Dozimetrija ionizirajočega sevanja preučuje lastnosti ionizirajočega sevanja, fizikalne količine, ki označujejo sevalno polje ali interakcijo sevanja s snovjo, ter principe in metode njihovega določanja.
Dozimetrija obravnava tiste fizikalne količine, ki so povezane s pričakovanim učinkom sevanja. Te količine običajno imenujemo dozimetrične količine. Ugotovljeno razmerje med izmerjeno fizikalno veličino in pričakovanim učinkom sevanja je najpomembnejša lastnost dozimetričnih veličin. Brez te povezave so dozimetrične meritve nesmiselne.
Glede na naravo zabeleženega fizikalnega in kemijskega pojava, ki se pojavlja v okolju pod vplivom ionizirajočega sevanja, ločimo ionizacijske, kemične, scintilacijske, fotografske in druge metode zaznavanja in merjenja ionizirajočega sevanja.
Pri vseh vrstah ionizirajočega sevanja sta primarna procesa, ki potekata v mediju, ionizacija in vzbujanje. Zato biološki učinki, ki jih opazimo pod vplivom nabitih delcev, nevtronov in kvantov, niso posledica njihove fizikalne narave, zlasti pa ne njihovega izvora (različni naravni in umetni radionuklidi, generatorji sevanja), temveč količina absorbirane energije. in njegova prostorska porazdelitev (mikrogeometrija), za katero je značilna linearna ionizacijska gostota. Večja kot je linearna ionizacijska gostota ali z drugimi besedami linearni prenos energije (LET), večja je stopnja biološke poškodbe. Ta stopnja določa relativno biološko učinkovitost (RBE) različnih vrst sevanja.
Biološki učinki sevanja so osnova biološke dozimetrije in se uporabljajo predvsem za ugotavljanje RBE – relativne biološke učinkovitosti različnih vrst sevanja. Metode biološke dozimetrije temeljijo na ugotavljanju morfoloških in funkcionalnih sprememb, ki nastanejo v telesu pod vplivom sevanja. Vrednost odmerka ocenjujemo glede na stopnjo pogina živali, spremembo barve kože, izpadanje dlake, pojav ali povečanje vsebnosti določenih snovi v urinu, spremembo števila krvnih celic, tj. sestava krvi itd. Biološke metode niso zelo natančne.
Metode fizikalne dozimetrije temeljijo na oceni stopnje ionizacije snovi pod vplivom ionizirajočega sevanja, spremembe njene električne prevodnosti, narave sijaja itd.
V procesu ionizacije snovi pride do spremembe njene električne prevodnosti. Tako plini v normalnih pogojih praktično nimajo električne prevodnosti, v trenutku ionizacije pa postanejo dobri prevodniki električnega toka. Metode ionizacijske dozimetrije temeljijo na dejstvu, da je število ionskih parov, ki nastanejo v kateri koli specifični prostornini snovi, neposredno odvisno od količine absorbiranega sevanja. Z drugimi besedami, merilo količine ionizirajočega sevanja je ionizacija, ki nastane kot posledica absorpcije energije sevanja v snovi.
Kemijska metoda temelji na sposobnosti molekul določenih snovi, da razpadejo zaradi izpostavljenosti ionizirajočemu sevanju in tvorijo nove kemične spojine. Tako se kloroform v vodi ob obsevanju razgradi v klorovodikovo kislino, ki daje barvno reakcijo z barvilom, dodanim kloroformu. Gostota barve se uporablja za presojo doze sevanja (absorbirane energije).
Ionizacijska metoda temelji na sposobnosti ionizirajočega sevanja, da povzroči ionizacijo okolja. Če vzamete katero koli snov, ki ne prevaja električnega toka, in jo postavite v polje ionizirajočega sevanja, se pri interakciji sevanja s snovjo del energije prenese na atome in molekule te snovi in se porabi za njihovo ionizacijo. . V snovi se pojavijo pozitivno in negativno nabiti ioni. V odsotnosti električnega polja se ioni med seboj rekombinirajo in posledično se v snovi vzpostavi ravnotežna koncentracija ionskih parov (enakost hitrosti ionizacije in rekombinacije pri konstantni jakosti sevanja).
Scintilacijska metoda za merjenje ionizirajočega sevanja temelji na dejstvu, da nekatere snovi (cinkov sulfit, natrijev jodid) žarijo, če so izpostavljene ionizirajočemu sevanju. Število svetlobnih utripov je sorazmerno s hitrostjo doze sevanja in se beleži s posebnimi napravami - fotopomnoževalci.
Fotografska metoda temelji na sposobnosti molekul srebrovega bromida, ki jih vsebuje fotografska emulzija, da pod vplivom ionizirajočega sevanja razpadejo na srebro in brom. Pri tem nastanejo drobni srebrni kristali, zaradi katerih fotografski film pri razvijanju počrni. Gostota črnitve je sorazmerna z absorbirano energijo sevanja. S primerjavo gostote črnenja s standardom se določi doza sevanja (izpostavljena ali absorbirana), ki jo prejme film.
Za zaznavanje, merjenje in pretvorbo ionizirajočega sevanja se uporabljajo naslednji instrumenti in pretvorniki.
Geigerjev števec je praviloma cilindrična katoda, vzdolž katere osi je napeta žica - anoda. Sistem je napolnjen z mešanico plinov.
