Лекция 6 а ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. 1. Понятие

Лекция 6 а ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. 1. Понятие дозы излучения. Виды доз и единицы измерения. 2. Понятие мощности дозы и единицы измерения. 3. Защита от ионизирующих излучений. 1

В первых опытах с радиоактивными вещес-твами обнаружилось, что они небезопасны. Анри Беккерель, открывший явление радиоактивности получил радиационные поражения рук от излучения радия. Не знали об опасности ионизирующих излучений Мария Складовская – Кюри и ее дочь Ирен, выделившие в чистом виде радий и полоний. Обе умерли от лейкоза. Но вредное воздействие радиации было осознано не сразу. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом сопровождается проникновением на разную глубину и передачей части энергии, а также различным пространственным распределением этой энергии. Поэтому различные виды ионизирующих излучений оказывают неодинаковое воздействие на живые ткани. 2

СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Количественной мерой воздействия излучений на вещество является доза излучения. Дозой (от греч. dosis – порция) излучения называется часть энергии радиоактивного излучения, расходуемая га ионизацию и возбуждение атомов и молекул любого облученного объекта . Развитие дозиметрии связано с необходимостью защиты человека от вредного от воздействия рентгеновского и -излучений природных радионуклидов, применяемых в медицине. Ионизация среды под воздействием этих излучений явилась первым физическим эффектом, который был сопоставлен с биологическим эффектом излучения. Е1 Е2 Е = Е1 - Е2 3

4

СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В качестве характаристики воздействия фотоннога излу-чения с энергией от 5 кэВ да 3 МэВ на среду используют экспозиционную дозу* Х (В сответствии с РД 50-454-84 использовать экспозиционную дозу и ее мощность после 01.01.1990 г. не рекомендуется). Экспозиционная доза Х фотоннога излучения - это отношение излучения суммарнога заряда dQ всех ионов адного знака, образованных в сухом воздухе при полном торможении вторичных электронов и позитронов в элеме-нтарном объеме dV, к массе воздуха dm в этом объеме. 5 Принято использовать понятия: поглощенную дозу для любых радиоактивных излучений, 2) экспозиционную дозу -излучения а воздухе, 3) эквивалентную дозу и связанную с ней 4) эфективную, 5) ожидаемую, 6) коллективную дозы излучения. Экспозиционная доза

6 где dQ – количество зарядов, образованных гамма-излучением в воздухе массой dm. Единица экспозиционной дозы - 1 кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (P). Один рентген – это доза фотонного излучения, при которой ва 1 см3 сухого атмосферного воздуха при ионизации образуется при нормальных условиях (температура 0С и давление 101,3 кПа, или 760 мм рт. ст.) заряд q, равный 3,34  1010 Кл каждого знака, что соответствует возникновению n = 2,08  109 пар ионов (n = q/e = 3,34  1010 /1,6  1019 = 2,08  109). Так как 1 см3 воздуха имеет массу 1,29  106 кг, то будем иметь 1 Р = 3,34  1010 / 1,29  106 = 2,58  104 Кл/кг.

7 1 Кл/кг = 3876 рентген. 1 рентген = 2,5810-4 Кл/кг. 1мР = 10-3 Р; 1мкР = 10-6 Р. 1 мкР = 10-3 мР. Названа по имени немецкого физика В.Рентгена. Единица принята на 2-м Международном радиологическом конгрессе (1928 г.).

Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц 8

Поглощенная доза Поглощенной дозой излучения (D) называется коли-чество энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы любого вещества. Позволяет дать количественную оценку действия различных видов излучения в различных средах. Она не зависит от объема и массы облучаемого веще-ства и определяется главным образом ионизирующей способностью и энергией излучений, свойствами погло-щающего вещества и продолжительностью облучения. СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН где dЕ – поглощенная энергия излучения; dm – масса облучаемого вещества. Поглощенная доза 9

СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Поглощенная доза излучения (D) введена как основ-ная дозиметрическая величина, которая является мерой энергии, переданной ионизирующим излучением веществу. Эта доза отражает концентрацию энергии излучения, переданной веществу. Единица поглощенной дозы – Грей (Гр), это такая поглощенная доза когда веществу массой в 1 кг передается энергия в 1 Дж, 1Гр = 1 Дж/кг. Названа по имени английского физика Л. Грея. Внесистемная единица поглощенной дозы – рад. Рад radiation adsorbed dose (rad). 1 Гр = 100 рад. 10

11 В условиях лучевого равновесия заряженных частиц экспозиционной дозе Х = 1 Кл/кг соответствует поглощенная доза D = 33,8 Гр в воздухе или D = 36,9 Гр в биологических тканях. Внесистемной единице 1 Р соответствует поглощенная доза D = 0,87 рад в воздухе или D = 0,96 рад в биологических тканях.

СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Эквивалентная доза Эквивалентная доза (Н) служит для характеристики биологического действия различных видов ионизиру-ющих излучений. Различие в величине радиационного воздействия можно учесть, приписав каждому виду излучений свой взвешивающий коэффициент WR (коэффициент качества) излучения. Коэффициент WR характеризует степень разруши-тельного действия на биологический объект и показы-вает во сколько раз данный вид излучения по биологи-ческой эффективности больше, чем рентгеновское излучение при одинаковой поглощенной дозе. 12

13 где WR– взвешивающий коэффициент (коэффициент качества) для данного вида излучения; D – поглощенная доза в органе или ткани. Эквивалентная доза (Н) – это поглощенная доза, умноженная на взвешивающий коэффициент WR излучения, который отражает способность данного вида излучения повредить ткани организма. Для -излучения WR = 20, а для - и -излучений WR = 1.

Взвешивающие коэффициенты WR для разных видов излучений 14

СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Единицей измерения эквивалентной дозы является джоуль на килограмм, и она имеет специальное наиме-нование Зиверт (Зв). Единица эквивалентной дозы названа по имени швед-ского ученого P. Зиверта первого председателя МКРЗ. Единица эквивалентной дозы – Зиверт (Зв). Внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр. 1 Зв = 100 бэр бэр – биологический эквивалент рада - доза любого вида ионизирующего излучения, производящая такое же биологическое действие, как и доза рентгеновских или гамма-лучей в 1рад. 15

16 1 Зв = 100 бэр  100 рад  100 Р. 1 мкЗв  100 мкР. В тканях с погрешностью в 5% экспозиционную дозу в рентгенах - Р и поглощенную дозу в радах – рад можно считать одинаковыми. Эффективная доза (Е) Органы и биологические ткани имеют разную ра-диочувствительность. В первую очередь пора-жаются половые железы (гонады-0,20), красный костный мозг, толстая кишка, легкие , желудок -все по 0,12. Учет радиочувствительности производят с помощью взвешивающего коэффициента wт для тканей и органов.

СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Взвешивающий коэффициент wт (коэффициент радиационного риска) показывает отношение риска облучения данного органа или ткани к суммарному риску при равномерном облучении всего тела. Эквивалентная доза, умноженная на коэффициент wт, учитывающий разную радиочувствительность различных тканей к облучению. 17

Взвешивающие коэффициенты wт (коэфф. радиационного риска) при равномерном облучении всего тела 18

По заключению общественных и международных научных организаций дозы, превышающие естественный фон 1 мЗв (0,1 бэр) в год являются опасными для здоровья людей 19

Коллективная доза При воздействии излучения на определенное коли-чество людей (коллектив) необходимо определить ожи-даемый эффект от их коллективного облучения. Для этой цели применяется коллективная доза (для N чело-век). Коллективная эффективная доза S  мера коллективного риска возникновения стохастических эффектаў облучения; она равна сумме индивидуальных эффективных доз всех групп людей N = Nі , в каждой с которых отдельный человек получил эффективную дозу Еі за данный промежуток времени где Ni  количество людей в группе (коллективе); Единицей измерения коллективной дозы в СИ явля-ется человеко-зиверт (чел.-Зв). Внесистемная единица – человеко-бэр (чел.-бэр). 20

