II. Dozimetrie ionizujícího záření
AI nemají vůni, chuť ani žádné jiné vlastnosti, které by umožnily člověku je zaregistrovat. K měření kvantitativních a kvalitativních charakteristik záření se používají různé metody, založené na zaznamenávání účinků interakce záření s hmotou.
Dozimetry jsou přístroje určené k měření dávky nebo dávkového příkonu AI. Tyto přístroje jsou založeny na registraci a kvantitativním hodnocení ionizačních, scintilačních, fotografických, chemických a dalších efektů, které vznikají při interakci ionizace s hmotou.
Hlavní skupiny dozimetrů:
Klinické - pro měření II v pracovním paprsku. Používá se při přípravě na radiační terapii a během ozařování.
Ochranné monitorovací dozimetry - pro měření dávkového příkonu rozptýleného záření na pracovištích (v systému radiační bezpečnosti). Tyto dozimetry musí být přímo snímatelné.
Individuální - ke kontrole expozice osob pracujících v oblasti vlivu AI.
Dozimetrické metody:
ü Biologické - na základě posouzení reakcí, které se vyskytují ve tkáních při ozáření určitou dávkou záření (erytémová dávka, epilační dávka, letální dávka). Jsou orientační a používají se především v experimentální radiobiologii.
ü Chemické - zahrnují záznam nevratných chemických reakcí, ke kterým dochází v určitých látkách pod vlivem ozáření (radiochemická metoda, fotografická metoda).
Radiochemická metoda- na bázi oxidační reakce dvojmocného železa na železité železo vlivem II
(Fe 2+ Fe 3+), což vede ke změně barvy (průhlednosti). Používají se ferosíranové dozimetry. Protože rozsah těchto dozimetrů je velmi velký (od 20 do 400 Gy), používají se pouze pro nouzové situace.
Fotografická metoda- vlivem záření dochází ke zčernání rentgenového filmu, jehož míra je úměrná absorbované energii paprsků. Hustotu zčernání lze použít k posouzení dávky záření. Nevýhodou této metody je závislost odečtů dozimetru na kvalitativním složení záření. Přesnost stanovení dávky je nízká. Pomocí fotografických filmových dozimetrů je vhodné určit shodu světelných a radiačních polí na zařízeních pro radiační terapii.
ü Fyzikální - založené na schopnosti AI způsobit ionizaci látky a přeměnit elektricky neutrální plyn na elektricky vodivé médium (ionizační komora, čítač plynových výbojů, scintilační dozimetr, termoluminiscenční dozimetr, polovodičové detektory).
Scintilační dozimetry. Používají se thaliem aktivované krystaly jodidu sodného. Když je AI zasáhne, objeví se světelné záblesky, které se převedou na elektrické impulsy, zesílí a zaznamenají počítací zařízení. Scintilační dozimetry se v klinické dozimetrii nepoužívají pro jejich velký objem a vysokou citlivost, což umožňuje doporučit jejich použití v ochranné dozimetrii.
Termoluminiscenční dozimetry (TLD). Některé pevné krystalické látky jsou schopny luminiscence pod vlivem záření. Dávka je určena intenzitou záře. TLD mají malý objem a nepřímo indikují (dávka se kumuluje po určitou dobu). Široce používané v klinické dozimetrii (měření dávky na pacientovi, v tělní dutině) i jako individuální dozimetry.
Ionizační komora- toto je kondenzátor. Skládá se ze dvou elektrod, mezi nimiž je prostor vyplněn vzduchem. Vlivem AI se vzduch ionizuje a vzniká elektrický proud. Podle velikosti proudu posuzujeme dávku. V současnosti jsou nejrozšířenější dozimetry založené na ionizační metodě. Široce se používá v klinické dozimetrii, ochranné dozimetrii a osobní dozimetrii.
Plynoměr. Využívá se i ionizačního účinku záření. Ale na elektrody plynoměru je aplikováno mnohem vyšší napětí. Proto elektrony produkované v čítači při ozařování získávají větší energii a samy způsobují hromadnou ionizaci atomů a molekul plynu. To umožňuje zaznamenat velmi malé dávky záření pomocí počítadel plynových výbojů.
Polovodičové (krystalické) dozimetry. Vodivost se mění v závislosti na dávkovém příkonu. Široce se používá spolu s ionizačními dozimetry.
Účel práce:
Seznamte se se základními pojmy a jednotkami měření v dozimetrii a radiační bezpečnosti.
Naučte se měřit dávkový příkon gama záření.
Radioaktivní záření je nedílnou součástí světa, ve kterém žijeme: na pozadí těchto záření vznikl samotný život na Zemi. Záření pozadí je určováno radioaktivními izotopy řady chemických prvků v zemských horninách, půdě, vodě a vzduchu a také kosmickým zářením. Mezi hlavní zdroje radiace na pozadí patří izotop draslíku 40 K a plynný radon. Prvek draslík je rozšířen v zemské kůře a nachází se ve stavebních materiálech a biologických tkáních. Izotop radonu 222 Rn je jedním z meziproduktů rozpadu přírodního uranu, tento plyn se uvolňuje z půdy a stavebních materiálů a dostává se do ovzduší obytných prostor. V průběhu biologické historie Země bylo toto pozadí vždy přítomno a výrazně se nezměnilo. Během posledního půlstoletí lidé přidali k přirozeným zdrojům radiace na pozadí spad po testování atomových zbraní, radioaktivní odpad z jaderného průmyslu, výsledky černobylské katastrofy atd. S rozvojem jaderné vědy a techniky a průzkumem kosmického prostoru na jedné straně vyvstalo nebezpečí vystavení člověka radiačním dávkám výrazně vyšším, než je přirozené pozadí, ale na druhé straně možnost využití jaderné energie. vznikly technologie ve vědě, průmyslu, medicíně atd.
Pro kvantifikaci stupně expozice jadernému záření byly zavedeny speciální dávkové charakteristiky.
Dávky ionizujícího záření
Hlavní fyzikální veličinou akceptovanou v dozimetrii pro měření ionizujícího záření je dávka záření. Pojem „dávka“ umožňuje dva výklady. V souladu s prvním výkladem je dávka záření kvantitativní charakteristikou záření, v souladu s druhým výkladem je kvantitativní charakteristikou výsledku interakce záření s hmotou. Termín „expoziční dávka“ uvedený níže více odpovídá prvnímu výkladu a termín „absorbovaná dávka“ více odpovídá druhému výkladu.
Radiační situace v oblasti je dána polem tam přítomného ionizujícího záření a především polem záření gama vzhledem k jeho vysoké pronikavosti. Při interakci se vzduchem způsobuje gama záření jeho ionizaci a úroveň ionizace vzduchu odpovídá intenzitě záření a může sloužit jako charakteristika radiačního pole.
Expoziční dávkaX je definován jako poměr celkového náboje všech iontů stejného znaménka vytvořeného gama zářením v elementárním objemu vzduchu k hmotnosti dm vzduchu v tomto objemu:
. (1)
Samotné stanovení expoziční dávky umožňuje jednoduchý a pohodlný způsob jejího měření: k tomu stačí změřit náboj iontů stejného znaménka vytvořený v ionizační komoře ozářeného vzduchu.
Jednotka SI expoziční dávky by měla být coulomb na kilogram. Historicky se však expoziční dávka obvykle vyjadřuje v nesystémových jednotkách – rentgenech.
rentgen- jedná se o jednotku expoziční dávky fotonového záření, při průchodu 0,001293 g vzduchu (to je za normálních podmínek 1 cm 3 vzduchu) v důsledku všech ionizačních procesů ve vzduchu vznikají ionty nesoucí jednu elektrostatickou jednotku. množství elektřiny každého znamení.
Skutečnost, že expoziční dávka je stanovena pouze pro vzduch a pouze pro fotonové záření, výrazně omezuje jeho rozsah použití. Přechod na jednotky SI zahrnuje odstranění konceptu expoziční dávky z používání.
Účinek ionizujícího záření na látku závisí jak na složení látky, tak na energii, kterou záření této látce předá. Výsledek expozice záření je charakterizován absorbovanou dávkou, stanovenou následovně.
Absorbovaná dávka ionizující záření D se rovná poměru průměrné energie dE přenesené ionizujícím zářením na látku v elementárním objemu k hmotnosti dm látky v tomto objemu:
. (2)
V systému SI se absorbovaná dávka měří v joulech děleno kilogramem (J/kg) a má speciální název - šedá.
Šedá rovna absorbované dávce ionizujícího záření, při které se látka o hmotnosti 1 kg přenese na energii ionizujícího záření rovnou 1 J.
