Методы регистрации корпускулярных излучений, в т.ч. и нейтронов
Физические | Оборудование |
Ионизационный Многоэлектронный Борный Сцинтилляционый Активационный Диэлектрический | ионизационные камеры деления ионизационная камера пропорциональный счетчик всеволновый счетчик фосфорные счетчики радиаторные счетчики резонансные индикаторные счетчики трековые диэлектрические детекторы |
Спектрометрия (-графия) – физический метод, позволяющий определить состав и провести сортировку гамма-излучающих радионуклидов по их энергии. Приборы: спектрометры и спектрографы.
Радиометрия (-графия) - измерение активности, т.е. количества радиоактивного вещества по числу распадов в интервал времени. Приборы: радиометры и радиографы.
Методы радиометрии: принцип работы однодатчикового счетчика
принцип работы многодатчикового счетчика
сканирование
сцинтиграфия динамическая и статическая.
Активность – мера количества радионуклида, измеряемая числом распадов его ядер атомов в интервал времени.
Единица измерения активности – 1 Бк, т.е. один беккерель или один распад в секунду. Внесистемная единица измерения – 1 Ки, т.е. одно кюри или 3,7∙1010 распадов в секунду, что соответствует радиоактивности 1 грамма радия.
Активность в 1 Кюри соответственно содержится в массе радионуклидов: 1 грамме радия-228; ≈ 570 г. урана-235, ≈ 16 г. плутония-239, ≈ 0,001 г. кобальта-60.
Активность радионуклидов в связи с радиоактивным распадом со временем уменьшается. Скорость распада для каждого радиоактивного изотопа характерна и неизменна и подчиняется закону радиоактивного распада.
Согласно этому закону за единицу времени всегда распадается одна и та же часть ядер атомов от исходного количества.
Математическое выражение закона:
или ,
где или - активность исходная,
или - активность в данный момент, т.е. количество ядер атомов радионуклида, оставшееся от исходного через интервал времени;
- поправочный коэффициент;
е – основание натурального логарифма (= 2,72),
λ – постоянная радиоактивного распада, размерность: и – ;
t - интервал времени, в течение которого происходил распад данного радионуклида;
– физический период полураспада данного радионуклида.
Величина, обратная постоянной распада называется продолжительностью жизни ядра.
Между λ и Тфиз существует обратная зависимость:
и .
Отсюда: .
Таким образом, кривая радиоактивного распада подчинена экспоненциальному закону и, следовательно, статистическим закономерностям, т.е. математически может быть определено количество радиоактивных атомов.
Необходимо заметить, что ядра атомов одних и тех же изотопов одних и тех же химических элементов, хотя и подчинены закону радиоактивного распада, распадаются не все сразу синхронно, а в разное время. Поэтому при одном и том же времени счёта получаются различные значения количества радиоактивного вещества.
Следовательно, для избежания или уменьшения ошибки, необходимо такие расчёты и измерения производить несколько раз и пользоваться их средней.
На практике для характеристики скорости радиоактивного распада вместо постоянной распада используют понятие продолжительность жизни радиоактивных изотопов, которую оценивают по периоду физического полураспада - ,
Табл. 3.3.
Периоды физического полураспада радионуклидов – Т1/2.
Изотоп | Период полураспада | Изотоп | Период полураспада |
Тритий Углерод-14 Натрий-24 Фосфор-32 Сера-35 Калий-40 Калий-42 Кальций-45 Железо-59 Кобальт-60 Стронций-89 Стронций-90 Рутений-106 Йод-125 Йод-131 Цинк-65 | 12,35 года 5730 лет 14 часов 14,3 суток 87,4 суток 1,248 109 лет 12,32 часа 163 суток 44,5 суток 5,3 года 50,5 суток 28,6 года 1 год 60 суток 8,06 суток 243,9 суток | Цезий-134 Цезий-137 Барий-140 Церий-143 Радий-226 Золото-198 Сурьма-124 Теллур-127 Полоний-210 Уран-235 Иттрий-90 Тритий-3 Плутоний-238 Свинец-210 Америций-241 Бром-82 | 2 года 30 лет 12,7 суток 33,4часа 1600 лет 64 часа 60,1 суток 9,3 часа 139 суток 7,1·108 лет 2,6 суток 12,35 года 87,74 года 22,3 года 432,2 года 36 часов |
При оценке количественного содержания (концентрации) данного радионуклида в массе или растворе какого-либо вещества в практической работе используются удельная и объёмная активность:
Аудельная - активность данного радионуклида в массе вещества, в котором он находится. Единица измерения: в СИ - 1Бк/кг, в СГС - 1 Ки/г, а на практике - 1Бк/кг и 1 Ки/кг.