Коллективную дозу можно подсчитать для населения отдельной деревни, города, области, государства и даже всего земного шара. Коллективная доза распространенная на популяцию, называется популяционной коллективной дозой. Коллективная доза, которую получат многие поколения людей от какого-нибудь источника облучения за определенный промежуток времени , называется ожидаемая коллективная эффективная доза. 21

Мощность дозы или уровень радиации может изменяться во времени. Доза излучения, отнесенная к единице времени называется мощностью дозы или уровнем радиации. Отношение экспозиционной дозы ко време- ни есть мощность экспозиционной дозы (МЭД) Единицей измерения МЭД является кулон в секунду на килограмм – ампер на килограмм. 1 Кл/кгс = 1 А/кг, так как 1 Кл/с = 1 А. На практике еще используется внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген в секунду (Р/с) и миллирентген в час (мР/ч). 1 Р/ч = 2,810-4 Р/с; 1 мР/ч = 2,810-7 Р/с. 1 Р/ч = 7,210-6 Кл/кгс. Допустимая мощность экспозиционной дозы (МЭД) в Республике Беларусь – 20 мкР/ч. 22

Отношение поглощенной дозы излучения ко времени есть мощность поглощенной дозы Мощность поглощенной дозы есть количество энергии ионизирующих излучений, поглощаемое в единице массы (объема) за единицу времени, и выражает собой скорость накопления дозы. Единицей измерения мощности поглощенной дозы излучения является джоуль в секунду на килограмм (Дж/кгс) внесистемная единица - рад в секунду (рад/с). Измерение мощности доз позволяет определять время, в течение которого создаются дозы, не вызывающие опасного биологического эффекта в организме, или наоборот, могущие вызвать его поражение, а также позволяет определить границы пространства, в пределах которого создаваемые в течение некоторого времени дозы могут оказаться опасными. 23

По воздействию на человека все источники излучения можно разделить на две группы: 1) закрытые источники – рентгеновские установки, ускорители, ядерные реакторы, закрытые радиоактивные препараты. При их использовании (если радионуклиды не попадают в окружающую среду) персонал может подвергаться только внешнему облучению. Человек подвергается облучению только во время нахождения в опасной зоне вблизи самих источников. 2) открытые источники – радиоактивные вещества, распределенные в среде (в почве, воде, воздухе) или находящиеся на поверхности предметов, с которыми соприкасается человек. Действие связано с внешним облучением и попаданием радиоактивных веществ внутрь организма (внутреннее облучение) и не может быть прекращено с выходом человека из опасной зоны. Человек может подвергаться воздействию ИИ в течение того промежутка времени, пока радионуклиды не будут выведены из организма в результате физиологических обменных процессов и радиоактивного распада. 24

Защита поглощающими экранами и сооружениями. Уменьшение интенсивности ионизирующих излучений, в этом случае, происходит в результате взаимодействия с веществом. Защитные свойства поглощающих экранов характеризуются краткостью ослабления Косл, под которой понимается отношение мощности дозы падающих на экран излучений к мощности дозы излучений, прошедших через экран Слой вещества, при прохождении которого число гамма-квантов в направлении их первоначального распространения уменьшается в два раза по сравнению с числом упавших на это вещество квантов, называется слоем половинного ослабления d1/2. d1/2 = ln2/ = 0,693/ , где  – линейный коэффициент ослабления материала. Вода d1/2 = 13 см; Бетон d1/2 = 5,6 см; Дерево d1/2 = 19 см; Свинец d1/2 = 1,3 см. 25

Защита путем ограничения времени облучения. Доза, воздействующая на организм, равна произведению мощности дозы на время t действия излучений: D (Н)= D (H)t [Гр, Зв] Чтобы облучение оставалось в пределах допустимой дозы Dдоп, допустимое время tдоп не должно превышать величины tдоп = Dдоп/Dt Соблюдение этого условия позволяет надежно защитить организм от поражения. Для определения времени tдоп необходимо знать мощность дозы; она может быть измерена дозиметрами и рентгенметрами. 26