Otázka korespondence mezi expozicí a absorbovanými dávkami může být vznesena pouze v případě, že tyto dávky jsou vytvářeny gama zářením ve vzduchu. I tak mezi nimi, přísně vzato, neexistuje žádná osobní korespondence. Stejné množství energie absorbované vzduchem může tvořit různý počet iontových párů v závislosti na energii gama záření. Tento rozdíl je však malý a můžeme říci, že 1 rentgen v průměru odpovídá energii absorbované ve vzduchu 87,3 erg, tzn.
1Р ≈ 0,873·10 –2 Gy nebo 1 Gy ≈ 115 R.
Jakákoli dávka je časově integrovaná charakteristika. Rychlost akumulace dávky je charakterizována konceptem mocdávkách je poměr přírůstku dávky dD za určité časové období dt k tomuto časovému intervalu:
. (3)
Dávkový příkon expozice v soustavě SI by měl být vyjádřen v jednotkách ampér na kilogram [A/kg]. V praxi se používá nesystémová jednotka - rentgeny za sekundu a její deriváty: [R/hod], [mR/hod], [μR/hod].
Absorbovaný dávkový příkon v SI se měří v jednotkách šedé za sekundu [Gy/s]. Používají se také odvozené jednotky - [Gy/min], [µGy/hod.] atd.
Vliv ionizujícího záření na tělesné tkáně.
Absorbovaná dávka záření přijatá látkou jakéhokoli živého organismu v důsledku přirozeného radiačního pozadí Země je řádově 10 –3 Gy/rok. Předpokládá se, že tato dávka nezpůsobuje pozorovatelné škodlivé biologické účinky. Navíc samotný život na Zemi vznikl, vyvíjel se a existuje za podmínek určitého radiačního pozadí.
Příliš velké dávky záření jsou však pro živé organismy nebezpečné a mohou vést i ke smrti.
Mechanismus působení záření na molekulární úrovni lze popsat následujícím sledem událostí. Radiační částice pronikající do biologických tkání přímo nebo nepřímo způsobují ionizaci mnoha atomů a odstraňují z nich elektrony. Nabité částice (alfa nebo beta) svým elektrickým polem přímo ionizují atomy, elektricky neutrální částice (gama nebo neutrony) způsobují ionizaci po interakcích, při kterých vznikají sekundární nabité částice, jejichž elektrické pole způsobuje ionizaci.
Při ionizaci atomu se z něj odstraní elektron, který se může v látce volně pohybovat. Volný elektron i ionizovaný atom se během 10 - 8 sekund účastní složitého řetězce reakcí, v jejichž důsledku vznikají nové molekuly, včetně tak extrémně reaktivních, jako jsou volné radikály. Vzniklé volné radikály pak za čas 10–6 sekund reagují jak mezi sebou, tak s jinými molekulami a prostřednictvím řetězce reakcí, které ještě nebyly plně prozkoumány, mohou způsobit chemickou modifikaci biologicky důležitých molekul nezbytných pro normální fungování buňky. Následné biochemické změny mohou nastat během několika sekund nebo desetiletí po ozáření a způsobit okamžitou buněčnou smrt nebo změny v buňkách, které mohou vést k rakovině.
Čím více energie záření předá tkáním, tím větší je poškození způsobené v živém organismu zářením. Předaná energie je zcela určena absorbovanou dávkou záření. Absorbovaná dávka však zcela neurčuje účinky záření. Faktem je, že při stejné absorbované dávce je alfa záření nebo neutrony mnohem nebezpečnější než beta nebo gama záření. Důvodem je rozdílné prostorové rozložení ionizace. Při stejném celkovém počtu iontů představuje větší nebezpečí pro buňky těla i jejich vyšší koncentrace (například ve stopách částic alfa).
Vezmeme-li v úvahu tuto skutečnost, pro posouzení následků ozáření je třeba dávku vynásobit koeficientem odrážejícím schopnost daného typu záření poškodit tělesnou tkáň. Takto přepočtená dávka je tzv ekvivalentní dávka a převodní faktor je faktor kvality záření.
Ekvivalentní dávka ionizující zářeníΝ – součin absorbované dávky D průměrným faktorem kvality K ionizujícího záření v daném objemovém prvku biologické tkáně standardního složení
(4)
Číselné hodnoty faktorů kvality pro různá záření jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1.
Faktory kvality pro různé druhy záření.
| Druhy záření | K |
| Rentgenové záření a γ-záření | 1 |
| Elektrony a miony | 1 |
| Neutrony s energií: | |
| méně než 10 KeV | 5 |
| od 10 KeV do 100 KeV | 10 |
| od 100 KeV do 2 MeV | 20 |
| od 2 MeV do 20 MeV | 10 |
| více než 20 MeV | 5 |
| Protony s energiemi většími než 2 MeV, kromě protonů zpětného rázu | 5 |
| Alfa částice, štěpné fragmenty, těžká zpětná jádra | 20 |
Jednotkou měření ekvivalentní dávky záření je J/kg, která má zvláštní název - sievert(Sv, Sv). Všimněte si, že pro rentgenové, beta a gama záření jsou číselné hodnoty absorbované a ekvivalentní dávky stejné.
Ekvivalentní dávka přiměřeněji zohledňuje možné poškození lidského zdraví expozicí ionizujícímu záření libovolného složení. Je však nutné počítat s tím, že některé části těla (orgány, tkáně) jsou na účinky záření citlivější než jiné. Například při stejné ekvivalentní dávce záření se rakovina vyskytuje častěji v plicích než ve štítné žláze a ozáření gonád je zvláště nebezpečné kvůli riziku genetického poškození. Aby se zohlednila nestejná citlivost různých orgánů na záření, je zavedena speciální dávková charakteristika - efektivní ekvivalentní dávka.
Efektivní ekvivalentní dávka je definován jako součet součinů ekvivalentních dávek přijatých každým orgánem odpovídajícími koeficienty radiačního rizika:
(5)
Kde 
– ekvivalentní dávka v dané tkáni nebo orgánu, 
– váhový faktor pro danou tkáň nebo orgán.
Seznam orgánů a tkání, pro které se provádí sumace, a také hodnoty váhových koeficientů jsou uvedeny v tabulce 2.
Tabulka 2
Váhové faktory pro tkáně a orgány.
| Orgán, tkáň | R |
| gonády | 0,20 |
| kostní dřeň (červená) | 0,12 |
| tlustého střeva | 0,12 |
| plíce | 0,12 |
| žaludek | 0,12 |
| měchýř | 0,05 |
| prsa | 0,05 |
| játra | 0,05 |
| jícen | 0,05 |
| štítná žláza | 0,05 |
| kůže | 0,01 |
| povrchové buňky kostí | 0,01 |
| odpočinek | 0,05 |
| Celé tělo | 1,00 |
Efektivní ekvivalentní dávka odráží celkový účinek záření na organismus a používá se jako míra rizika dlouhodobých účinků záření. Měří se také v sievertech.
Dávka 1 Gy přijatá vodou ji ohřeje pouze o 0,00024 C. Pro člověka však dávka 1 Sv přibližně odpovídá prahu pro vznik deterministických následků po ozáření nebo, jak se říká, „nemoc z ozáření “. Při dávce 6 Sv dosahuje mortalita 50 %. Při dávce menší než 1 Sv nejsou pozorovány žádné zjevné účinky záření, ale zvyšuje se pravděpodobnost rakoviny nebo genetických poruch u potomků. Předpokládá se, že zvýšení pravděpodobnosti nežádoucích účinků je úměrné obdržené dávce.
Protože 1 Sv je velmi velká dávka, obvykle používají tisící nebo miliontou dávku sievertu: mSv, μSv.
Expoziční dávkový příkon pozadí gama záření, typický pro ploché oblasti složené ze sedimentárních hornin, odpovídá 10 - 20 μR/hod (resp. 0,1 - 0,2 μSv/hod pro absorbovaný dávkový příkon). Toto pozadí je typické pro území Běloruska. Roční dávka je přibližně 1 – 2 mSv, což je výrazně nižší než práh pro „nemoc z ozáření“.
Radiační bezpečnost
V Běloruské republice jsou základy právní úpravy v oblasti zajištění radiační bezpečnosti obyvatelstva definovány v zákoně o radiační bezpečnosti obyvatelstva.
Pro zajištění radiační bezpečnosti je uplatňován princip regulace - nepřekračování určitých limitů expozičních dávek občanů ze všech zdrojů ionizujícího záření. Zároveň jsou zakázány všechny druhy činností využívajících zdroje ionizujícího záření, při kterých získaný prospěch nepřevyšuje riziko možné újmy pro člověka a společnost. Navíc s přihlédnutím k ekonomickým možnostem a sociálním faktorům je počet exponovaných osob udržován na dosažitelně nízké úrovni a jejich radiační dávky jsou minimalizovány.
Přípustné limity průměrných ročních efektivních dávek záření na území Běloruské republiky jsou stanoveny zákonem a činí 0,001 sievertů ročně pro celou populaci, 0,02 sievertů ročně pro personál pracující se zdroji záření.