Pri prehodu skozi števec naelektreni delec ionizira plin. Nastali elektroni, ki se premikajo proti pozitivni elektrodi - filamentu, vstopijo v območje močnega električnega polja, se pospešijo in posledično ionizirajo molekule plina, kar vodi do koronske razelektritve. Amplituda signala doseže nekaj voltov in se zlahka zabeleži. Geigerjev števec beleži dejstvo, da gre delec skozi števec, vendar ne meri energije delca.
Tako kot pri Geigerjevem in proporcionalnem števcu se tudi v ionizacijski komori uporablja mešanica plinov. Vendar pa je v primerjavi s proporcionalnim števcem napajalna napetost v ionizacijski komori nižja in se ionizacija v njej ne poveča. Odvisno od zahtev eksperimenta se za merjenje energije delcev uporablja bodisi samo elektronska komponenta tokovnega impulza bodisi elektronska in ionska komponenta.
Načelo delovanja oblačne komore temelji na kondenzaciji prenasičenih hlapov in nastajanju vidnih kapljic tekočine na ionih vzdolž sledi nabitega delca, ki leti skozi komoro. Za ustvarjanje prenasičene pare pride do hitrega adiabatnega širjenja plina z mehanskim batom. Po fotografiranju sledi se plin v komori ponovno stisne, kapljice na ionih pa izhlapijo. Električno polje v komori služi za "čiščenje" komore ionov, ki so nastali med predhodno ionizacijo plina.
Scintilacijski detektor uporablja lastnost določenih snovi, da svetijo (scintilirajo), ko skoznje prehaja nabit delec. Svetlobni kvanti, ki nastanejo v scintilatorju, se nato zaznajo s fotopomnoževalnimi cevmi. Uporabljajo se tako kristalni scintilatorji, na primer NaI, kot plastični in tekoči scintilatorji. Kristalni scintilatorji se uporabljajo predvsem za snemanje žarkov gama in rentgenskih žarkov, plastični in tekoči scintilatorji pa za snemanje nevtronov in merjenje časa. Velike količine scintilatorjev omogočajo ustvarjanje detektorjev zelo visoke učinkovitosti za zaznavanje delcev z majhnim presekom za interakcijo s snovjo.
Načelo delovanja komore z mehurčki temelji na vrenju pregrete tekočine po tiru nabitega delca. Komora z mehurčki je posoda, napolnjena s prozorno pregreto tekočino. Ob hitrem padcu tlaka se vzdolž tira ionizirajočega delca oblikuje veriga parnih mehurčkov, ki jih zunanji vir osvetli in fotografira. Po fotografiranju sledi se tlak v komori poveča, mehurčki plina se sesedejo in fotoaparat je ponovno pripravljen za uporabo. Kot delovna tekočina v komori se uporablja tekoči vodik, ki hkrati služi kot vodikova tarča za preučevanje interakcije delcev s protoni.
Komora z oblaki in komora z mehurčki imata veliko prednost, da je mogoče neposredno opazovati vse nabite delce, ki nastanejo v vsaki reakciji. Za določitev vrste delca in njegove gibalne količine se komore z oblaki in komore z mehurčki postavijo v magnetno polje. Komora z mehurčki ima večjo gostoto materiala detektorja v primerjavi s komoro z oblaki, zato so poti nabitih delcev v celoti zajete v prostornini detektorja. Dešifriranje fotografij iz komor z mehurčki predstavlja ločen, delovno intenziven problem.
Podobno, kot se zgodi pri običajni fotografiji, nabiti delec na svoji poti poruši strukturo kristalne mreže zrn srebrovega halogenida, zaradi česar se lahko razvijejo. Jedrska emulzija je edinstveno sredstvo za snemanje redkih dogodkov. Skladi jedrskih emulzij omogočajo zaznavanje delcev zelo visokih energij. Z njihovo pomočjo je mogoče določiti koordinate sledi nabitega delca z natančnostjo ~1 mikrona. Jedrske emulzije se pogosto uporabljajo za zaznavanje kozmičnih delcev na sondirnih balonih in vesoljskih plovilih.
Glavna vprašanja. Pojem dozimetrije in radiometrije, njun namen in cilji. Osnovne dozimetrične veličine in njihove merske enote: izpostavljenost, absorbirana, ekvivalentna doza in moč sevanja (RBE) in faktor kakovosti (QC).
Izračun doz za zunanje in notranje obsevanje. Razmerje med aktivnostjo in dozo sevanja. Konstanta gama, miligram, je enakovredna radiju.
Dozimetrične metode, razvrstitev in značilnosti glavnih dozimetričnih metod. Ionizacijska komora, njena struktura, princip delovanja.
Razvrstitev dozimetričnih in radiometričnih instrumentov. Glavne metode merjenja radioaktivnosti so primerjalne, izračunane, absolutne.
ZAKLJUČEK DELA
Pri preučevanju dozimetričnih metod bi morali jasno razumeti, na kakšnih učinkih interakcije sevanja s snovjo temeljijo te metode.
Identificirati detekcijske metode in sredstva na podlagi učinkov primarnih interakcij (ionizacija, scintilacija); Iz učbenika preučite zgradbo in princip delovanja ionizacijskih komor, plinskorazelektritvenih in scintilacijskih števcev.
Seznaniti se je treba z izračunom doz za glavne vrste ionizirajočega sevanja. Za utrjevanje gradiva je treba s podatki iz priloge A in B rešiti več nalog.
