ДОЗИМЕТРИЯ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
• Дозиметрия – раздел науки, изучающий принципы, средства регистрации и измерения ионизирующих излучений. • Дозой излучения называют количество поглощенной энергии ионизирующего излучения в объекте облучения. • Рентген – доза рентгеновского или гаммаизлучения, при которой сопряженное с ним вторичное корпускулярное излучение производит в 0, 001293 г (1, 293 мг) воздуха ионы, несущие заряд, равный одной электростатической единице электричества каждого знака.
Физический эквивалент рентгена (фэр) – это доза альфа-, бета- и другого ядерного излучения, при котором энергия, поглощенная в 1 г вещества, равна потере энергии на ионизацию, создаваемую в 1 г воздуха дозой в 1 р рентгеновых или гамма-излучений. Поглощенной дозой принято называть ту энергию излучения, которую она теряет на единицу массы объекта облучения. Рад – поглощенная доза излучения – равна 100 эрг на 1 г любого вещества.
За единицу биологической дозы принят биологический эквивалент рентгена (бэр). (Устаревшее) Биологический эквивалент рентгена – это такая доза любого ядерного излучения, при которой в тканях создается такой же биологический эффект, как и при дозе рентгеновского и гамма-излучения в 1 рад.
(Новое) Биологическая единица дозы – это такая поглощенная доза любого вида излучения, которая вызывает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 рад рентгеновского и гамма-излучения с энергией фотонов около 200 кэ. В. Для перехода от радов к бэрам используют коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) характеризующий во сколько раз биологическое действие данного вида излучения больше или меньше биологического действия рентгеновского и гамма-излучения при одинаковом количестве поглощенной энергии в объекте.
1 бэр = 1 рад ∙ ОБЭ При облучении, особенно биологических объектов, важно знать дозу, полученную за единицу времени, т. е. мощность дозы (Р) Р = D/t Обычно для определения безопасных условий работы пользуются понятием «предельно допустимая доза» (ПДД). ПДД – доза ионизирующего излучения, которая, не должна вызывать значительного повреждения организма в любой момент времени на протяжении его жизни.
При этом необходимо учитывать расстояние, на котором следует работать, активность препарата и продолжительность работы. Величина прямо пропорциональна величине активности и времени, т. е. чем больше активность и время облучения, тем больше величина дозы. Если гамма-активность источника выражается в мг-экв радия, то формулы мощности дозы Р и дозы D будут иметь следующее выражение: Р = М∙ 8, 4/R 2 ; D = P∙t = М∙ 8, 4∙t/R 2
D – доза гамма-излучения (в рентгенах); Р – мощность дозы (р/час); М – активность (мгэкв радия); R – расстояние от источника излучения до объекта облучения (см); t – время облучения (часы); 8, 4 – гаммапостоянная радия. Если активность препарата выражена в м. Ки и известна его гамма-постоянная, то можно использовать следующие формулы: Р = А∙Кγ/ R 2 ; D = P∙t = А∙Кγ ∙t / R 2 A – активность (м. Ки); Кγ – гамма-постоянная
Методы обнаружения и регистрации ядерного излучения
• Для оценки воздействия различных видов излучений на организм, существует ряд методов, в основе которых лежат те физико-химические изменения, которые возникают при взаимодействии излучений со средой. Наиболее выраженными эффектами этого взаимодействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул среды.
• Существует много методов регистрации ядерного излучения, которые, как правило, носят название того процесса взаимодействия, который определяется (ионизационный, сцинтилляционный, химический, фотографический, калориметрический и др. ).
• Ионизационный метод основан на регистрации эффекта ионизации, т. е. на измерении величины заряда ионов, возникающих под действием излучения. Измерить ионизационный эффект можно при помощи электрического поля, которое препятствует рекомбинации атомов и придает ионам направленное движение к соответствующим электродам.
Детекторами излучения в ионизационном методе служат чаще всего различной формы ионизационные камеры и счетчики Гейгера — Мюллера (газоразрядные счетчики). Камеры и счетчики заполнены газом, являющимся ионизационным пространством между двумя изолированными друг от друга электродами. Если к электродам приложить от внешнего источника разность потенциалов, то в камерах и счетчиках создается электрическое поле.