Regulované hodnoty hlavních limitů dávek záření nezahrnují dávky vytvořené přirozeným zářením a umělým zářením na pozadí, jakož i dávky obdržené občany (pacienty) při lékařském ozáření.
Pro stanovení přijatých dávek záření je nutné měřit nejen úroveň vnějšího ozáření vlivem zdrojů mimo lidské tělo. Dále je nutné zjistit tzv. vnitřní ozáření způsobené radioaktivními látkami obsaženými ve vdechovaném vzduchu a zkonzumované potravě. Vnitřní ozáření se přímo neměří - kontrola vnitřního ozáření se provádí měřením obsahu radionuklidů v ovzduší a potravinách a výpočtem výsledných dávek záření.
Hlavním kvantitativním kritériem pro vnitřní expozici člověka je roční příjem(množství radioaktivních látek, které se dostávají do těla dýchacími a trávicími orgány). Roční tržby se normalizují založením přípustné úrovně obsah radionuklidů v ovzduší a v různých potravinářských výrobcích s přihlédnutím k jejich průměrné roční spotřebě.
Například přípustná hladina radionuklidu 137 Cs v pitné vodě je 10 Bq/kg a v mléce – 100 Bq/kg.
Při práci s radioizotopovými zdroji gama záření je možné vypočítat předpokládaný dávkový příkon záření, pokud je znám radionuklid zdroje a jeho aktivita. Expoziční dávkový příkon gama záření ve vzdálenosti R od izotropního bodového zdroje s aktivitou A zjistíme vzorcem
, (6)
Kde koeficient G (gama konstanta) je určen emisním spektrem radionuklidu. Hodnoty koeficientů Г pro různé radionuklidy lze nalézt v referenční literatuře. Pro radionuklidy používané v laboratorní praxi jsou gama konstanty G následující:
Cs-137 3,24 R cm 2 / hodina mCi,
Co-60 12,85 R cm 2 / hodina mCi,
Na-22 11,85 R cm2/h mCi.
Uvedený rozměr Г vyžaduje dosazení do vzorce (6) aktivitou v milicuriech (1 mCi = 3,7·10 7 Bq), vzdálenost R v centimetrech a expoziční dávkový příkon získáme v rentgenech za hodinu.
Vzorec (6) lze použít, pokud jsou rozměry zdroje a pozorovací oblasti mnohem menší než R a na cestě od zdroje k pozorovací oblasti nedochází k výrazné absorpci záření.
Přítomnost látky pohlcující gama záření vede ke snížení dávkového příkonu. Pro první přiblížení lze absorpci popsat vzorcem
D(x) = D 0 ·exp(– x). (7)
Zde D 0 je dávkový příkon při absenci absorpce, D(x) je dávkový příkon zohledňující absorpci, x je dráha gama záření v absorbéru, je lineární koeficient zeslabení, v závislosti na látce absorbéru a energie gama záření.
Vzorec (7) je použitelný pouze pro monoenergetické záření gama a nezohledňuje příspěvek záření rozptýleného v absorbéru.
Pokud existuje deska o tloušťce d, která absorbuje gama záření, pak se hodnota x bude shodovat s d pouze v případě normálního průchodu paprsku gama záření deskou.
Hodnoty koeficientů pro různé látky a energie gama záření lze nalézt v referenční literatuře. Pro záření Cs-137 o energii 662 keV je koeficient lineárního útlumu v olovu 1,18 cm–1. Absorpci gama záření ve vzduchu lze na vzdálenosti několika metrů obvykle zanedbat.
Experimentální část
Úkol 1.
Prostudujte si návod k obsluze dozimetru DKG – AT2503A. Zapněte zařízení, podívejte se na obrázek na indikátoru. Přejděte do podrežimu nabídky. Projděte si všechna hlášení nabídky a zjistěte, jak přepnout zařízení do dílčích režimů indikace dávkového příkonu a indikace akumulované dávky. Vynulujte akumulovanou dávku. Zkontrolujte výběr prahových hodnot alarmu pro dávku a dávkový příkon.
Následná měření dávkového příkonu by měla být provedena s chybou 50 % v souladu se stručným návodem pro práci s dozimetrem DKG-AT2503A: doba zdržení před prvním odečtem je 4 minuty, doba před každým dalším odečítání trvá 4 minuty, celkem se odečítají a zprůměrují tři odečty.
Úkol 2.
Změřte dávkový příkon gama záření na ploše. Sledujte změny aktuálních hodnot zařízení v průběhu času. Zaznamenejte výslednou hodnotu dávkového příkonu a chybu měření.
Změřte dávkový příkon na jednom z následujících míst (dle volby učitele): u stěny laboratoře, na parapetu, na povrchu trezoru s radioaktivními zářiči atd.
Porovnejte získané hodnoty mezi sebou a s výsledky měření na jiných tabulkách.
Porovnejte tyto údaje s typickou hodnotou úrovně přirozeného pozadí gama záření.
Odhadněte očekávanou roční dávku při získaném dávkovém příkonu na ploše.
Úkol 3.
Získejte radioaktivní zdroj. Pomocí čísla zdroje určete jeho aktivitu. Umístěte zdroj na pracovní plochu a dozimetr umístěte nad zdroj na speciální stojan.
Změřte vzdálenost mezi středem zdroje a geometrickým středem citlivého objemu detektoru, který je označen značkami na těle dozimetru.
Změřte absorbovaný dávkový příkon s výše uvedeným umístěním zdroje a dozimetru.
Porovnejte výsledky měření dávkového příkonu s vypočtenou hodnotou s přihlédnutím k dříve naměřené hodnotě radiace pozadí.
Odhadněte očekávanou roční dávku při získaném dávkovém příkonu ve zvolené vzdálenosti od zdroje.
Porovnejte odhad očekávané roční dávky s přijatelným limitem dávky.
V režimu indikace dávky dozimetru si prohlédněte hodnotu dávky nashromážděnou během laboratorní práce.
Vyvodit závěry.
Úkol 4.
Změřte dávkový příkon umístěním olověné destičky o známé tloušťce (4 – 7 mm) mezi zdroj a dozimetr na stejném místě.
Porovnejte získané výsledky měření s výpočty pomocí vzorce (7).
Vypočítejte aktivitu zdroje za stejných podmínek ozáření, při kterých je dosaženo limitu roční dávky za jeden pracovní den. (Při práci na atomovém projektu ve 40. letech minulého století v USA byl použit limit denní dávky 0,1 rentgenu. Nyní je to roční limit dávky pro obyvatelstvo.)
Odhadněte, kolikrát olověný blok rybinového typu o tloušťce 5 cm zeslabuje gama záření z Cs-137.
Dozimetrie ionizujícího záření
úsek aplikované jaderné fyziky, který zkoumá vlastnosti ionizujícího záření, fyzikální veličiny charakterizující pole záření a interakci záření s látkou (dozimetrické veličiny). V užším slova smyslu D. a. A. - soubor metod měření těchto veličin. Nejdůležitější vlastností dozimetrických veličin je jejich souvislost s radiací indukovanými účinky, ke kterým dochází při ozařování živých i neživých předmětů. Zářením indukované účinky v obecném smyslu znamenají jakékoli změny ozařovaného předmětu způsobené expozicí ionizujícímu záření (Ionizující záření). Hlavní dozimetrickou veličinou je Dávka ionizujícího záření a její modifikace. Úkol D. a. A. - popis dávkového pole vytvořeného v živém organismu za reálných podmínek ozáření.
Potřeba rozvoje D. a. A. vznikl krátce po objevu Röntgena (W.K. Röntgen) v roce 1895 po něm pojmenovaného záření (viz rentgenové záření (rentgenové záření)). Intenzivní hromadění dat o biologických účincích rentgenového záření na jedné straně otevřelo reálnou perspektivu jeho využití v medicíně, na straně druhé poukázalo na nebezpečí nekontrolovaného ozařování živého organismu. V důsledku toho vyvstala otázka dozimetrické podpory praktického využití zdrojů ionizujícího záření. Na počátku 20. stol. Hlavními zdroji záření byly radiové a rentgenové přístroje a D. a. A. byla ve skutečnosti redukována na dozimetrii fotonionizujícího záření (rentgenové a gama záření). Poté s rozvojem technických prostředků jaderné fyziky, tvorbou a zdokonalováním urychlovačů nabitých částic a zejména po spuštění prvního jaderného reaktoru v roce 1942 se výrazně rozšířil počet zdrojů a s nimi spojených druhů ionizujícího záření. V souladu s tím se začaly rozrůstat metody pro dozimetrii toků nabitých částic, neutronů, vysokoenergetického brzdného záření atd. Seznam dozimetrických veličin odpovídajících úkolům rozmanité praktické aplikace ionizujícího záření různého charakteru.