1. Naloge za izračun doz sevanja:
1. Določite dozo izpostavljenosti izvensistemske enote (P) rentgenskega sevanja, če se v 1 cm 3 zraka pri 0 0 C in normalnem atmosferskem tlaku tvori naslednje število ionskih parov:
2,08 × 10 9 in 1,04 × 10 9;
2. Določite vrednost ekspozicijske doze sevanja gama v enotah SI, če se v 1 cm 3 zraka pri 0 0 C in normalnem atmosferskem tlaku tvori naslednje število ionskih parov:
2,08 × 10 5 in 1,04 × 10 5;
3. Izračunajte absorbirano dozo v enotah SI, če pri obsevanju živali z gama žarki pri 0 0 C in normalnem atmosferskem tlaku nastane v 1 cm 3 zraka naslednje število ionskih parov:
2,08 × 10 4 in 1,04 × 10 4 .
4. Izračunajte absorbirano dozo v radih, če se med rentgenskim pregledom človeških pljuč pri 0 0 C in normalnem atmosferskem tlaku v 1 cm 3 zraka tvori naslednje število ionskih parov:
2,08 × 10 9 in 1,04 × 10 9 .
5. Določite število ionskih parov, ki nastanejo v 1 cm 3 zraka pri 0 0 C in normalnem atmosferskem tlaku, če je bil med študijo želodca psov odmerek izpostavljenosti rentgenskim žarkom enak:
2,58 × 10 -4, 2,58 × 10 -5 C/kg,
7. Določite ekspozicijsko dozo v enotah SI, če je absorbirana doza: 10,0 in 13 mR; 20,0 in 25,0 R;
8. Določite ekspozicijsko dozo v enotah SI, če je absorbirana doza: 1) 1,0 in 20,0 rad, 2) 50,0 in 100, mrad.
9. Izrazite absorbirano dozo v radih, če je:
1) 1 Gy in 0,5 Gy; 2) 20,0 mGy, 3) 300,0 μGy;
10. Določite absorbirano dozo v enotah SI, če je bila izpostavljena doza: 2,58 × 10 -4 in 12,9 × 10 -4 C/kg.
11. Določite dozo izpostavljenosti v rentgenih, če je absorbirana doza enaka: 10,0 in 20,0 rad.
12. Določite absorbirano dozo v radih, če je doza izpostavljenosti: 1) 10,0 in 45,0 R; 2) 150,0 in 30,0 mR.
13. Določite dozo izpostavljenosti v rentgenih, če je absorbirana doza: 1) 0,1 in 0,05 Gy; 2) 10,0 in 75,0 mGy.
Umetne inteligence nimajo vonja, okusa ali kakršnih koli drugih lastnosti, ki bi jih človek lahko registriral. Za merjenje kvantitativnih in kvalitativnih lastnosti sevanja se uporabljajo različne metode, ki temeljijo na beleženju učinkov interakcije sevanja s snovjo.
Dozimetri so instrumenti, namenjeni merjenju doze ali hitrosti doze AI. Te naprave temeljijo na registraciji in kvantitativnem ocenjevanju ionizacijskih, scintilacijskih, fotografskih, kemičnih in drugih učinkov, ki nastanejo med interakcijo umetne inteligence s snovjo.
Glavne skupine dozimetrov:
Klinično - za merjenje IS v delovnem žarku. Uporablja se pri pripravi na radioterapijo in med obsevanjem.
Zaščitni nadzorni dozimetri - za merjenje hitrosti doze razpršenega sevanja na delovnih mestih (v sistemu sevalne varnosti). Ti dozimetri morajo imeti neposredno odčitavanje.
Individualno - za nadzor izpostavljenosti oseb, ki delajo na območju vpliva AI.
Dozimetrične metode:
Biološki - temelji na oceni reakcij, ki se pojavijo v tkivih ob obsevanju z določenim odmerkom sevanja (eritemski odmerek, epilacijski odmerek, letalni odmerek). So indikativne in se uporabljajo predvsem v eksperimentalni radiobiologiji.
Kemični - vključujejo snemanje ireverzibilnih kemičnih reakcij, ki se pojavljajo v določenih snoveh pod vplivom sevanja (radiokemična metoda, fotografska metoda).
Radiokemijska metoda- temelji na reakciji oksidacije dvovalentnega železa v feri železo pod vplivom II (Fe 2+ Fe 3+), kar vodi do spremembe barve (prosojnosti). Uporabljajo se ferosulfatni dozimetri. Ker je razpon teh dozimetrov zelo velik (od 20 do 400 Gy), se uporabljajo le v nujnih primerih.
Fotografska metoda- pod vplivom sevanja pride do črnenja rentgenskega filma, katerega stopnja je sorazmerna z absorbirano energijo žarkov. Po gostoti črnitve lahko ocenimo dozo sevanja. Pomanjkljivost te metode je odvisnost odčitkov dozimetra od kvalitativne sestave sevanja. Natančnost določanja odmerka je nizka. Z uporabo dozimetrov fotografskega filma je priročno določiti ujemanje svetlobnih in sevalnih polj na napravah za radioterapijo.
Fizični - temelji na zmožnosti AI, da povzroči ionizacijo snovi in pretvori električno nevtralni plin v električno prevodni medij (ionizacijska komora, števec praznjenja plina, scintilacijski dozimeter, termoluminiscenčni dozimeter, polprevodniški detektorji).
