешностью не превышающей ±15% при использовании дозиметров в соответствующем диапазоне измеряемых доз (см.таблицу). Дозиметры предназначены для измерения поглощенной дозы гамма- и тормозного фотонного излучения с энергией фотонов от 0,25 до 30 МэВ, а также бета- и электронного излучения с энергией от 0,5 до 30 МэВ в соответствующих диапазонах доз при средней мощности дозы от О,1 до 106 Гр/с.

В пределах номинальной погрешности (+15$ при доверительной вероятности 0,95) показания дозиметров не зависят от

158

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

температуры при облучении в диапазоне от +10 до +50°С, при относительной влаж¬ности от 20 до 90%.

В состав дозиметра входит измерительное устройство – серийный спектрофотометр СФ-26 с цифровым вольтметром Щ 1312 и ТХД ионизи-рующего излучения одноразового использования. Определение погло-щенной дозы осуществляют по изменению пропускания детектора на оп-ределенной длине волны для каждого из вышеперечисленных детекторов (см. таблицу)

Таблица 6.2.

Дозиметры с вышеперечисленными ТХД

Тип ТХД	Диапазон измеряемых доз, кГр		Длина волны; нм
ЦЦП-ч-З	0,03	‒ 0,3	560
ЦДП-ч-2	0,1	‒ 1,0	530
ЦДП-ф-2	5 ‒	50	520
ЦДП-ф-5	0,5 ‒	‒ 10	520
ЦЦП-ф-Б	20	‒ 200	520

ТХ-детекторы представляют собой прозрачную полимерную пленку желтого цвета, при облучении приобретающую красно-фиолетовую ок¬раску. Размер детекторов может меняться в зависимости от характера задач, решаемых в конкретном эксперименте.

ПриработевсеТХ-детекторынеобходимозащищатьотдей- ствия прямотой и рассеянного УФ-излучения, а при работе с ТХД типа ЦДП-ч требуется соблюдать осторожность, учитывающих относительную хрупкость.

Измерение поглощенной дозы с помощью дозиметров с ТХ-детекторами проводят в следующем порядке

159