Fyzikální základ D. a. A. je přeměna energie záření v procesu její interakce s atomy nebo jejich jádry, elektrony a molekulami ozařovaného prostředí, v důsledku čehož je část této energie látkou pohlcena. Absorbovaná energie je základní příčinou procesů vedoucích k pozorovaným radiačně indukovaným účinkům, a proto dozimetrické veličiny souvisí s absorbovanou energií záření.
Různorodost podmínek ozáření a multifaktoriální povaha jeho důsledků neumožňují vystačit si s jedinou dozimetrickou hodnotou a přizpůsobit ji změnám těchto podmínek a faktorů. Je zapotřebí celý soubor dozimetrických veličin, z nichž se v závislosti na podmínkách ozařování a daném úkolu vybere nejvhodnější míra radiací indukovaného účinku. Příkladem takové hodnoty je indikátor ekvivalentní dávky zavedený Mezinárodní komisí pro radiologické jednotky (ICRU) pro účely radiační bezpečnosti (viz Dávka ionizujícího záření) v bodě radiačního pole – maximální ekvivalentní dávka uvnitř tkáňového ekvivalentu. koule o průměru 30 cm kdy se střed této koule shoduje s daným bodem. Praktická aplikace tohoto ukazatele naráží na jistá úskalí, protože problém dostatečnosti dozimetrie nelze zatím považovat za zcela vyřešený.
S D. a. A. používat jak instrumentální, tak i výpočetní metody. Všechny dozimetrické přístroje jsou konstruovány na principu záznamu zářením indukovaných účinků v určitém modelovém objektu - detektoru ionizujícího záření. V raném období vývoje D. a. a bylo využito fotografického působení ionizujícího záření, chemických přeměn a vzniku tepla. S rozvojem metod pro záznam elementárních částic se rozvíjely i metody digitálního zobrazování. A. V moderních podmínkách se využívá široká škála účinků vyvolaných zářením. K již zmíněným lze přidat ionizační efekty v plynech a kondenzovaných médiích, změny elektrických vlastností polovodičů, destruktivní poškození pevných látek, luminiscence, scintilace atd.
Zvláštní místo zaujímá biologická dozimetrie, která využívá jako měřítko dozimetrické hodnoty kvantitativní radiobiologické efekty, např. chromozomální aberace, změny morfologického složení krve a další ukazatele, které jednoznačně souvisejí s D. a. A. (viz Nemoc z ozáření, Radiosenzitivita).
Metody D. a. A. lze klasifikovat podle různých kritérií. Podle typu zaznamenávaného efektu se tedy rozlišují metody ionizační, fotografické, chemické, luminiscenční, kalorimetrické, scintilační, metoda stopy poškození atd. V tomto případě existuje jednoznačný kvantitativní vztah mezi změnou fyzikální, resp. chemické vlastnosti detektoru záření a absorbovaná energie. V klinické dozimetrii jsou běžné ionizační metody, kdy detektorem je ionizační komora, luminiscenční krystaly v pevné fázi a polovodiče. Ty jsou přitahovány malými rozměry detektoru.
SSSR vyrábí stacionární, přenosné a individuální dozimetrické přístroje. V klinické praxi se používají stacionární dozimetry, k hodnocení radiační situace pro účely radiační ochrany se nejčastěji používají nositelné. Jsou samonapájecí, a proto je lze použít v jakémkoli prostředí, vč. v terénu. Osobní dozimetry jsou určeny k hodnocení dávky, kterou obdrží osoby pracující v kontaktu s ionizujícím zářením. Mohou se přímo zobrazovat ( rýže. a, b ) nebo se skládají z ionizačních nebo termoluminiscenčních detektorů nošených personálem (c), jejichž odečty se úměrně dávce záření zjišťují na speciálním čtecím zařízení.
Klinická dozimetrie- oddíl D. a. i., zabývající se měřením a výpočty veličin charakterizujících fyzikální a biofyzikální účinky ozáření pacientů podstupujících radiační terapii (Radiation therapy). Hlavním úkolem klinické dozimetrie je kvantitativně popsat prostorovou a časovou distribuci absorbované energie záření v těle ozařovaného pacienta a také vyhledávat, zdůvodňovat a vybírat individuálně optimalizované podmínky pro jeho ozáření.
Základními pojmy a veličinami klinické dozimetrie jsou absorbovaná dávka (viz Dávka ionizujícího záření (Dose of ionizing Radiation)), dávkové pole, dozimetrický fantom, cíl. Dávkové pole je prostorové rozložení absorbované dávky (nebo její síly) v ozařované části těla pacienta, tkáňově ekvivalentním prostředí nebo dozimetrickém fantomu, který modeluje tělo pacienta podle fyzikálních účinků interakce záření s hmoty, tvaru a velikosti orgánů a tkání a jejich anatomických vztahů. Informace o dávkovém poli jsou prezentovány v tabulkové, maticové formě a také ve formě křivek spojujících body stejných hodnot (absolutních nebo relativních) absorbované dávky. Takové křivky se nazývají izodózy a jejich rodiny se nazývají izodózové mapy. Absorbovanou dávku v libovolném bodě dávkového pole lze brát jako běžnou jednotku (nebo 100 %), zejména maximální absorbovanou dávku, která musí odpovídat cíli, který má být ozařován (tj. oblasti pokrývající klinicky detekovaný nádor a předpokládaná zóna jejího šíření).
Tvorba dávkového pole závisí na druhu a zdroji záření, způsobu ozařování (vnější, vnitřní, statické, pohyblivé atd.), tělesné konstituci pacienta a také na typu radioterapeutického zařízení. Proto je součástí technické dokumentace přístroje atlas dávkových polí a doporučení pro jeho praktické využití. V případě potřeby (pro nové možnosti a komplexní ozařovací plány) jsou ve zdravotnických zařízeních prováděna fantomová měření dávkových polí pomocí klinických dozimetrů s malou ionizační komorou nebo jiných (polovodičových, termoluminiscenčních) detektorů, analyzátorů dávkových polí nebo izodosegrafů. Termoluminiscenční detektory se také používají ke sledování absorbovaných dávek u pacientů.
Radiační terapeut spolu s inženýrem fyzikem provádí dozimetrické plánování - vybírá metodu ozařování, optimalizuje ozařovací podmínky pacienta výpočtem konkurenčních možností dávkového pole, určuje technologii ozařování na konkrétním přístroji a také sleduje plnění přijatého plánu a jeho dynamická úprava v procesu radiační léčby. V souvislosti s rozvojem metod a prostředků výpočetní techniky, vznikem vysokorychlostních počítačů s velkým množstvím paměti a prostředků automatizovaného zadávání výchozích grafických a textových informací o pacientovi do počítače dochází k postupnému přechodu od manuál k počítačovému plánování radiační expozice. Otevírá se tak možnost řešení inverzního problému klinické dozimetrie - stanovení ozařovacích podmínek na základě dávkového pole určeného lékařem.
Systém ministerstva zdravotnictví SSSR má radiační metrologickou službu, která kontroluje klinické dozimetry a dozimetrickou certifikaci radiačních zařízení. V roce 1988 zahájil SSSR přechod na metrologickou podporu radioterapie založenou na přímém měření absorbované dávky ve vodě, navazující na státní primární etalon jednotky jeho výkonu. To vše napomáhá ke zvýšení přesnosti plánování a realizace ozařování.
Podle moderních mezinárodních požadavků je pro zvýšení účinnosti radiační terapie v klinické dozimetrii nutné usilovat o dávkování záření pacienta s chybou ne větší než 5 %, na základě absorbované dávky v cíli a měření absorbovaných dávky by měly být prováděny s chybou ne větší než 3 %.
Bibliografie: Ivanov V.I. Kurz dozimetrie, M., 1988; Klepper L.Ya. Tvorba dávkových polí vzdálenými zdroji záření, M., 1986, bibliogr.; Krongauz A.N., Lyapidevsky V.K. a Frolová A.V. Fyzikální základy klinické dozimetrie, M., 1969; Ratner T.G. a Fadeeva M.A. Technická a dozimetrická podpora dálkové gamaterapie, M., 1982, bibliogr.
Jednotlivé dozimetry ionizujícího záření: a a b - přímočtené přenosné dozimetry; c - individuální termoluminiscenční detektor.
