методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

–выбирают детектор-эталон, для чего проводят измерение коэффициентапропускания(КП)неменее9необлученныхдетекторов относительно воздуха (То) и рассчитывают среднее арифметическое значение полученных результатов. За эталон принимают детектор, имеющим величину То , наиболее близкую к То

–проводятизмерениекоэффициентапропусканиявсехпредполагаемых к использованию в эксперименте детекторов относительноэталона(TQ).ПриэтомзначениеTQдлялюбогодетектора должно лежать в интервале с 0,95 до 1,05. Детекторы, не удовлетворяющие этим требованиям для измерений не используют

–осуществляют облучение детекторов, приняв необходимые меры по за щите от действия УФ-излучения;

–проводят измерение коэффициента пропускания облученных детекторе относительно необлученного эталона:(Тд);

–вносят при необходимости в полученное значение Тд поправку, учитывающую постэффект детекторов;

–рассчитывают исправленное значение Тд/Т0;

–поградуировочнойзависимостидляданнойпартиидетекторов определяют величину поглощенной дозы;

–осуществляютпринеобходимостипересчетпоказанийдозиметра к ве личине дозы, поглощенной в материале облучаемого объекта.

Определение поглощенной дозы проводят по градуировочной зависимости , представленной в графической форме (Тд/TQ) (Д), где она имеет в ниспадающей экспоненты, или аналитический Д= – кLg (Тд// Т0). При граду ировке изменение оптических характеристик детекторов приводят в соответствие с величиной поглощеннойдозы,отнесеннойкводевкачествеоблучаемогоматериала.

Градуировочной зависимостью должна быть обеспечена каждая партия детекторов.

Пересчетпоказанийдозиметраквеличинедозывматериале объекта проводят с учетом отношения массовых коэффициентов

160

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

поглощения энергии воды и материала объекта для фотонного излучения* или массовых тормозных способностей в случае ускоренных электронов.

Указанный метод пересчета справедлив в случае обеспечения при измерениях условий электронного равновесия.

Инструкцию разработали: научный сотрудник М.П. Гринев инженер Т.Г. Литвинова

6.3.Термолюминесцентные дозиметры

6.3.1.Некоторыеаспектыприменениядетекторов«ТЕЛДЕ» в радиобиологии и радиационной медицине [57]

Детекторы, используемые в биомедицинской дозиметрии, должны удовлетворять как общим требованиям, так и к ряду специфических требований, из которых главные: радиационное подобиевещества «тела»детекторабиологической ткани для различных видов излучения, широкий диапазон доз и мощностей доз, возможность регистрации «in vivo», миниатюрность датчиков.

Для биомедицинской дозиметрии весьма перспективен термолюминесцентный метод, использующий lif, который в настоящее время, наряду с ионизационным и ферросульфатным методами, признан одним из наиболее точных методов.

В данном исследовании показаны возможности метода «ТЕЛДЕ» для решения некоторых конкретных задач дозиметрии,

аименно:

–измерения поглощённой дозы в хрусталике глаза крысы при воздействии длинноволнового рентгеновского излучения и бета – излучения 90Sr+90Y;

161

Л.В. Тимофеев

–излученияраспределенияпоглощённойдозырентгеновского излучения в трупе крысы при тотальном облучении через решетчатые экраны;

–измерения поглощённой дозы в некоторых отделах фантомаголовычеловекапривнутритканевойтерапииспомощью источников 60Со;

–измерения дозы тормозного излучения в хрусталике фантома глаза человека при терапии заднего отдела глаза бета – излучением 90Sr+90Y.

Детектор«ТЕЛДЕ»удовлетворялтребованиямвотношении размеров и формы, это видно из таблицы 1, в которой представленыразмерыхрусталика,спинногомозгачеловека,габаритыдетектора и размеры отверстий экранов.

Таблица 6.3.