Аобъёмная - активность данного радионуклида в объёме раствора вещества, в котором он находится. Единица измерения в СИ - 1Бк/м3, в СГС - 1 Ки/см3, а на практике - 1Бк/л и 1 Ки/л.
Аповерхностная - поверхностная активность, применяется для оценки степени загрязнённости поверхности объекта. Единица измерения в СИ – 1 Бк/м2 и в СГС – 1 Ки/см2, а на практике - 1Бк/км2 и 1 Ки/км2.
Дозиметрия – метод измерения количества (дозы) энергии ионизирующего излучения. Приборы – дозиметры.
Способы клинической дозиметрии: биологические
физические
химические
математические
Для измерения кинетической энергии излучений используется внесистемная единица электрон-вольт (эВ или eV).
За 1 эВ принята кинетическая энергия элементарной заряженной частицы, а именно электрона, находящегося в электрическом поле при разности потенциалов в 1 вольт.
В системе СИ энергия и совершаемая при её передаче веществу работа измеряются в джоулях.
1 Дж = 6,25∙1018 эВ или 1 эВ = 1,6∙10-19 Дж.
Дозиметрия позволяет определить дозы экспозиционную и поглощённую.
Экспозиционная доза - количество энергии ионизирующего излучения, испускаемого источником. Прямого метода её измерения нет и поэтому она определяется косвенно по поглощённой дозе в воздухе.
Единица измерения в СИ – 1 Кл/кг, когда в массе воздуха в 1 кг под воздействием ионизирующего излучения образуются положительно и отрицательно заряженные частицы с суммарным зарядом в 1 Кл.
1 Кл (кулон) = 3∙109 элементарных зарядов.
Внесистемная единица измерения – 1 Р (рентген), когда в массе воздуха 0,001293 г, содержащегося в 1 см3 при температуре 0º Цельсия и давлении 760 мм ртутного столба, образуется 2,08·109 пар ионов.
1 Кл/кг = 3876 Р.
1 Р = 2,58∙10-4 Кл/кг.
Мощность экспозиционной дозы – интенсивность, т.е. количество ионизирующего излучения, испускаемого источником в единицу времени.
Единица измерения в СИ – 1 Кл/кг·с = 1 А/кг.
Внесистемная единица измерения – 1 Р/с.
Поглощённая доза - количество энергии ионизирующего излучения, поглощённой облучаемым объектом.
Единица измерения в СИ – 1 Гр (1 грей), когда в массе облучаемого вещества в 1 кг образуются положительно и отрицательно заряженные частицы с суммарным зарядом в 1 Кл и, следовательно, совершается работа по передаче энергии в один джоуль: 1 Гр = 1 Дж/кг.
Внесистемная единица измерения – 1 рад, т.е. энергия ионизирующего излучения в 100 эрг, поглощённая (абсорбированная) 1 г вещества облучаемого объекта.
Эрг - единица работы и энергии в системе единиц СГС. 1 эрг равен работе силы в 1 дин,у.
1 дина - единица измерения силы в системе единиц СГС, равна силе, которая, воздействуя на тело массой в 1 г, сообщает ему ускорение при перемещении точки приложения силы на расстояние 1 см в направлении действия силы: 1 см/с2.
1 дин = 1 г · см/с2 = 10−5 Н.
1 эрг = 1 г·см2/с2 = 10-7 Дж (точно) = 6,24150965(16)·1011 эВ.
1 Гр = 100 рад и 1 рад = 0,01 Гр.
Поглощённая доза определяется величиной переданной энергии при взаимодействии носителей этой энергии с веществом.