44. Absorbované a expoziční dávky a jejich měření.
Expoziční dávka D ex - míra ionizace vzduchu pod vlivem rentgenového a g-záření - se měří počtem vytvořených nábojů. Jednotkou SI expoziční dávky je k/kg. Expoziční dávka 1 k/kg znamená, že celkový náboj všech iontů stejného znaménka vzniklých v 1 kg vzduchu se rovná jednomu coulombu. Široce používanou nesystémovou jednotkou expoziční dávky je rentgenové záření: 1 p = 2,57976 × 10 -4 k/kg, což odpovídá vytvoření 2,08 × 10 9 iontových párů na 1 cm 3 vzduchu (při O° C a 760 mm Hg.). K vytvoření takového počtu iontů je nutné vynaložit energii rovnou 0,114 erg/cm 3 nebo 88 erg/g. 88 erg/g je tedy energetický ekvivalent rentgenu. Na základě expoziční dávky lze vypočítat absorbovanou dávku rentgenového a g-záření v jakékoli látce. K tomu je nutné znát složení hmoty a energii fotonů záření. Dávka(z řeckého dosis - podíl, podíl) ionizujícího záření, hodnota sloužící k posouzení vlivu záření na jakékoli látky a živé organismy. V závislosti na charakteristikách záření a povaze jeho dopadu se uvažují absorbované, ekvivalentní a expoziční dávky.
Absorbovaná dávka Dabs je poměr energie záření absorbované látkou k hmotnosti látky. Dávka ionizujícího záření, energie ionizujícího záření absorbovaná na jednotku hmotnosti ozařované látky. V tomto smyslu se dávka záření také nazývá absorbovaná dávka (Dp). Absorbovaná energie se vynakládá na zahřívání látky a také na její chemické a fyzikální přeměny. Hodnota dávky závisí na druhu záření (rentgenové záření, tok neutronů atd.), energii jeho částic, hustotě jejich toku a složení ozařované látky. Pokud jsou všechny ostatní věci stejné, čím delší je doba ozařování, tím větší je dávka. Dávka se tedy v průběhu času kumuluje. Dávka za jednotku času se nazývá dávkový příkon.
Závislost dávky na energii částic, jejich hustotě toku a složení ozařované látky je pro různé druhy záření různá. Například u rentgenového záření a záření g závisí dávka na atomovém čísle Z prvků, které látku tvoří; povahu této závislosti určuje energie fotonu hv (h je Planckova konstanta, v je frekvence elektromagnetických kmitů). U těchto typů záření je dávka v těžkých látkách větší než v lehkých látkách (za stejných podmínek ozařování. Neutrony interagují s atomovými jádry. Povaha této interakce výrazně závisí na energii neutronu. Pokud dojde k elastickým srážkám neutronů s jádry , pak se průměrné množství energie přenesené do jádra v jednom aktu interakce ukáže být větší pro lehká jádra V tomto případě (za stejných podmínek ozařování) bude absorbovaná dávka v lehké látce vyšší než v a těžkého Jiné druhy ionizujícího záření mají své vlastní charakteristiky interakce s látkou, které určují závislost dávky na energii záření a absorbovaná dávka v soustavě SI se měří v J/kg. Nesystémová jednotka rad je široce používána: 1 rad = 10 -2 J/kg = 100 erg/g Dávkový příkon se měří v rad/s, rad/h atd. p.
Ekvivalentní dávka D eq = KD abs, kde K je tzv. faktor kvality záření (bezrozměrná veličina). Jednotkou SI D eq je sievert (Sv); mimosystémová jednotka - rem (1 rem = 10 - 2 Sv). Pro K v praxi se obvykle berou následující průměrné hodnoty: 1 - pro monoenergetické elektrony, pozitrony, b-částice, g-kvanta a rentgenové záření; 3 - pro neutrony s energií< 20 кэВ; 10 - для протонов с энергией < 20 кэВ и нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ; 20 - для a-частиц с энергией < 10 МэВ и тяжелых ядер отдачи. К - критерий относительной биологической эффективности излучения при хроническом облучении.
Expoziční dávka
Hlavní charakteristikou interakce ionizujícího záření a prostředí je ionizační efekt. V počátečním období rozvoje radiační dozimetrie bylo nejčastěji nutné řešit rentgenové záření šířící se vzduchem. Proto byl jako kvantitativní měření radiačního pole použit stupeň ionizace vzduchu v rentgenkách nebo přístrojích. Kvantitativní měření založené na množství ionizace suchého vzduchu při normálním atmosférickém tlaku, poměrně snadno měřitelné, se nazývá expoziční dávka.
Expoziční dávka určuje ionizační schopnost rentgenového a gama záření a vyjadřuje energii záření přeměněnou na kinetickou energii nabitých částic na jednotku hmotnosti atmosférického vzduchu. Expoziční dávka je poměr celkového náboje všech iontů stejného znaménka v elementárním objemu vzduchu k hmotnosti vzduchu v tomto objemu.
Jednotkou SI expoziční dávky je coulomb dělený kilogramem (C/kg). Nesystémovou jednotkou je rentgen (R). 1 C/kg = 3876 RUR.
[editovat] Absorbovaná dávka
Při rozšiřování škály známých druhů ionizujícího záření a oblastí jeho použití se ukázalo, že míru dopadu ionizujícího záření na hmotu nelze snadno určit z důvodu složitosti a rozmanitosti v tomto případě probíhajících procesů. Důležitým, který způsobuje fyzikálně-chemické změny v ozařované látce a vede k určitému radiačnímu efektu, je absorpce energie ionizujícího záření látkou. V důsledku toho vznikl koncept absorbovaná dávka. Absorbovaná dávka ukazuje, kolik energie záření je absorbováno na jednotku hmotnosti jakékoli ozařované látky a je určena poměrem absorbované energie ionizujícího záření k hmotnosti látky.
Jednotkou měření absorbované dávky v soustavě SI je šedá (Gy). 1 Gy je dávka, při které se přenese 1 J energie ionizujícího záření na hmotnost 1 kg. Mimosystémová jednotka absorbované dávky je rad. 1 Gy = 100 rad.
Dávkový příkon(intenzita ozáření) - přírůstek odpovídající dávky pod vlivem daného záření za jednotku času. Má rozměr odpovídající dávky (absorbované, expozice atd.) dělený jednotkou času. Je povoleno použití různých speciálních jednotek (například Sv/hod, rem/min, sSv/rok atd.).
[upravit překlad] Souhrnná tabulka dávek
| Fyzikální veličina | Nesystémová jednotka | Systémová jednotka | Přechod od nesystémové k systémové jednotce |
| Aktivita nuklidu v radioaktivním zdroji | Curie (Ci) | Becquerel (Bq) | 1Ci=3,7×1010 Bq |
| Expoziční dávka | rentgen (R) | Coulomb/kilogram (C/kg) | 1 Р = 2,58 × 10 −4 C/kg |
| Absorbovaná dávka | rád (rád) | Šedá (J/kg) | 1rad = 0,01 Gy |
| Ekvivalentní dávka | rem (ber) | Sievert (Sv) | 1rem=0,01 Sv |
| Dávkový příkon expozice | Rentgen/sekunda (R/s) | Coulomb/kilogram za sekundu (C/kg*s) | 1 Р/s=2,58×10-4 C/kg*s |
| Absorbovaný dávkový příkon | Rad/sekunda (Rad/s) | Šedá/sekunda (Gy/s) | 1rad/s=0,01 Gy/s |
| Ekvivalentní dávkový příkon | rem/sekunda (rem/s) | Sievert/sekunda (Sv/s) | 1rem/c=0,01Sv/s |
| Integrální dávka | Rad-gram (Rad-g) | Šedý kilogram (Gy-kg) | 1rad-g=10 −5 Gy-kg |
45. Vztah mezi mocí a činností. Ekvivalentní dávka. Zařízení na měření dávky. Ochrana před ionizujícím zářením. Biologická dávka. Metody výpočtu radiační dávky.
Moc- fyzikální veličina rovnající se poměru práce vykonané za určité časové období k tomuto časovému úseku.
|
||
|
Aktivní výkon
Průměrná hodnota okamžitého výkonu za určité období se nazývá činný výkon: 
. V jednofázových sinusových proudových obvodech, kde a jsou efektivní hodnoty napětí a proudu, φ
- úhel fázového posunu mezi nimi. U nesinusových proudových obvodů je elektrický výkon roven součtu odpovídajících průměrných výkonů jednotlivých harmonických. Činný výkon charakterizuje rychlost nevratné přeměny elektrické energie na jiné druhy energie (tepelné a elektromagnetické). Činný výkon lze také vyjádřit proudem, napětím a činnou složkou odporu obvodu r nebo jeho vodivost G podle vzorce. V libovolném elektrickém obvodu sinusového i nesinusového proudu je činný výkon celého obvodu roven součtu činných výkonů jednotlivých částí obvodu u třífázových obvodů je elektrický výkon definován jako součet mocnin jednotlivých fází. S plným výkonem S aktivní souvisí vztahem 
. Jednotkou činného výkonu je watt ( W, W).
V teorii dlouhých vedení (analýza elektromagnetických procesů v přenosovém vedení, jehož délka je srovnatelná s délkou elektromagnetické vlny) je úplným analogem činného výkonu přenášený výkon, který je definován jako rozdíl mezi dopadajícím výkonem. a odražený výkon.
