Рентгеновское и ионизирующее излучения, применение в медицине. Основы дозиметрии

Единицей  измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр (до 1963 года - биологический эквивалент рентгена, после 1963 года - биологический эквивалент рада - Энциклопедический словарь). 1 Зв = 100 бэр. 

Дозиметрические приборы

Дозиметрические приборы        

дозиметры, устройства, предназначенные для измерения  дозионизирующих излучений или  величин, связанных с дозами. Д. п. могут служить для измерения  доз одного вида излучения (γ-дозиметры, нейтронные дозиметры и т. д.) или  смешанного излучения. Д. п. для измерения  экспозиционных доз рентгеновского и γ-излучений обычно градуируют в Рентгенах и называются рентгенметрами. Д. п. для измерения эквивалентной дозы, характеризующей степень радиационной опасности, иногда градуируют в Бэрах и их часто называют бэрметрами. Радиометрами измеряют активности или концентрацию радиоактивных веществ         

22

Типичная блок-схема  Д. п. показана на рис. 1. В детекторе происходит поглощение энергии излучения, приводящее к возникновению радиационных эффектов, величина которых измеряется с помощью измерительных устройств.  

По отношению  к измерительной аппаратуре детектор является датчиком сигналов. Показания Д. п. регистрируются выходным устройством (стрелочные приборы, самописцы, электромеханические счётчики, звуковые или световые сигнализаторы и т. п.).        

 По способу  эксплуатации различают Д. п.  стационарные, переносные (можно переносить  только в выключенном состоянии)  и носимые. Д. п. для измерения  дозы излучения, получаемой каждым  человеком, находящимся в зоне  облучения, называются индивидуальным  дозиметром.        

 В зависимости  от типа детектора различают:  ионизационные дозиметры, сцинтилляционные, люминесцентные, полупроводниковые,  фотодозиметры и т. д. (см. Детекторы ядерных излучений).        

 В случае  ионизационных камер состав газа  и вещества стенок выбирают  таким, чтобы при тождественных  условиях облучения обеспечивалось  одинаковое поглощение энергии  (в расчёте на единицу массы)  в камере и биологической ткани.  В Д. п. для измерения экспозиционных  доз камеры наполняют воздухом. Пример ионизационного дозиметра  — микрорентгенметр МРМ-2. Прибор  снабжён сферической ионизационной  камерой и обеспечивает диапазон  измерения от 0,01 до 30 мкр/сек для излучений с энергиями фотонов от 25 кэв до 3 Мэв. Отсчёт показаний производится по стрелочному прибору.        

 Прибор СД-1-М  служит для предупреждения о  превышении заданной величины  мощности дозы γ-излучения. Детектором  служитГейгера - Мюллера счётчик, помещённый в цилиндрический чехол. Прибор снабжён звуковой и световой сигнализацией, которая срабатывает при превышении заданной величины мощности дозы. Порог срабатывания регулируется в пределах от 2 до 10 мр/сек. Внешняя сигнализация может быть удалена на расстояние до 250 м от датчика; она автоматически отключается при уменьшении уровня излучения ниже порога срабатывания.        

23

Прибор СУ-1 предназначен для автоматического контроля загрязнённости α- и β-активными веществами поверхностей тела и одежды человека. Он имеет  несколько газоразрядных счётчиков, расположенных так, что счётчики регистрируют излучение со всей поверхности  тела человека. На специальном световом табло, изображающем силуэт человека, загораются световые сигналы, показывающие места превышения допустимых норм загрязнения.         

 Индивидуальные  дозиметры ДК-0,2 в виде цилиндров  размером с обычный карандаш  приспособлены для ношения в  кармане В цилиндре размещены  миниатюрная ионизационная камера  и однонитный Электрометр. Отклонение нити электрометра и отсчёт дозы производятся визуально с помощью оптического устройства со шкалой, проградуированной в мр. Ионизационная камера играет роль конденсатора, который разряжается в результате ионизации воздуха (между электродами) под действием ионизирующего излучения. Степень разрядки конденсатора фиксируется по отклонению нити электрометра и однозначно определяет дозу излучения (дозиметр предварительно заряжается с помощью специального зарядного устройства).         