Размеры хрусталика, спинного мозга человека, габариты использованных детекторов, размеры отверстий экранов

биообъект	орган		Размеры, см
		D min		D max	толщина
крыса	Хрусталик глаза	0,32		0,37
человек	-«-	0,37-0,44		0,9
-«-	Спинной мозг				0,8-1,5
Детектор ТЕЛДЕ		0,3		0,35	0,2-0,22
Решетчатый		0,5		0,8
экран

Размеры хрусталика глаза и глаза крысы определили экспериментальнодлякрысразноговозраста.Этиданныепозволилисоставитьреальнуюсхемуглазакрысы,котораяпредставленанарис.№1.

162

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Так как наши исследования проводились с различными видами излучения: рентгеновское, гамма-, бетатребовалось оценить в какой мере вещество детектора ТЕЛДЕ отвечает требованию радиационного подобия биологической ткани. Для данных видов излучения таковыми являются эффективный атомный номериэлектроннаяплотность.Втабл.6.4представленыэтихарактеристики для lif, некоторых тканей и веществ фантома.

Таблица 6.4.

Характеристика LiF, хрусталика глаза, мягкой ткани, вещества фантома

№	Ткань, вещество		Плот-	Zэфф			Электронная
п/п	детектора, вещество		ность				плотность
	фантома		г/см3	Zф		Zпар	электрон/
							г*1023
1	Li F		2,63	8,210		6,080	2,78
2	80% ( CH2)n+20 %( sio2)		0,98	7,44		5,84	3,35
3	Хрусталик глаза крысы			8,25-			3,3
				+0,1
4	Хрусталик глаза человека		1,08-1.12	8,06		6,52	3,31
5	Мышечная ткань		1,00	7,42		6,60	3,36

Из таблицы 6.4. следует, что различия в значении Zэфф(ф) для LIfихрусталикаглазачеловекаикрысысоставляет2,5%и1%соответственно, для мышечной ткани и вещества фантома ‒ 9,7% и 9,5% соответственно. Для гамма – излучения 60Со можно уже учитывать также эффект образования пар и критерием подобия становится и Zэфф(пар).СравнениезначенияZэфф(пар)дляLIf,веществафантома,хрусталикаглазачеловекаимышечнойтканипоказывает,чторазличие составляет 4%, 7%, 8,5% соответственно. Значение электроннойплотностиLIF на20%меньше,чемввеществефантоматкани.

163

Л.В. Тимофеев

Таким образом, вещество детектора удовлетворяло требованию радиационного подобия по Z эфф и отличалось в пределах 20 % в отношении электронной плотности.

Переходим к изложению материала экспериментов. Измерениепоглощённойдозывхрусталикеглазакрысыпро-

водили на трупе крысы .Детектор L I F помещали на место хрусталика и закрывали роговицей, т.е. точно воспроизводили схему эксперимента на установках РУБ-140 и БМ-1/5/6. Кривая поглощения рентгеновского излучения (V=17кэв,J=20 MA, R=30см,без доп.ф.)втканиснятаспомощьюдиафрагмовойкамерыдозиметра Флипса, а бета-излучения экстраполяционной камерой. На рис. 1 представлена схема глаза крысы, кривая поглощения, пользуясь которой определяли дозы на экваторе хрусталика в ростковой зоне, ответственной за лучевую патологию глаза.

В экспериментах по тотальному облучению крыс через решетчатые экраны применяли экраны с различным соотношением площадей открытых и закрытых участков (Sоткр/Sзакр = 0,80; 0,67;0,33).Приизлучениираспределенияпоглощённойдозывоспроизводили схему биологического эксперимента , при этом детекторы размещали под экраном, внутри трупа и под трупом.

Кривая распределения дозы по глубине трупа представлена на рис. 2, из которого следует, что доза на поверхности спины составляет 89%. Внутри трупа 70%, на поверхности живота 41% под отверстиями и 8,1%; 9,9% и 8% под перемычками (экран Sоткр/Sзакр=0,67). Аналогичные зависимости получены для других экранов. Отношение Dотв/Dпер на спине, внутри трупа и на животе равно 11; 7 и 5. Такое уменьшение значения Dотв/Dпер подтверждает тот факт, что характер ослабления дозы под отверстиями и перемычками с ростом глубины ткани различен и, вследствие этого, однородность пучка излучения внутри тела выше, чем на поверхности; этот факт отмечается и другими авторами.