Celkový výkon je hodnota rovna součinu efektivních hodnot periodického elektrického proudu já v obvodu a napětí U na jeho svorkách: S = U×I; souvisí s činným a jalovým výkonem v poměru: 
, Kde R- aktivní výkon, Q- jalový výkon (s indukční zátěží Q > 0 a s kapacitní Q< 0
). Jednotkou celkového elektrického výkonu je voltampér ( V*A, B*A).
Vektorový vztah mezi celkovým, činným a jalovým výkonem je vyjádřen vzorcem: 
[editovat] Neaktivní výkon
Neaktivní výkon(pasivní výkon) je síla nelineárního zkreslení proudu, která se rovná druhé odmocnině rozdílu mezi druhou mocninou celkových a činných výkonů v obvodu střídavého proudu. V obvodu se sinusovým napětím je neaktivní výkon roven druhé odmocnině součtu druhých mocnin jalového výkonu a mocnin vyšších harmonických proudu. Při nepřítomnosti vyšších harmonických se neaktivní výkon rovná modulu jalového výkonu.
Výkon harmonické proudu je chápán jako součin efektivní hodnoty proudu dané harmonické s efektivní hodnotou napětí.
Přítomnost nelineárních proudových zkreslení v obvodu znamená narušení úměrnosti mezi okamžitými hodnotami napětí a proudu způsobené nelinearitou zátěže, například když je zátěž reaktivní nebo pulzní povahy. Při lineární zátěži je proud v obvodu úměrný okamžitému napětí, veškerý spotřebovaný výkon je aktivní. Při nelineární zátěži roste zdánlivý (celkový) výkon v obvodu vlivem síly nelineárních proudových zkreslení, která se nepodílí na výkonu práce. Síla nelineárních zkreslení není aktivní a zahrnuje jak jalový výkon, tak sílu jiných zkreslení proudu. Tato fyzikální veličina má rozměr výkonu, takže VA (voltampér) nebo VAR (voltampér jalový) lze použít jako jednotku měření neaktivního výkonu. Není vhodné používat W (watt), aby nedocházelo k záměně neaktivního výkonu s výkonem činným. ________________________________________________________________________________________
[upravit překlad] Vztah mezi neaktivní, aktivní a plný výkon
Označme množství neaktivního výkonu jako . Vektor proudu značíme a a vektor napětí. Písmena a budou označovat odpovídající efektivní hodnoty:
.
Představme si vektor proudu jako součet dvou ortogonálních složek a , které budeme nazývat aktivní a pasivní. Protože se na práci podílí pouze složka proudu kolineární s napětím, budeme požadovat, aby aktivní složka byla kolineární s napětím, tedy kde je určitá konstanta, a pasivní složka byla ortogonální, tzn. máme
Napišme výraz pro činný výkon, skalárně vynásobíme poslední rovnost:
Odtud najdeme,
.
Výraz pro hodnotu neaktivního výkonu má tvar , kde je celkový výkon.
Pro celkový výkon obvodu platí zobrazení podobné výrazu pro obvod s harmonickým proudem a napětím, jen místo jalového výkonu je použit neaktivní výkon: 
.
Pojem neaktivního výkonu je tedy jedním ze způsobů, jak zobecnit pojem jalového výkonu pro případ nesinusového proudu a napětí. Neaktivní výkon se někdy nazývá Friezeův jalový výkon.
[editovat] Měření
- K měření elektrického výkonu se používají wattmetry a varmetry, lze použít i nepřímou metodu pomocí voltmetru a ampérmetru.
- Fázoměry se používají k měření jalového účiníku
Ekvivalentní dávka
Studium jednotlivých důsledků ozáření živých tkání ukázalo, že při stejných absorbovaných dávkách vyvolávají různé druhy záření různé biologické účinky na organismus. To je způsobeno tím, že těžší částice (například proton) produkuje více iontů na jednotku dráhy ve tkáni než lehčí částice (například elektron). Pro stejnou absorbovanou dávku platí, že čím vyšší je radiobiologický destruktivní účinek, tím hustší je ionizace vytvořená zářením. Aby byl tento efekt zohledněn, byl představen koncept ekvivalentní dávka. Ekvivalentní dávka se vypočítá vynásobením hodnoty absorbované dávky speciálním koeficientem - koeficientem relativní biologické účinnosti (RBE) nebo koeficientem kvality.
Jednotkou SI dávkového ekvivalentu je sievert (Sv). Hodnota 1 Sv se rovná ekvivalentní dávce jakéhokoli druhu záření absorbovaného v 1 kg biologické tkáně a vytvářející stejný biologický efekt jako absorbovaná dávka 1 Gy fotonového záření. Nesystémovou jednotkou měření ekvivalentní dávky je rem (před rokem 1963 - biologický ekvivalent rentgenu, po roce 1963 - biologický ekvivalent rad - Encyklopedický slovník). 1 Sv = 100 rem.
[editovat] Efektivní dávka
Efektivní dávka (E) je hodnota používaná jako míra rizika dlouhodobých následků ozáření celého lidského těla a jeho jednotlivých orgánů a tkání s přihlédnutím k jejich radiosenzitivitě. Představuje součet součinů ekvivalentní dávky v orgánech a tkáních odpovídajícími váhovými faktory.
Některé lidské orgány a tkáně jsou na účinky záření citlivější než jiné: například při stejné ekvivalentní dávce se rakovina pravděpodobněji vyskytuje v plicích než ve štítné žláze a ozáření gonád je zvláště nebezpečné kvůli riziko genetického poškození. Dávky záření do různých orgánů a tkání by proto měly být brány v úvahu s různými koeficienty, což se nazývá koeficient radiačního rizika. Vynásobením hodnoty ekvivalentní dávky odpovídajícím koeficientem radiačního rizika a sečtením přes všechny tkáně a orgány získáme účinná dávka, odrážející celkový účinek na tělo.
Hodnota koeficientu radiačního rizika pro jednotlivé orgány
Vážené koeficienty jsou stanoveny empiricky a počítány tak, že jejich součet pro celý organismus je jednotný. Jednotky efektivní dávky jsou stejné jako jednotky ekvivalentní dávky. Měří se také v sievertech nebo remech.
Fixní efektivní ekvivalentní dávka(CEDE - deklarovaný efektivní dávkový ekvivalent) je odhad radiačních dávek na osobu v důsledku vdechnutí nebo požití určitého množství radioaktivní látky. CEDE se vyjadřuje v rem nebo sievert (Sv) a bere v úvahu radiosenzitivitu různých orgánů a dobu, po kterou látka zůstává v těle (až po celý život). V závislosti na situaci může CEDE také odkazovat na dávku záření na konkrétní orgán, nikoli na celé tělo.
Efektivní a ekvivalentní dávka- jedná se o normalizované hodnoty, tedy hodnoty, které jsou mírou poškození (škody) účinky ionizujícího záření na osobu a její potomky. Bohužel je nelze přímo měřit. Proto byly do praxe zavedeny provozní dozimetrické hodnoty, jednoznačně určené fyzikálními charakteristikami radiačního pole v bodě, co nejblíže normovaným. Hlavní provozní veličinou je okolní dávkový ekvivalent (synonyma - ambientní dávkový ekvivalent, ambientní dávka).
Ekvivalent okolní dávkyН*(d) - dávkový ekvivalent, který byl vytvořen ve sférickém fantomu ICRU (International Commission on Radiation Units) v hloubce d (mm) od povrchu podél průměru rovnoběžného se směrem záření, v radiačním poli identická s tou, která je uvažována ve složení, plynulosti a distribuci energie, ale jednosměrná a homogenní, tj. okolní dávkový ekvivalent H*(d) je dávka, kterou by osoba dostala, kdyby byla na místě, kde se měření provádí. Jednotkou okolního dávkového ekvivalentu je sievert (Sv).
Dozimetrická zařízení
Dozimetrická zařízení
dozimetry, zařízení určená k měření dávek (viz Dávka) ionizujícího záření nebo veličin spojených s dávkami. D.p lze použít pro měření dávek jednoho druhu záření (γ-dozimetry, neutronové dozimetry atd.) nebo smíšeného záření. D.p pro měření expozičních dávek rentgenového záření a γ-záření se obvykle kalibrují v rentgenech a nazývají se rentgenmetry. D.p pro měření ekvivalentní dávky, charakterizující stupeň radiačního nebezpečí, jsou někdy kalibrovány v rem a často se nazývají remmetry. Radiometry měří aktivitu nebo koncentraci radioaktivních látek (viz Radiometrie).
Typické blokové schéma D. p rýže. 1 . Detektor absorbuje energii záření, což vede ke vzniku účinků záření, jejichž velikost se měří pomocí měřicích zařízení. Detektor je ve vztahu k měřicímu zařízení snímač signálu. Odečty D. jsou zaznamenávány výstupním zařízením (ukazovací přístroje, zapisovače, elektromechanické měřiče, zvukové nebo světelné alarmy atd.).