Защита расстоянием. Мощность дозы Х, создаваемая точечным источником с активностью А на некотором расстоянии R от источника, обратно пропорциональна квадрату расстояния: X = A/R2 В соответствие с уравнением: если увеличить расстояние R между источником и объектом облучения в два раза, воздействующая на него мощность дозы X уменьшится в четыре раза. Во столько же раз уменьшится при том же времени облучения и получаемая объектом доза: D = (Хt)/R2. 27

Применение индивидуальных средств защиты. При работе с открытыми радиоактивными вещест-вами, а также на местности, загрязненной радио-активными веществами, применяются индивидуальные средства защиты: - противогазы, - респираторы, - специальная одежда, - защитные перчатки. Кроме того, при работе с открытыми радиоактивными веществами используются вытяжные шкафы и закрытые камеры с защитными перчатками. Эти средства применяются для того, чтобы предохранить организм от попадания в него радиоактивных веществ. 28

Защита применением химических средств. Предупреждать поражение организма ионизирующими излучениями можно с помощью некоторых химических веществ называемых радиопротекторами, отнесенные к двум классам химических соединений – аминотиолам и индолилалкиламинам. К ним относятся цистамин, меркаптоэтилгуандин и другие, сходные с ними, вещества. Защитное действие этих веществ проявляется, если их ввести в организм, за от 5-15 до 30 мин до облучения. Механизм действия защитных веществ объясняется тем, что они, вступая в реакцию с образовавшимися под действием излучений радикалами, предупреждают образование активных перекисей. С помощью химических веществ действие ионизирующих излучений на организм ослабляется примерно в два раза. 29

Профилактика малых доз облучения В условиях длительного воздействия на организм малых доз облучения наиболее эффективны вещества природного происхождения, в особенности: 1) витамины, 2) коферменты (микро- и макроэлементы), 3) лекарственные травы и средства, обладающие радиозащитным действием. Для уменьшения внутреннего облучения и разру-шающего действия радиации необходимо проводить ускоренное выведение радионуклидов из организма. Это достигается применением специальных препаратов – энтеросорбентов в виде пищевых добавок. 30

ВИТАМИНЫ Витамин В6 – повышает кроветворение и иммунитет. Содержат зерновые, капуста, морковь, зелень. Витамин В12 – способствует образованию эритроци-тов, помогает работе нервной системы. Содержат соя и продукты животного происхождения. Витамин С – активизирует процессы кроветворения, повышает иммунитет, выводит из организма свободные радикалы. Содержится в шиповнике, черной смородине, сладком перце, облепихе, черноплодной рябине, цитрусовых, землянике, томатах, капусте, зеленом луке. Витамин Е – является антиоксидантом, т.к. помогает избавиться от свободных радикалов, улучшает крово-обращение. Содержат облепиха, кукуруза, бобовые, не-рафинир. масла (лучше- оливковое), гречка, семечки подсолнуха, орехи, чеснок, лук, яблоки, персики. Витамин РР улучшает обменные процессы, стимули-рует выведение радионуклидов. Содержат рисовые и пшеничные отруби, сухие дрожжи, печень, почки, сердце. 31