164

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Измерение поглощённой дозы в некоторых отделах головы человека проводили на фантоме головы, изготовленном из смеси парафина с белой сажей (табл.6.4.). При этом воспроизводили схему лечения опухоли языка с помощью 9 источников 60Со (активность 1-го источника – 5 мкюри). В таблице 3 приведены значения дозовых нагрузок на различные участки отделов фантома головы в случае воздействия на область локализации опухоли в дозе 6*103 рад.

Таблица 3

Значение дозы в отделах фантома головы при воздействии на область локализации опухоли в дозе 6*103 рад

Отдел фантома головы	Доза, рад
Спинной мозг	130-200
Продолговатый мозг	140-160
Головной мозг	30-140
Мозжечок	40-100

Притерапиизаднегоотделаглазачеловекабета-излучением от офтальмологического источника, заключённого в металлический корпус ( NI + цеолит, толщина 150 мг/см2), необходимо было оценить величину дозы тормозного излучения в хрусталике /9/. Для этих целей детектор помещали в фантом глаза на место расположения хрусталика, Оказалось , что значения дозы тормозного излучения составляет < 0,2 % от величины терапевтической дозы на поверхности глаза. Например, при Д = 2* 104 рад, значение дозы на хрусталик < 3 рад.

Выводы

1.Показано, что детекторы ТЕЛДЕ удовлетворяют требованиям, предъявленным к дозиметрам, применяемым в радиобиологии и радиационной медицине.

165

Л.В. Тимофеев

2.Показаны примеры использования детекторов ТЕЛДЕ в биохимической дозиметрии для решения ряда задач: измерения поглощённой дозы в хрусталике глаза крысы и человека. Измерения дозы под решетчатыми экранами, а так же для фантомной дозиметрии.

3.Полученая дозиметрическая информация использована при изучении закономерностей лучевого поражения крыс при воздействии через решетчатые экраны, изучения изменений в хрусталике глаза крысы при общем бета-облучении, в частности при установлении критической пороговой дозы на экваторе хрусталика; в клинике – для оценки дозовой нагрузки на некоторые отделы головы человека при гамма-терапии языка, определения величины дозы тормозного излучения в хрусталике глаза человека при бета-терапии глаза.

6.3.2. Тестирование по поглощенной дозе тонкослойных термолюминесцентных детекторов

Разработана Методика тестирования по поглощенной дозе бета-излучения контактным способом тонкослойных (h=0,1мм или 10мг/см2) термолюминесцентных детекторов.

Методика не являясь альтернативной, расширяет возможности и повышает точность существующих способов. Число термолюминесцентных детекторов, применяемых в различных отраслях народного хозяйства страны, увеличивается с каждым годом. Одновременно возрастают требования к надежности результатов их тестирования (поверки). Расширяется парк дозиметрических приборов.

Тестирование ‒ определение чувствительности по поглощенной дозе (или функции отклика детектора на облучение) вновь разрабатываемых ТЛД или оценка сохранения характеристик очередных изготовляемых партий серийно выпускаемых и прошедших испытания детекторов, а также партий детекторов в процессе их эксплуатации.

166

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Тестирование проводится на предприятиях, разрабатывающих тонкослойные детекторы перед представлением их на испытание с целью утверждения типа или на предприятиях, использующих тестирование для предварительного контроля перед представлением на поверку.

Представленная Методика основана на применении разработанных в нашем Институте совместно ИФХАНР градуировочных (образцовых) источников бета-излучения с радионуклидом Технеций-99 (Егр = 296,4кэВ).

Отличительные параметры источников следующие. Высокая степень равномерности распределения МПД

по рабочей поверхности источников (=95%); сходимость результатов измерения МПД для произвольной выборки из 10 штук ‒ 1%; возможность изготовления источников с большой развернутой поверхностью (в нашем распоряжении источник с S = (250 x 150 мм2); возможность упрощения методики аттестации по МПД ‒ путем определения массы активной матрицы; технеций в источнике ‒ невыщелачиваемое вещество (5000 часов в 3% растворе NaCl без перехода металла в раствор и без потери блеска); технеций твердый и прочный материал, начинает окисляться только при t° с >300°.