Podle způsobu ovládání se dělí na stacionární, přenosné (lze přenášet pouze ve vypnutém stavu) a nositelné. Zařízení pro měření radiační dávky přijaté každou osobou v zóně ozařování se nazývá individuální dozimetr.
Podle typu detektoru se rozlišují: dozimetry ionizační, scintilační, luminiscenční, polovodičové, fotodozimetry atd. (viz Detektory jaderného záření).
V případě ionizačních komor (viz Ionizační komora) je složení plynu a látek stěn voleno tak, aby při stejných podmínkách ozařování byla zajištěna stejná absorpce energie (na jednotku hmotnosti) v komoře a biologické tkáni. V D. jsou komory naplněny vzduchem pro měření expozičních dávek. Příkladem ionizačního dozimetru je mikroröntgenový mikrometr MRM-2. Zařízení je vybaveno sférickou ionizační komorou a poskytuje rozsah měření od 0,01 do 30 mikror/sec pro záření s energiemi fotonů od 25 kev až 3 Mav. Odečty se odečítají pomocí úchylkoměru.
Zařízení SD-1-M ( rýže. 2 ) slouží k upozornění na překročení stanovené hodnoty dávkového příkonu γ-záření. Detektor je Geiger-Mullerův počítač umístěný ve válcovém pouzdře. Zařízení je vybaveno zvukovým a světelným alarmem, který se spustí při překročení stanovené hodnoty dávkového příkonu. Práh odezvy je nastavitelný od 2 do 10 mr/sec. Externí alarmy mohou být vzdáleny až 250 m ze snímače; automaticky se vypne, když úroveň záření klesne pod spouštěcí práh.
Zařízení SU-1 je určeno pro automatické sledování kontaminace povrchů lidského těla a oděvů α- a β-aktivními látkami. Má několik čítačů výbojů umístěných tak, že čítače registrují záření z celého povrchu lidského těla. Na speciální světelné tabuli znázorňující siluetu člověka se rozsvěcují světelné signály ukazující místa, kde jsou překračovány povolené normy znečištění.
Jednotlivé dozimetry DK-0,2 ve formě válečků velikosti běžné tužky jsou určeny k nošení v kapse ( rýže. 3 ). Ve válci je umístěna miniaturní ionizační komora a jednovláknový elektrometr. Vychylování závitu elektroměru a odečítání dávky se provádí vizuálně pomocí optického zařízení se stupnicí dělenou v pan. Ionizační komora plní roli kondenzátoru, který se vybíjí v důsledku ionizace vzduchu (mezi elektrodami) vlivem ionizujícího záření. Stupeň vybití kondenzátoru se zaznamenává výchylkou vlákna elektroměru a jednoznačně určuje dávku záření (dozimetr se předem nabíjí pomocí speciální nabíječky).
U scintilačních DP se světelné záblesky, které se objeví ve scintilátoru vlivem záření, převádějí pomocí fotonásobiče (viz Fotonásobič) na elektrické signály, které jsou následně zaznamenávány měřicím zařízením (viz Scintilační spektrometr).
Radiometrie- detekce a měření počtu rozpadů atomových jader v radioaktivních zdrojích nebo některé jejich části zářením emitovaným jádry.
Dozimetrie- měření disipace a absorpce energie ionizujícího záření v konkrétním materiálu. Dávka záření je dána energií a typem dopadajícího záření a také povahou absorbujícího materiálu.
Dozimetrie a radiometrie jsou zaměřeny na řešení různých problémů, ale spojují je společné metodické principy pro detekci a záznam ionizujícího záření. V závislosti na povaze úloh jsou přístroje pro měření ionizujícího záření rozděleny do tří skupin:
1) radiometry určené k měření aktivity radioaktivních látek, hustoty toku ionizujícího záření, měrné a objemové aktivity plynů, kapalin, aerosolů, různých předmětů životního prostředí, potravinářských výrobků, jakož i měrné povrchové aktivity;
2) dozimetry jsou určeny k měření expoziční dávky rentgenového a y-záření, absorbované dávky záření, expozičního dávkového příkonu RTG a y-záření, absorbovaného dávkového příkonu a intenzity ionizujícího záření;
3) spektrometry jsou určeny k měření rozložení záření podle energie, náboje a hmotnosti, jakož i časoprostorového rozložení záření.
Podívejme se na metody pro záznam ionizujícího záření:
1. Ionizační metoda je založena na měření vlivu interakce záření s hmotou - ionizace plynu plnícího záznamové zařízení.
Detektory ionizačního záření jsou nabitý elektrický kondenzátor (elektrody) umístěný v utěsněné komoře naplněné vzduchem nebo plynem k vytvoření elektrického pole v komoře. Nabité částice (a nebo p) vstupující do komory detektoru produkují primární ionizaci plynného média v ní; Y-kvanta nejprve produkují rychlé elektrony ve stěně detektoru, které pak způsobují ionizaci plynu v komoře. V důsledku tvorby iontových párů se plyn stává vodičem elektrického proudu. Při absenci napětí na elektrodách se všechny ionty, které se objevily při primární ionizaci, mění na neutrální molekuly a při zvýšení napětí vlivem elektrického pole se ionty začnou pohybovat směrově, tzn. vzniká ionizační proud. Síla proudu slouží jako míra množství záření a může být zařízením zaznamenávána. -
Při určité hodnotě napětí se všechny ionty vzniklé při záření dostanou k elektrodám a při zvyšování napětí se proud nezvyšuje, tzn. objeví se oblast saturačního proudu. Síla saturačního ionizačního proudu v dané oblasti závisí na počtu primárních iontových párů vytvořených jaderným zářením v komoře detektoru. Za těchto podmínek fungují ionizační komory.
S dalším nárůstem napětí se proud opět zvyšuje, protože ionty tvořené zářením, zejména elektrony, při pohybu směrem k elektrodám získávají zrychlení dostatečná k tomu, aby samy vyvolaly ionizaci v důsledku srážek s atomy a molekulami plynu. Tento proces se nazývá nárazová nebo sekundární ionizace Tato oblast napětí se nazývá oblast úměrnosti, tzn. oblast, kde existuje přísná úměrnost mezi počtem primárně vytvořených iontů a celkovým množstvím iontů zapojených do vytváření ionizačního proudu. V tomto režimu pracují proporcionální čítače.
S dalším zvýšením napětí již síla ionizačního proudu nezávisí na počtu primárních iontových párů. Vylepšení plynu se zvyšuje natolik, že při výskytu jakékoli jaderné částice dochází k nezávislému výboji plynu. Tato napěťová oblast se nazývá Geigerova-Müllerova čítače v tomto režimu.
2. Scintilační metoda je založen na registraci světelných záblesků (scintilací) fotonásobičem (PMT),
vznikající v některých látkách (scintilátorech) vlivem záření. Na základě složení se scintilátory dělí na anorganické a
organické a podle stavu agregace na pevné, plastové, kapalné a plynné.
Z anorganických scintilátorů pro záznam záření je široce používán jodid sodný (cesium), aktivovaný thaliem - Nal (T1), a také wolframan vápenatý CaWO, protože je lze získat ve formě velkých monokrystalů. K registraci neutronů se používají scintilátory vyrobené z jodidu lithného -Lil (Sn).
Organické scintilátory jsou reprezentovány následujícími sloučeninami: monokrystaly anthracenu ScHu, stibylenu C M Hi 2 atd.; plasty (na bázi polystyrenu a polyvinyltoluenu); kapalný fosfor (roztok terfinilu) a inertní plyny - helium, argon, neon atd.
4. Luminiscenční metoda je založena na akumulaci části energie absorbovaného ionizujícího záření a jeho uvolnění ve formě světelné záře po dodatečném vystavení ultrafialovému záření (nebo viditelnému světlu) nebo zahřátí. Vlivem záření vznikají ve fosforu fotoluminiscenční centra obsahující atomy stříbra a ionty (alkalicko-halogenidové sloučeniny jako LiF, Nal, stříbrem aktivovaná fosfátová skla). Následné osvícení luminoforů ultrafialovým světlem způsobí viditelnou luminiscenci, jejíž intenzita v rozmezí 0,1-10 Gy je úměrná dávce, poté dosahuje maxima (při 350 Gy) a s dalším zvyšováním dávky klesá.
5. Fotografická metoda na základě schopnosti emise při interakci s halogenidy stříbra (AgBr nebo AgCI)
fotografická emulze pro obnovu kovového stříbra podobného viditelnému světlu, které se po vyvolání uvolňuje jako zčernání. V tomto případě je stupeň zčernání fotografické desky úměrný dávce záření.
4. Chemická metoda je založena na měření počtu molekul nebo iontů (radiačně-chemický výtěžek), které se tvoří nebo prošly změnou, když látka absorbuje záření.