В обычном состоянии многие газы не обладают проводимостью, и поэтому в цепи, в которую включены ионизационная камера или счетчик, ток не отмечается. При облучении указанных детекторов в их ионизационном пространстве возникают отрицательные и положительный ионы, обретающие в электрическом поле направленное движение. Отрицательные ионы движутся к положительно заряженному электроду, а положительные — к отрицательному. В цепи возникает определенной величины ионизационный ток, который измеряется соответствующими приборами. при
Сцинтилляционный метод. Взаимодействуя с веществом, ядерное излучение наряду с ионизацией может производить возбуждение атомов и молекул. Через определенное время (в зависимости от вещества) возбужденные атомы и молекулы переходят в невозбужденное состояние с выделением энергии во внешнюю среду.
У некоторых веществ (сернистый цинк, йодистый натрий, йодистый калий, антрацен, стильбен, терфенил, нафталин и др. ) такой переход сопровождается испусканием энергии возбуждения в виде квантов видимого, инфракрасного и ультрафиолетового света. Внешне это проявляется в виде вспышек света, которые можно зарегистрировать с помощью соответствующих приборов. На регистрации световых вспышек-сцинтилляций, возникающих в некоторых веществах при облучении их ядерными излучениями, и основан сцинтилляционный метод.
Фотографический метод был первым методом регистрации ядерного излучения. Он основан на способности излучения разлагать галогениды серебра (Ag. Cl, Ag. Br), входящие в состав чувствительных фотоэмульсий, до металлического серебра. В результате такого взаимодействия вдоль трека альфа- и бета-частиц выделяются зерна серебра и проявлении виден след пробега ядерных частиц.
Фотографический метод называется еще радиографическим и авторадиографическим и по существу разделяется на макрографию и микрографию. Методом радиографии можно производить качественное изучение характера распределения радиоактивных элементов в различных объектах, а также количественные определения интенсивности излучения.
Последнее основано на принципе потемнения пленки в месте облучения. Между степенью потемнения (почернения) и дозой в определенных пределах существует линейная зависимость. Измеряют плотность потемнения путем фотометрирования проявленных пленок. Фотометрированню подвергают и эталонные пленки, облученные известной дозой соответствующего излучения.
Химический метод основан на том, что часть поглощенной энергии излучения переходит в химическую, что вызывает цепь химических превращений. Определение наличия излучения производится по выходу химических реакций. Так, например, при облучении раствора соли Мора ионы двухвалентного железа (Fe+2) превращаются в ионы железа трехвалентного (Fe+3); одновременно изменяются электрический потенциал и окраска раствора, которые можно определить соответствующими способами.
Сущность калориметрического метода сводится к тому, что большая часть поглощенной энергии преобразуется в тепловую, количество последней определяется с помощью калориметров. Химические и калориметрические методы применяются главным образом при измерении больших доз и мощных потоков ионизирующих излучений.
Кроме детектора, прибор для количественного определения и регистрации излучения должен иметь еще измерительную аппаратуру, которая состоит из ряда узлов и, в частности, таких блоков, как усилитель, пересчетная схема, блок питания, регистрирующее устройство. В зависимости от назначения приборов они разделяются на радиометры и дозиметры (рентгенометры).
Радиометры — приборы, позволяющие регистрировать интенсивность потоков излучения. С их помощью ведут счет отдельных квантов или частиц, попавших в детектор. Радиометры градуированы в единицах скорости счета, от которых легко можно перейти к единицам активности. С помощью радиометров можно определить количество распадов, происходящих за единицу времени, т. е. активность радиоактивного препарата.
• Дозиметры — приборы, измеряющие дозу или мощность дозы излучения. При этом эффект, возникающий в детекторе дозиметра от взаимодействия с излучением, должен быть пропорционален количеству поглощенной энергии излучения. Дозиметры градуированы в единицах дозы, чаще всего в рентгенах и радах.