Источники аттестованы на Государственном эталоне в ВНИИМ (Санкт-Петербург) и рабочем эталоне в ИБФ. Отработка методики проводилась на детекторах типа ТТЛД-580 (в полиамидной смоле).

Унификация методов тестирования ТЛД, единство измерений, надежность результатов будет способствовать повышению качества термолюминесцентных детекторов, а через них - качества индивидуального дозиметрического контроля.

167

Л.В. Тимофеев

6.3.3.Экспериментальная оценка некоторых дозиметрических характеристик детекторов на основе LiF по отношению к бета-излучению.

В последнее время в радиобиологии и радиационной медицине широко используются термолюминисцентные детекторы на основе LiF. Очень удобными могут стать первые отечественные детекторы в виде тонких лент, разработанные в Ленинградском институте гигиены морского транспорта. Интересны работы сотрудников Рижского медицинского института по применению отечественных детекторов «ТЕЛДЕ» в медицинской практике /15,15/.Однако для того, чтобы применить эти детекторы непосредственно для изучения дозных бета- и гаммаполей источников сложной геометрии необходимо было изучить некоторые их дозиметрические характеристики и отработать методику измерений. Это и составило один из этапов нашей работы.

Кроме того, как уже отмечалось во введении, принимая во внимание, что реальные источники в конкретных условиях их применения представляют собой гетерогенные среды, в настоящеевремянельзясхорошейточностьюрассчитыватьдозноеполе от такого источника бета излучения. Необходимо проводить исследования, позволяющие оценить дозное распределение в гетерогенных средах от реальных радионуклидных источников излучения. В этой главе изложены некоторые результаты работы, выполненной в указанном направлении.

Экспериментальная оценка некоторых дозиметрических характеристик детекторов на основе LiF по отношению к бетаизлучению.

Термолюминисцентные детекторы «ТЕЛДЕ» представляют собой таблетки из люминофора LiF, упакованные в тонкий защитный пакет из полиэтилена. Толщина этих таблеток 1,5 мм, диаметр-3,5 мм, толщина пакета ‒ 5 мг/cм2. Детекторы успешно применяютсядлядозиметриирентгеновскогоигамма-излучений. Во многих случаях детекторы «ТЕЛДЕ» могут быть использова-

168

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

ны и для измерений с источниками бета-излучения, например, с их помощью можно определить среднюю по объёму хрусталика глаза дозу излучения. Во всех случаях необходимо знать дозиметрические характеристики детекторов по отношению к бетаизлучению. Эти характеристики могутбытьполезны и дляслучаев, когда детекторы попадают в смешанные поля ионизирующих излучений.

Всвязистем,чтодоступныхданныхлитературыпоинтересующим нас вопросам было недостаточно, мы провели следующую экспериментальную работу: для бета-излучения в интервале энергийот225кэВдо2,24МэВопределилихарактерзависимости интенсивности термолюминесцеции (I) от величины (Д) дозы излучения в диапазоне (1-103) рад и кроме того изучили глубинные распределениядозбета-излучениявкристаллахLiF.Зависимость I=f (Д) была определена также и для гамма-излучения с энергией E±1,25 МэВ (кобальт-60).

Измерения с гамма-излучением радионуклида кобальт-60 проводилось на градуированной по мощности дозы (±5%) облучательной экспериментальной установке в лаб.№8 Института биофизики. Облучение проводилось в условиях “электронного равновесия”.

Вэксперименте с бета-излучением были использованы следующие источники.

90Sr+90Y. Источник представляет собой гибкую тонкую, пло-

скую пластину с размерами (50x50) м3 из кремнеземных пористых волокон.

Мощность дозы на поверхности источника P0= 4 рад/мин. Иттрий-90. Металлический диск диаметром 35 мм, толщи-

ной ‒ 1,5 мм.

P0 = 2,7 рад/мин.

Таллий-204. Промышленный источник типа БИТ-10. Диаметр ‒ 22 мм, высота ‒ 10мм, P0= 15рад/мин.

169