 В сцинтилляционных  Д. п. световые вспышки, возникающие  в сцинтилляторе под действием  излучения, преобразуются с помощью  фотоэлектронного умножителя) в  электрические сигналы, которые  затем регистрируются измерительным  устройством         

 В люминесцентных  Д. п. используется тот факт, что люминофоры способны накапливать  поглощённую энергию излучения,  а затем освобождать её путём  люминесценции под действием  дополнительного возбуждения, которое  осуществляется либо нагревом  люминофора, либо его облучением. Интенсивность световой вспышки  люминесценции, измеряемая с помощью  специальных устройств, пропорциональна  дозе излучения. В зависимости  от механизма люминесценции и  способа дополнительного возбуждения  различают термолюминесцентные  и радиофотолюминесцентные дозиметры.  Особенностью люминесцентных дозиметров  является способность сохранять  информацию о дозе; в нужный  момент информация может быть  получена путём дополнительного  возбуждения. Дальнейшим развитием  люминесцентных дозиметров явились  Д. п., основанные на термоэкзоэлектронной  эмиссии. При нагреве некоторых  люминофоров, предварительно облучённых  ионизирующим излучением, с их  поверхности вылетают электроны  (экзоэлектроны). Их число пропорционально  дозе излучения в веществе  люминофора.

24

 Экзоэлектроны  обладают очень малыми энергиями  (до 10 эв) и их регистрация затруднительна. В одном из экспериментальных вариантов такого дозиметра люминофор помещается внутрь газоразрядного счётчика, что позволяет зарегистрировать экзоэлектроны. 

Защита  от ионизирующего  излучения. 

Защита от ионизирующих излучений включает в себя: 
- организационные мероприятия (выполнение требований безопасности при размещении предприятий; устройстве рабочих помещений и организации рабочих мест; при работе с закрытыми и открытыми источниками; при транспортировке, хра-нении и захоронении радиоактивных веществ, проведение общего и индивидуально-го дозиметрического контроля); 
- медико-профилактические мероприятия (сокращенный рабочий день до 4-6 ч, дополнительный отпуск до 24 раб. дней, медицинские осмотры через 6-12 мес., лечебно-профилактическое питание и др.); 
- инженерно-технические методы и средства (защита расстоянием и време-нем, применение средств индивидуальной защиты, защитное экранирование и др.). 
К требованиям безопасности, которые необходимо выполнять при размеще-нии предприятий относятся: 
- создание внутри предприятия двух зон – контролируемой, в которой для персонала возможно облучение свыше 0,3 ПДД, и неконтролируемой, в которой ус-ловия труда таковы, что дозы облучения не могут превышать 0,3 годовой дозы; 
- образование (устройство) вокруг предприятия или учреждения санитарно-защитной зоны, в которой запрещается размещение жилых зданий, детских учреж-дений и других сооружений, не относящихся к предприятию. Территория вокруг предприятия, на которой проживает население, относится к зоне наблюдения. 
Ширина санитарно-защитной зоны и зоны наблюдения (в случае необходи-мости ее организации) определяется расчетным путем по выбросам радионуклидов в воздух с учетом перспективного роста мощности

25

предприятия, а  также метеороло-гических условий, влияющих на коэффициент рассеяния  выбросов в атмосфере.  

Критерии для  установления ширины санитарно-защитной зоны служат предел годо-вого поступления (ПГП) радиоактивных веществ через органы дыхания и предел дозы (ПД) внешнего облучения ограниченной части населения. 

Применение  рентгеновского и  γ-излучения в  медицине.

При помощи рентгеновских  лучей можно «просветить» человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов. При этом используется тот факт, что у содержащегося преимущественно в костях элемента кальция (Z=20) атомный номер гораздо больше, чем атомные номера элементов, из которых состоят мягкие ткани, а именно водорода (Z=1), углерода (Z=6), азота (Z=7), кислорода (Z=8). Кроме обычных приборов, которые дают двумерную проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют получать объёмное изображение внутренних органов.

Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д.) с помощью рентгеновского излучения называется рентгеновской дефектоскопией.

В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ). Известным примером является определение структуры ДНК.

Кроме того, при  помощи рентгеновских лучей может  быть определён химический состав вещества. В электронно-лучевом микрозонде (либо же в электронном микроскопе) анализируемое вещество облучается электронами, при этом атомы ионизируются и излучают характеристическое рентгеновское излучение. Вместо электронов может использоваться рентгеновское излучение. Этот аналитический метод называется рентгенофлуоресцентным анализом. 

26

В аэропортах активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы, позволяющие просматривать содержимое ручной клади и багажа в целях визуального обнаружения на экране монитора предметов, представляющих опасность.

Рентгенотерапия — раздел лучевой терапии, охватывающий теорию и практику лечебного применения рентгеновских лучей, генерируемых при напряжении на рентгеновской трубке 20—60 кв и кожно-фокусном расстоянии 3—7 см (короткодистанционная рентгенотерапия) или при напряжении 180—400 кв и кожно-фокусном расстоянии 30—150 см (дистанционная рентгенотерапия).

Рентгенотерапию проводят преимущественно при поверхностно расположенных опухолях и при некоторых других заболеваниях, в том числе заболеваниях кожи (ультрамягкие рентгеновские лучи Букки).