Scintilacijski dozimetri. Uporabljajo se kristali natrijevega jodida, aktivirani s talijem. Ko jih AI zadene, se pojavijo svetlobni utripi, ki se pretvorijo v električne impulze, ojačajo in zabeležijo števne naprave. Scintilacijski dozimetri se v klinični dozimetriji ne uporabljajo zaradi velike prostornine in visoke občutljivosti, zaradi česar je mogoče priporočati njihovo uporabo v zaščitni dozimetriji.
Termoluminiscenčni dozimetri (TLD). Nekatere trdne kristalne snovi lahko luminescirajo pod vplivom sevanja. Odmerek se določi glede na intenzivnost sijaja. TLD so majhne prostornine in posredno kažejo (odmerek se čez nekaj časa kopiči). Pogosto se uporablja v klinični dozimetriji (merjenje doze na bolniku, v telesni votlini) in kot individualni dozimetri.
Ionizacijska komora- to je kondenzator. Sestavljen je iz dveh elektrod, med katerima je prostor napolnjen z zrakom. Pod vplivom AI se zrak ionizira, kar ustvarja električni tok. Po velikosti toka presojamo dozo. Trenutno so najpogostejši dozimetri, ki temeljijo na ionizacijski metodi. Pogosto se uporablja v klinični dozimetriji, zaščitni dozimetriji in osebni dozimetriji.
Merilnik izpusta plina. Uporablja se tudi ionizacijski učinek sevanja. Toda na elektrodah merilnika praznjenja v plinu se uporablja veliko višja napetost. Zato elektroni, ki nastanejo v števcu med obsevanjem, pridobijo večjo energijo in sami povzročijo množično ionizacijo atomov in molekul plina. To omogoča beleženje zelo majhnih doz sevanja z uporabo števcev praznjenja v plinu.
Polprevodniški (kristalni) dozimetri. Prevodnost se spreminja glede na hitrost doze. Pogosto se uporablja skupaj z ionizacijskimi dozimetri.
Potreba po količinski opredelitvi učinka ionizirajočega sevanja na različne snovi žive in nežive narave je privedla do nastanka dozimetrije. Dozimetrija je veja jedrske fizike in merilne tehnologije, ki proučuje količine, ki označujejo učinek ionizirajočega sevanja na snovi, ter metode in instrumente za njihovo merjenje. Sprva je razvoj dozimetrije določala potreba po upoštevanju učinka rentgenskega sevanja na človeka.
§ 28.1. Doza sevanja in doza izpostavljenosti. Stopnja odmerka
Omenjeno je bilo že, da ionizirajoče sevanje vpliva na snov le, če to sevanje interagira z delci, ki sestavljajo snov.
Ne glede na naravo ionizirajočega sevanja lahko njegovo interakcijo kvantitativno ocenimo z razmerjem med energijo, preneseno na element obsevane snovi, in maso tega elementa. Ta lastnost se imenuje doza sevanja (absorbirana doza sevanja) D.
Različne učinke ionizirajočega sevanja določa predvsem absorbirana doza. Kompleksno je odvisno od vrste ionizirajočega sevanja, energije njegovih delcev, sestave obsevane snovi in je sorazmerno s časom obsevanja. Doza, povezana s časom, se imenuje hitrost odmerka.
Enota absorbirane doze sevanja je siva(Gy), ki ustreza dozi sevanja, pri kateri se energija ionizirajočega sevanja 1 J prenese na obsevano snov, ki tehta 1 kg; hitrost doze sevanja izraženo v sivih na sekundo(Gy/s).
Zunajsistemska enota doze sevanja - rad 1(1 rad = 10~ 2 Gy = 100 erg/g), njegova moč -rad na sekundo(rad/s).
Zdi se, da je treba za določitev absorbirane doze sevanja izmeriti energijo ionizirajočega sevanja, ki vpade na telo, energijo, ki je prešla skozi telo, in njihovo razliko deliti z maso telesa. Vendar je v praksi to težko izvedljivo, saj je telo nehomogeno, telo razpršuje energijo v vse možne smeri itd. Tako se zelo specifičen in jasen koncept "doze sevanja" izkaže za malo uporabnega pri poskus. Vendar pa je mogoče oceniti odmerek, ki ga absorbira telo, z ionizirajočim učinkom sevanja v zraku, ki obdaja telo.
V zvezi s tem je uveden še en koncept doze za rentgensko in g-sevanje - izpostavljenost dozi sevanja X, ki je merilo ionizacije zraka z rentgenskimi in g-žarki.
Enota odmerka izpostavljenosti je obesek na kilogram(C/kg). V praksi enota, imenovana rentgensko slikanje(P) je odmerek izpostavljenosti rentgenskemu ali g-sevanju, pri katerem zaradi popolne ionizacije v 1 cm 3 suhega zraka (0,001293 g) pri 0 ° C in 760 mm Hg. Umetnost. 2.08 10 je oblikovan? ionskih parov. 1 P = 2,58 10" 4 C/kg.
Enota za hitrost doze izpostavljenosti je 1 A/kg, izvensistemska enota pa 1 R/s.
Ker je odmerek sevanja sorazmeren z vpadnim ionizirajočim sevanjem, mora obstajati sorazmerno razmerje med njim in odmerkom izpostavljenosti.
Kje f- določen prehodni koeficient, odvisen od številnih razlogov in predvsem od obsevane snovi in energije fotona.