МИКРО- И МАКРОЭЛЕМЕНТЫ Калий – блокирует цезий-137 и регулирует работу сердца, почек, скелетных мышц, улучшает работу печени. Содержат (сут. потребн.3 г): курага, урюк, изюм, чернослив, чай, орехи, лимон, фасоль, картофель, пшеница, рожь, редька, овсяная крупа, яблоки, хурма, черешня, томаты, капуста, чеснок, черная смородина, свекла, абрикосы. свинина, икра, сливочное масло. Кальций – блокирует поступление в ткани стронция-90, укрепляет кости, иммунную и кровеносную системы. Содержат (сут.потр. 1 г): творог, сыр, мясо, рыба, яйца, капуста, зеленый лук, бобы, укроп, репа, петрушка, хрен, шпинат, зеленый горошек, яблоки, огурцы, морковь, овсяная крупа, пшеница, апельсины, лимоны, картофель, семечки. Железо – способствует образованию эритроцитов, блокирует поглощение плутония. Содержат (сут.потр.15–30 мг): мясо, рыба, яблоки, изюм, салат, чернопл. рябина, зеленый лук, яичный желток. Лучше - железо животного происхождения. Йод – укрепляет иммунную систему и работу щитовидной железы. Содержат яйца, гречка, морковь, овес, морская капуста, чеснок, фасоль, картофель, клубника, свекла. Кобальт – необходим для системы кроветворения, входит в состав витамина В12. Содержат щавель, груша, укроп, свекла, зеленый лук, черная смородина, рыба, морковь, клюква, рябина, орехи, горох, фасоль, бобы, сливочное масло, печень, почки. 32

Магний – способствует обмену углеводов и белков, выведению радионуклидов из организма. Содержат орехи, бобовые, зерно, морская капуста, листовые овощи, яичный желток, печень, овес. Медь – нормализует иммунную систему организма. Содержат свекла, картофель, яблоки, горох, фасоль, орехи, соя, гречка, сыр, печень, рыба, мясо, яйца, печень, молочные продукты. Натрий – конкурент цезия-137. Содержат пищевая соль и некоторые овощи. Селен – поглощает радикалы воды, восстанавливает иммунную систему, снижает частоту опухолей молочной и щитовидной железы. Содержат рис, ячмень, овес, зелень, чеснок, мясопродукты, рыба. Сера – повышает устойчивость клеток организма к действию радиации и помогает восстановлению молекул ДНК. Содержат капуста, петрушка, водяной кресс. Фосфор – нормализует работу системы кроветворения, подавляет раковые клетки. Содержат рыба, яблоки, зеленый горошек, овес, гречка, пшено, мясо, яйца, огурцы, молоко. 33

Лекарственные травы и средства, обладающие радиозащитным действием - женьшень, лимонник, хвощ полевой, земляника, боярышник, крапива, пустырник и др. - стимуляторы сердечно-сосудистой деятельности; - золотой корень, элеутерококк, крапива, подорожник, земляника, одуванчик, иван-чай, шиповник и др. - стимуляторы кроветворения; - облепиха, подорожник, ромашка аптечная, женьшень, элеутерококк, золотой корень, аралия, заманиха, медуница лекарственная, одуванчик - противолучевые средства; - облепиха, шиповник, черная смородина, земляника, одуванчик, крапива двудомная, спорыш, калина и др. - общеукрепляющие средства; - подорожник, шалфей, береза, хвощ полевой, зверобой, др. - противомикробные средства. 34

Профилактика последствий облучения Ежедневное применение морских водорослей (в свежем или сушеном виде). Достаточно 3-х столовых ложек морской капусты в качестве салата или гарнира. Морские водоросли содержат особенно много хлорофилла, который оказывает антиканцерогенный эффект, а также витамин С и каротиноиды – они обладают способностью связывать свободные радикалы, образующиеся в результате жизнедеятельности организма и считающиеся главными «зачинщиками» ракового перерождения клеток. Ежедневное применение овощей из семейства крестоцветных: капуста цветная, белокочанная, брюссельская, брокколи, способствует рассасыванию в начальной стадии опухолей. Практически во всех крестоцветных содержится особое вещество – индол-3 карбинол, которое обладает уникальной способностью превращать эстроген из формы, провоцирующей рак, в форму, защищающую организм от этой болезни. Попытки ученых создать химический аналог этого вещества, пока не увенчались успехом. Поэтому, каждый день ешьте любую капусту, приготовленную на пару, а лучше сырую – в ней больше сохраняются полезные вещества. 35

На сегодня ЭТО ВСЁ !!! Спасибо за внимание! 36