V chemických dozimetrech jsou látky vybírány s výtěžností chemické reakce úměrnou absorbované energii ionizujícího záření. V současné době je široce používán ferosíranový dozimetr, založený na oxidační reakci dvojmocného železa na železité železo vlivem záření.
Dozimetrie ionizujícího záření zkoumá vlastnosti ionizujícího záření, fyzikální veličiny charakterizující pole záření nebo interakci záření s látkou a také principy a způsoby jejich stanovení.
Dozimetrie se zabývá těmi fyzikálními veličinami, které jsou spojeny s očekávaným účinkem záření. Tyto veličiny se obvykle nazývají veličiny dozimetrické. Stanovený vztah mezi měřenou fyzikální veličinou a očekávaným radiačním účinkem je nejdůležitější vlastností dozimetrických veličin. Bez tohoto spojení ztrácí dozimetrická měření smysl.
Podle charakteru zaznamenaného fyzikálního a chemického jevu vyskytujícího se v prostředí pod vlivem ionizujícího záření se rozlišují metody ionizačního, chemické, scintilační, fotografické a jiné metody detekce a měření ionizujícího záření.
U jakéhokoli typu ionizujícího záření jsou primárními procesy, které se vyskytují v médiu, ionizace a excitace. Biologické účinky pozorované pod vlivem nabitých částic, neutronů a kvant proto nejsou způsobeny jejich fyzikální podstatou, a zejména ne jejich zdrojem (různé přírodní i uměle vyrobené radionuklidy, generátory záření), ale množstvím absorbované energie. a jeho prostorové rozložení (mikrogeometrie), charakterizované lineární hustotou ionizace. Čím vyšší je hustota lineární ionizace nebo jinými slovy lineární přenos energie (LET), tím větší je stupeň biologického poškození. Tento stupeň určuje relativní biologickou účinnost (RBE) různých typů záření.
Biologické účinky záření jsou základem biologické dozimetrie a využívají se zejména ke stanovení RBE - relativní biologické účinnosti různých druhů záření. Metody biologické dozimetrie jsou založeny na zjišťování morfologických a funkčních změn, ke kterým dochází v organismu pod vlivem záření. Hodnota dávky se posuzuje podle úrovně úhynu zvířat, změn barvy kůže, vypadávání srsti, vzhledu nebo zvýšení obsahu některých látek v moči, změn počtu krvinek, tzn. složení krve atd. Biologické metody nejsou příliš přesné.
Fyzikální dozimetrické metody jsou založeny na posouzení stupně ionizace látky vlivem ionizujícího záření, změn její elektrické vodivosti, charakteru záře atp.
V procesu ionizace látky dochází ke změně její elektrické vodivosti. Plyny tedy za normálních podmínek nemají prakticky žádnou elektrickou vodivost, ale v okamžiku ionizace se stávají dobrými vodiči elektřiny. Metody ionizační dozimetrie jsou založeny na skutečnosti, že počet vytvořených iontových párů v jakémkoli konkrétním objemu látky je přímo závislý na množství záření v ní absorbovaném. Jinými slovy, mírou množství ionizujícího záření je ionizace, ke které dochází v důsledku absorpce energie záření látkou.
Chemická metoda je založena na schopnosti molekul určitých látek rozpadat se v důsledku vystavení ionizujícímu záření za vzniku nových chemických sloučenin. Chloroform ve vodě se tedy po ozáření rozkládá za vzniku kyseliny chlorovodíkové, která dává barevnou reakci s barvivem přidaným do chloroformu. Hustota barvy se používá k posouzení dávky záření (absorbované energie).
Ionizační metoda je založena na schopnosti ionizujícího záření způsobit ionizaci prostředí. Pokud vezmete jakoukoli látku, která nevede elektrický proud a umístíte ji do pole působení ionizujícího záření, pak při interakci záření s látkou se část energie přenese na atomy a molekuly této látky a spotřebuje se na jejich ionizace. V látce se objevují kladně a záporně nabité ionty. V nepřítomnosti elektrického pole se ionty vzájemně rekombinují a v důsledku toho se v látce ustaví rovnovážná koncentrace iontových párů (rovnost rychlosti ionizace a rekombinace při konstantní intenzitě záření).
Scintilační metoda měření ionizujícího záření je založena na skutečnosti, že některé látky (siřičitan zinečnatý, jodid sodný) při vystavení ionizujícímu záření září. Počet světelných záblesků je úměrný dávkovému příkonu záření a zaznamenává se pomocí speciálních zařízení - fotonásobičů.
Fotografická metoda je založena na schopnosti molekul bromidu stříbrného obsažených ve fotografické emulzi rozkládat se vlivem ionizujícího záření na stříbro a brom. V tomto případě se tvoří drobné stříbrné krystalky, které způsobují, že fotografický film při vyvolávání zčerná. Hustota zčernání je úměrná absorbované energii záření. Porovnáním hustoty zčernání se standardem se určí dávka záření (expoziční nebo absorbovaná) přijatá filmem.
K detekci, měření a přeměně ionizujícího záření se používají následující přístroje a převodníky.
Geigerův čítač je zpravidla válcová katoda, podél jejíž osy je natažen drát - anoda. Systém je naplněn směsí plynů.
Při průchodu čítačem nabitá částice ionizuje plyn. Výsledné elektrony, pohybující se směrem ke kladné elektrodě - vláknu, vstupující do oblasti silného elektrického pole, jsou urychlovány a následně ionizují molekuly plynu, což vede ke korónovému výboji. Amplituda signálu dosahuje několika voltů a lze jej snadno zaznamenat. Geigerův počítač zaznamenává skutečnost, že částice prochází čítačem, ale neměří energii částice.
Stejně jako u Geigerova a proporcionálního čítače je v ionizační komoře použita směs plynů. Oproti proporcionálnímu čítači je však napájecí napětí v ionizační komoře nižší a ionizace se v ní nezvyšuje. V závislosti na požadavcích experimentu se k měření energie částic používá buď pouze elektronická složka proudového pulzu, nebo elektronická a iontová složka.
Princip činnosti oblačné komory je založen na kondenzaci přesycené páry a tvorbě viditelných kapek kapaliny na iontech podél dráhy nabité částice prolétající komorou. K vytvoření přesycené páry dochází pomocí mechanického pístu k rychlé adiabatické expanzi plynu. Po vyfotografování stopy se plyn v komoře opět stlačí a kapičky na iontech se odpaří. Elektrické pole v komoře slouží k „čištění“ komory od iontů vzniklých při předchozí ionizaci plynu.
Scintilační detektor využívá vlastnosti určitých látek svítit (scintilovat), když jím prochází nabitá částice. Světelná kvanta produkovaná ve scintilátoru jsou poté detekována pomocí fotonásobičů. Používají se jak krystalické scintilátory, například NaI, tak plastové a kapalné scintilátory. Krystalické scintilátory se používají především pro záznam gama záření a rentgenového záření, zatímco plastové a kapalné scintilátory se používají pro záznam neutronů a měření času. Velké objemy scintilátorů umožňují vytvářet detektory s velmi vysokou účinností pro detekci částic s malým průřezem pro interakci s hmotou.
Princip činnosti bublinové komory je založen na varu přehřáté kapaliny podél dráhy nabité částice. Bublinová komora je nádoba naplněná průhlednou přehřátou kapalinou. Při rychlém poklesu tlaku se podél dráhy ionizující částice vytvoří řetězec bublin páry, které jsou osvětleny vnějším zdrojem a vyfotografovány. Po vyfotografování stopy se tlak v komoře zvýší, bubliny plynu se zhroutí a fotoaparát je opět připraven k použití. Jako pracovní tekutina v komoře je použit kapalný vodík, který zároveň slouží jako vodíkový terč pro studium interakce částic s protony.
Mlžná komora a bublinková komora mají velkou výhodu v tom, že všechny nabité částice vzniklé při každé reakci lze přímo pozorovat. Pro určení typu částice a její hybnosti se do magnetického pole umístí oblačné komory a bublinkové komory. Bublinová komora má vyšší hustotu materiálu detektoru ve srovnání s oblační komorou, a proto jsou dráhy nabitých částic zcela obsaženy v objemu detektoru. Rozluštění fotografií z bublinových komor představuje samostatný, pracně náročný problém.
Podobně, jak se to děje v běžné fotografii, nabitá částice podél své dráhy naruší strukturu krystalové mřížky zrn halogenidu stříbra, což je činí schopnými vývoje. Jaderná emulze je jedinečný prostředek pro záznam vzácných událostí. Hromady jaderných emulzí umožňují detekovat částice o velmi vysokých energiích. S jejich pomocí můžete určit souřadnice dráhy nabitých částic s přesností ~1 mikron. Jaderné emulze se široce používají k detekci kosmických částic na sondážních balónech a kosmických lodích.