Najlažje je nastaviti vrednost koeficienta f, če je obsevana snov zrak. pri X- 1 R v 0,001293 g zraka nastane 2,08 10 9 parov ionov; zato vsebuje 1 g zraka 2,08 10 9 /0,001293 ionskih parov. V povprečju je za tvorbo enega para ionov potrebna energija 34 eV. To pomeni, da 1 g zraka absorbira energijo sevanja, ki je enaka
2,08*10 9 /0,001293 34 1,6 10-19 J/g = 88 10 4 J/kg. 0,001293
Torej je absorbirana doza 88 10 4 J/kg v zraku energijsko enaka 1 R. Potem imamo po formuli (28.1)
če D se meri v radih in X- v rentgenskih žarkih.
Koeficient f za zrak je malo odvisen od energije fotona.
Za vodo in mehka tkiva človeškega telesa f = 1; zato je doza sevanja v radih številčno enaka ustrezni dozi izpostavljenosti v rentgenih. To določa enostavnost uporabe nesistemskih enot - rad in rentgen.
Za koeficient kostnega tkiva f zmanjša z naraščanjem energije fotona s približno 4,5 na 1.
Ugotovimo povezavo med aktivnostjo radioaktivnega zdravila - vira g-fotonov - in hitrostjo doze izpostavljenosti. Iz vira IN(Slika 28.1) y-fotoni letijo v vse smeri. Število teh fotonov, ki v 1 s predrejo 1 m2 površine določene krogle, je sorazmerno z aktivnostjo A in obratno sorazmerna s površino krogle (4pr 2). Stopnja doze izpostavljenosti (X/t) v obsegu V odvisno od tega števila fotonov, saj so ti tisti, ki povzročijo ionizacijo. Od tu naprej
Kje k- konstanta gama, ki je značilna za določen radionuklid.
1 enota vesel je okrajšava angleških besed Absorbirana doza sevanja.
§ 28.2. Kvantitativna ocena bioloških učinkov ionizirajočega sevanja. Enakovreden odmerek
Pri določeni vrsti sevanja je biološki učinek običajno večji, čim večja je doza sevanja. Vendar imajo različna sevanja, tudi pri enaki absorbirani dozi, različne učinke.
V dozimetriji je običajno primerjati biološke učinke različnih sevanj z ustreznimi učinki, ki jih povzročajo rentgenski žarki in sevanje gama.
Koeficient TO, ki kaže, kolikokrat je učinkovitost biološkega delovanja določene vrste sevanja večja od učinkovitosti rentgenskega ali g-sevanja pri enakem odmerku sevanja v tkivih, se imenuje faktor kakovosti. V radiobiologiji se imenuje tudi relativno biološko učinkovitost(OBE).
Faktor kakovosti je določen na podlagi eksperimentalnih podatkov. Ni odvisna samo od vrste delca, ampak tudi od njegove energije. Navedimo približne vrednosti TO(Tabela 33) za nekatera sevanja (energija delcev je navedena v oklepaju).
Tabela 33
Absorbirana doza skupaj s koeficientom kakovosti daje predstavo o biološkem učinku ionizirajočega sevanja, zato izdelek DK uporablja kot enotno merilo tega dejanja in imenuje enakovredni odmerek sevanje n:
Ker TO je brezdimenzionalni koeficient, potem ima ekvivalentna doza sevanja enako dimenzijo kot absorbirana doza sevanja, vendar se imenuje sievert(Sv). Nesistemska enota ekvivalentnega odmerka - rem 1, 1 rem = 10~ 2 Sv.
Ekvivalentna doza v rem je enaka dozi sevanja v rad, pomnoženi s faktorjem kakovosti.
Naravni radioaktivni viri (kozmični žarki, radioaktivnost podtalja, vode, radioaktivnost jeder, ki sestavljajo človeško telo itd.) ustvarijo ozadje, ki ustreza približno ekvivalentni dozi 125 mrem v teku enega leta. Največja dovoljena ekvivalentna doza za poklicno izpostavljenost je 5 rem na leto. Najmanjša smrtna doza y-sevanja je približno 600 remov. Ti podatki ustrezajo obsevanju celega telesa.
1 Goli- okrajšava besed "biološki ekvivalent rentgenskih žarkov".
§ 28.3. Dozimetrične naprave
Dozimetrični instrumenti ali dozimetri so naprave za merjenje doz ionizirajočega sevanja ali od doze odvisnih količin.
Strukturno so dozimetri sestavljeni iz detektorja jedrskega sevanja in merilne naprave. Običajno so graduirane v enotah odmerka ali hitrosti odmerka. V nekaterih primerih se sproži alarm, ko je presežena prednastavljena vrednost hitrosti odmerka.
Glede na uporabljeni detektor so ionizacijski, luminiscenčni, polprevodniški, fotodozimetri itd.
Dozimetri so lahko zasnovani za merjenje doz določene vrste sevanja ali za registracijo mešanega sevanja.
Imenujemo dozimetre za merjenje ekspozicijske doze rentgenskega in y-sevanja oziroma njegove moči Rentgenski merilniki. Kot detektor običajno uporabljajo ionizacijsko komoro. Naboj, ki teče v vezju kamere, je sorazmeren z dozo izpostavljenosti, tok pa je sorazmeren z njeno močjo. Na sl. Slika 28.2 prikazuje mikroradiometer MRM-2 s sferično ionizacijsko komoro, ki je nameščena ločeno od naprave.
Sestava plina v ionizacijskih komorah, kot tudi material sten, iz katerih so sestavljene, sta izbrana tako, da so doseženi pogoji, enaki absorpciji energije v bioloških tkivih.
Na sl. Slika 28.3 prikazuje komplet individualnih dozimetrov DK-0.2 s skupno merilno napravo. Vsak posamezen dozimeter je miniaturna cilindrična ionizacijska komora, ki je predhodno napolnjena. Zaradi ionizacije se komora izprazni, kar zabeleži vanjo vgrajen elektrometer. Njegove indikacije so odvisne od odmerka izpostavljenosti ionizirajočemu sevanju.
Obstajajo dozimetri, katerih detektorji so števci praznjenja plina.
Za merjenje aktivnosti ali koncentracije radioaktivnih izotopov so instrumenti, imenovani radiometri. Načelo njihovega delovanja je v glavnem opisano v § 27.5.
Na koncu ugotavljamo, da je splošni strukturni diagram vseh dozimetrov podoben tistemu, prikazanemu na sl. 17.1. Vlogo senzorja (merilnega pretvornika) opravlja detektor jedrskega sevanja. Kot izhodne naprave se lahko uporabljajo kazalni instrumenti, zapisovalniki, elektromehanski števci, zvočni in svetlobni alarmi itd.
§ 28.4. Zaščita pred ionizirajočim sevanjem
Delo s kakršnimi koli viri ionizirajočega sevanja zahteva zaščito osebja pred njihovimi škodljivimi učinki. To je velik in poseben problem, ki v veliki meri presega čisto fizična vprašanja. Na kratko razmislimo o nekaterih vidikih tega problema.
Obstajajo tri vrste zaščite: zaščita s časom, razdaljo in materialom.
Ponazorimo prvi dve vrsti zaščite z modelom točkovnega vira y-sevanja. Pretvorimo formulo (28.2):
Iz tega je razvidno, da daljši kot je čas in krajša razdalja, večja je doza izpostavljenosti. Zato je potrebno biti ionizirajočemu sevanju izpostavljen minimalno dolgo in čim bolj oddaljeno od vira tega sevanja.
Zaščita z materialom temelji na različnih sposobnostih absorbiranja različnih vrst ionizirajočih sevanj.
Zaščita pred α-sevanjem je preprosta: dovolj je že list papirja ali več centimetrov debela plast zraka, da popolnoma absorbira α-delce. Pri delu z radioaktivnimi viri pa se morate paziti, da delci os vstopajo v telo z dihanjem ali uživanjem hrane.
Za zaščito pred b-sevanjem zadoščajo več centimetrov debele plošče iz aluminija, pleksi stekla ali stekla. Pri interakciji b-delcev s snovjo se lahko pojavijo zavorni rentgenski žarki, iz b + -delcev pa b + -sevanje, ki nastane med anihilacijo teh delcev z elektroni. Najtežja je zaščita pred »nevtralnim« sevanjem: rentgenskimi žarki, y-sevanjem in nevtroni. Manj verjetno je, da bodo ta sevanja vplivala na delce snovi in zato prodrla globlje v snov. Slabljenje rentgenskega in y-žarka približno ustreza zakonu (26.8). Koeficient slabljenja je odvisen od serijske številke elementa absorberske snovi [glej. (26.12)] in na energijo y-fotonov (glej sliko 27.5). Pri izračunu zaščite se upoštevajo te odvisnosti, sipanje fotonov in sekundarni procesi. Nekateri od njih za rentgensko sevanje so prikazani na sl. 26.10. Zaščita pred nevtroni je najtežja. Hitri nevtroni se najprej upočasnijo, kar zmanjša njihovo hitrost v snoveh, ki vsebujejo vodik. Nato druge snovi, kot je kadmij, absorbirajo počasne nevtrone.
Zaključek
Fizikalne metode se v medicini uporabljajo že dolgo. Že v starih časih so za zdravljenje uporabljali hlajenje in ogrevanje različnih delov telesa, fiksacijo udov pri zlomih itd.
Številni znanstveniki (zdravniki in fiziologi) so v svojem strokovnem in življenjskem interesu razvijali fizikalna vprašanja in s svojimi deli krepili prepletenost teh pomembnih vej naravoslovja. Življenja nekaterih velikih znanstvenikov so glede tega poučna.
Mladi Thomas (1773-1829)študiral je na številnih univerzah, kjer je najprej študiral medicino, nato pa se je začel zanimati za fiziko. Pojasnil je pojav očesne akomodacije s spreminjanjem ukrivljenosti leče, prvi je razložil pojav svetlobne interference in uvedel izraz interferenca, razvil teorijo barvnega vida in preučeval deformacijo teles.
Poiseuille Jean Louis Marie (1799-1869)- francoski fizik in fiziolog. Preučeval je pretok tekočine v tankih valjastih ceveh in notranje trenje ter prvi uporabil živosrebrni manometer za merjenje krvnega tlaka.
Mayer Julius Robert (1814-1878)- nemški zdravnik. Kako je ladijski zdravnik med plovbo opazil, da je barva venske krvi mornarjev v tropih blizu svetlobe arterijski krvi. To mu je dalo razlog za domnevo, da je pri visokih zunanjih temperaturah za vzdrževanje telesne temperature potrebna nižja stopnja oksidacije snovi, ki vstopajo v telo. Mayer je ugotovil, da se količina oksidiranih produktov v človeškem telesu povečuje s povečanjem opravljenega dela. Mayer je bil eden prvih, ki je odkril zakon o ohranitvi in transformaciji energije.
Helmholtz Hermann Ludwig Ferdinand (1821-1894)- nemški zdravnik, fiziolog in fizik. Matematično je utemeljil zakon o ohranitvi energije in ugotovil njegovo univerzalnost, razvil termodinamično teorijo kemijskih procesov, dosegel pomembne uspehe na področju fiziološke akustike in fiziologije vida ter prvič izmeril hitrost širjenja živčnega vzbujanje.
Darsonval Jacques Arsene (1851-1940)- francoski fizik in fiziolog. Raziskoval na področju elektrike in njene uporabe v medicini, utemeljitelj elektrofizioterapije.
Uporaba dosežkov fizike v medicini je bila in se dogaja nenehno. Naj to ponazorimo z več primeri iz 20. stoletja: odkritje elektromagnetnega valovanja - mikrovalovna terapija, odkritje rentgenskih žarkov - rentgenska diagnostika in rentgenska terapija, odkritje radioaktivnosti - radiodiagnostika in radioterapija, pojav laserji - laserska terapija in laserska kirurgija itd.
Iz učbenika je razvidno, da je v skoraj vseh oddelkih fizike mogoče najti medicinske aplikacije fizičnega znanja in fizikalne opreme, medicinska tehnologija pa v bistvu v celoti temelji na uporabi fizikalnih zakonov, pravil, pravilnosti, fizikalnih pojavov, fizičnih lastnosti materialov itd.
Zato so fizikalno-matematična in biofizikalna znanja bistveni element visokega medicinskega izobraževanja in prispevajo k celovitemu preučevanju človeškega telesa. To je pomembno za oblikovanje medicine kot eksaktne znanosti.
Obvladovanje tega tečaja ni enostavno, vendar se bosta porabljeni čas in trud obrestovala pri študiju naslednjih tečajev in praktičnih dejavnostih ZDRAVNIK- glavna figura procesa zdravljenja.
Vodja uredništva B. V. Pankratov
Urednik I. Y. Itskhoki
Dekoracija T. E. Dobrovinskaya-Vladimirova
Tehnični urednik M. V. Bidenko
Računalniška postavitev A. V. Markin
Lektorji G. I. Mosjakina, I. T. Belugina
Ed. osebe št. 061622 z dne 07.10.97.
Podpisano za objavo 31.10.2002. Format 60*90 1/16.
Papir za tiskanje. Slušalke "Šola". Offset tisk.
Pogojno pečica l. 35,0. Naklada 5000 izvodov. Naročilo št. 2495.
LLC "Drofa" 127018, Moskva, Sushchevsky Val, 49.
Ionizirajoče sevanje nima vonja, okusa ali drugih lastnosti, ki bi človeku omogočale prepoznati njegovo prisotnost. Za merjenje kvantitativnih in kvalitativnih lastnosti sevanja se uporabljajo različne metode, ki temeljijo na beleženju učinkov interakcije sevanja s snovjo.
Dozimetri- to so naprave za merjenje doze ali hitrosti doze AI. Te naprave temeljijo na registraciji in kvantitativnem ocenjevanju ionizacijskih, scintilacijskih, fotografskih, kemičnih in drugih učinkov, ki nastanejo med interakcijo umetne inteligence s snovjo.
Odvisno od cilji za merjenje doze ločimo naslednje glavne skupine dozimetrov:
1. Klinični - za merjenje IS v delovnem žarku. Uporablja se pri pripravi na radioterapijo in med obsevanjem.
2. Zaščitni nadzorni dozimetri - za merjenje hitrosti doze razpršenega sevanja na delovnih mestih (v sistemu sevalne varnosti). Ti dozimetri morajo imeti neposredno odčitavanje.
3. Individualni - za nadzor izpostavljenosti oseb, ki delajo na območju vpliva AI.
Dozimetrične metode:
· Biološki- temeljijo na oceni reakcij, ki se pojavijo v tkivih ob obsevanju z določeno dozo sevanja (eritemska doza, epilacijska doza, letalna doza). So indikativne in se uporabljajo predvsem v eksperimentalni radiobiologiji.
· Kemični- zajemajo snemanje ireverzibilnih kemičnih reakcij, ki se pojavljajo v določenih snoveh pod vplivom sevanja (radiokemična metoda, fotografska metoda).
o Radiokemijska metoda- temelji na reakciji oksidacije dvovalentnega železa v feri železo pod vplivom II (Fe 2+ → Fe 3+), kar vodi do spremembe barve (prosojnosti). Uporabljajo se ferosulfatni dozimetri. Ker je merilno območje teh dozimetrov zelo veliko (od 20 do 400 Gy), se uporabljajo le v nujnih primerih.
o Fotografska metoda- pod vplivom sevanja pride do črnenja rentgenskega filma, katerega stopnja je sorazmerna z absorbirano energijo žarkov. Po gostoti črnitve lahko ocenimo dozo sevanja. Pomanjkljivost te metode je odvisnost odčitkov dozimetra od kvalitativne sestave sevanja. Natančnost določanja odmerka je nizka. Z uporabo dozimetrov fotografskega filma je priročno določiti ujemanje svetlobnih in sevalnih polj na napravah za radioterapijo.
· Fizično- temeljijo na zmožnosti AI, da povzroči ionizacijo snovi in pretvori električno nevtralni plin v električno prevodni medij (ionizacijska komora, plinskorazelektritveni števec, scintilacijski dozimeter, termoluminiscenčni dozimeter, polprevodniški detektorji).
o Scintilacijski dozimetri. Temelji na merjenju jakosti svetlobnih utrinkov v luminiscentnih snoveh, ko sevanje prehaja skozi njih. Luminescentne snovi so lahko anorganski in organski trdni scintilatorji (na primer cinkov sulfid, aktiviran s srebrom itd.), Organski plastični scintilatorji (na primer polistiren z dodatkom n-terfenila), tekoči organski scintilatorji (na primer raztopina n-terfenil v aromatski spojini), plinski scintilatorji (na primer ksenon). . Ko jih AI zadene, se pojavijo svetlobni utripi, ki jih posname fotopomnoževalna cev s posebnim elektronskim vezjem. Scintilacijski dozimetri se v klinični dozimetriji ne uporabljajo zaradi velike prostornine in visoke občutljivosti, zaradi česar je mogoče priporočati njihovo uporabo v zaščitni dozimetriji.
o Termoluminiscenčni dozimetri (TLD) Izkoriščena je sposobnost AI, da v kristalni strukturi dielektričnih materialov ustvari dolgožive luminiscenčne centre, ki se po naknadnem segrevanju izločijo z emisijo svetlobnih kvantov. Običajno občutljivi volumen TLD sestoji iz majhne mase kristalnega dialektika, ki vsebuje ustrezen aktivator, ki je lahko termoluminiscentni fosfor. Aktivator, pogosto v sledovih, poskrbi za nastanek dveh središč v kristalu: "pasti" za nosilce naboja - elektrone in tako imenovane "luknje". Med obsevanjem elektroni in luknje, ki nastanejo zaradi sevanja, migrirajo v ustrezne pasti, kjer ostanejo, dokler segrevanje ne sprosti njihovih potencialnih pasti. Sproščeni nosilec naboja migrira v središče luminiscence, kjer se rekombinira z nabojem nasprotnega predznaka, kar spremlja emisija svetlobnega kvanta. Za registracijo termoluminiscence dozimeter postavimo na grelno napravo pred fotopomnoževalec in izmerimo odvisnost jakosti sijaja od temperature oziroma časa segrevanja. Najpogostejši TLD temeljijo na litijevem fluoridu (LiF TLD), kalcijevem fluoridu, aluminijevem oksidu itd. Veliko jih uporabljajo v klinični dozimetriji (merjenje doze na pacientu, v telesni votlini) in kot individualni dozimetri.
o B ionizacijska metoda dozimetrija uporablja sposobnost umetne inteligence, da povzroči ionizacijo. Metoda temelji na Bragg-Grayevem principu, po katerem je število ionizacij v plinski votlini merilo energije, absorbirane v okoliškem materialu. "Plinska votlina" je lahko iz katerega koli materiala. Običajno je to s plinom napolnjena votlina znotraj trdne snovi. Ustrezne naprave, imenovane ionizacijske komore. Ionizacijska komora je sestavljena iz dveh elektrod, med katerima je prostor napolnjen s plinom. Pod vplivom AI se plin ionizira in ustvari električni tok. Odmerek se ocenjuje glede na velikost toka. Trenutno so najpogostejši dozimetri, ki temeljijo na ionizacijski metodi. Pogosto se uporablja v klinični dozimetriji, zaščitni dozimetriji in osebni dozimetriji.
o Polprevodniški (kristalni) dozimetri. Prevodnost se spreminja glede na hitrost doze. Pogosto se uporablja skupaj z ionizacijskimi dozimetri.
Ne glede na uporabljeno dozimetrično metodo morajo vsi dozimetri izpolnjevati naslednje zahteve:
· dimenzije in sestava morajo biti takšne, da zagotavljajo izpolnjevanje ravnotežnih pogojev sekundarno nabitih delcev (elektronov pri fotonskem sevanju, povratnih jeder pri nevtronih);
· material dozimetra in njegov občutljivi volumen sta bila po elementarni sestavi blizu ali enaka in sta ustrezala elementni sestavi predmeta, v katerem je treba določiti absorbirano dozo (pri radiobioloških študijah je to sestava mišic, kosti, maščobnega tkiva, itd.);
· debelina materiala dozimetra (njegove stene) mora biti tolikšna, da ne povzroča opazne oslabitve sevanja v občutljivem volumnu dozimetra.
Izbira enega ali drugega dozimetra je narejena na podlagi njegovih najpomembnejših lastnosti.
Testna vprašanja za razdelek
(pravilni odgovori so označeni)
1) Za merjenje ionizirajočega sevanja v delovnem žarku med pripravo na obsevanje in med obsevanjem uporabite...
a) Klinični dozimetri
b) Zaščitni nadzorni dozimetri
c) Individualni dozimetri
2) Za merjenje hitrosti doze razpršenega sevanja na delovnem mestu uporabite...
a) Klinični dozimetri
b) Zaščitni nadzorni dozimetri
c) Individualni dozimetri
3) Dozimetrična metoda, ki je sestavljena iz beleženja nepopravljivih kemičnih reakcij, ki se pojavljajo v določenih snoveh pod vplivom ionizirajočega sevanja ...
a) Biološki
b) Kemični
c) fizično
4) Dozimetri, ki uporabljajo sposobnost ionizirajočega sevanja za ustvarjanje dolgoživih centrov luminiscence v kristalni strukturi v dielektričnih materialih, ki se po naknadnem segrevanju izločijo z emisijo svetlobnih kvantov, se imenujejo
a) Radiokemični
b) Scintilacija
c) Termoluminiscentna
d) Polprevodnik