Поглощённая доза (Драд) у живых организмов в основном зависит от плотности облучаемой ткани и определяется по формуле:
Драд = Др∙к,
где Др – экспозиционная доза в рентгенах,
к – коэффициент перехода от рентген к радам (Р/рад) в зависимости от энергии квантов (от 10 до 10000 кэВ):
воздух – 0,83
жировая ткань – от 0,44 до 0,97
мышечная ткань – от 0,84 до 0,93
костная ткань – от 0,82 до 4,75.
В среднем для живого организма он составляет 0,93 и для удобства в расчётах округлённо принимается за 1.
Мощность поглощённой дозы – интенсивность, т.е. количество поглощённой энергии ионизирующего излучения облучаемым объектом в единицу времени.
Единица измерения в СИ: 1 Гр/с = 1 Дж/кг∙с = 1 Вт/кг.
Внесистемная единица измерения в СГС – 1 рад/с.
Эквивалентная доза - поглощенная доза с поправкой на коэффициент биологической эффективности.
Эквивалентная доза показывает, какое неодинаковое по величине биологическое действие оказывают различные виды ионизирующих излучений одной и той же поглощённой дозой, т.е. является биологическим эквивалентом поглощённой дозы. Она определяется с помощью коэффициента относительной биологической эффективности – k. Последний зависит от энергии излучения, массы и скорости носителя энергии излучения, а также от плотности облучаемого объекта.
Единица измерения эквивалентной дозы в СИ - 1 Зиверт (Зв), равный 1 Гр∙k, т.е. биологический эквивалент Гр, где k - поправочный коэффициент, учитывающий плотность ионизации в зависимости от ионизирующей способности различных видов излучений, обусловленной их массой, зарядом и скоростью:
И.С. = mI2-5/u,
где m - масса,
I - энергия,
u - скорость.
Следовательно, ионизирующая способность или, иначе, линейная потеря энергии (ЛПЭ) пропорциональна массе, заряду и обратно пропорциональна скорости носителя этой энергии.
Она также обусловлена плотностью и толщиной структур облучаемого объекта и с их возрастанием увеличивается.
Таким образом, плотность ионизации для тяжелых частиц очень большая с пробегом в тканях до нескольких десятков (30-50-70) мкм, для легких частиц - умеренная с пробегом в тканях 2-3 и до 10-20 мм, фотонов - рыхлая с пробегом в тканях на десятки см.
Отсюда вытекает, что биологический эфффект при воздействии ионизирующего излучения зависит не только от поглощенной дозы, но и от распределения энергии излучения в микрообъеме, что напрямую связано с плотностью ионизации и возрастает по мере увеличения последней.
В зависимости от типа излучения и величины энергии механизм взаимодействия различен. Но в конечном итоге это приводит к ионизации облучаемого вещества, а для биологического объекта - к деструкции или частичному изменению структуры с полной или частичной потерей ее функции, а также извращению последней.
Внесистемная единица измерения - бэр (биологический эквивалент рада): 1 бэр = 1 рад∙k.
В качестве стандарта, принятого условно за единицу относительной биологической эффективности, при воздействии на живой объект ионизирующего излучения, берётся соответствующее рентгеновскому с энергией в 180-250 кэВ. Это и есть коэффициент качества или коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) - k.
Иначе, эквивалентная доза показывает одинаковое биологическое действие, вызванное неодинаковой поглощённой дозой при облучении различными носителями энергии ионизирующего излучения, биологическим эквивалентом взаимодействия которых с облучаемым веществом является поправочный коэффициент k.
Мощность эквивалентной дозы - 1 Зв/с (СИ) и 1 бэр/с (СГС).
Эффективная доза – интегральная эквивалентных доз отдельных тканей, органов и систем организма в целом.
Относительная биологическая эффективность излучения – это коэффициент, который характеризует относительную эффективность действия радиации с разными значениями линейной передачи энергии (ЛПЭ) относительно определённого биологического эффекта.
Эффективная доза Deff – поглощённая доза с поправкой на коэффициент поглощения тем или иным видом биологической ткани.
Эффективная эквивалентная доза (ЭЭД) является основной дозиметрической величиной для оценки возможного ущерба здоровью в результате хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава. Она характеризуется опасностью возникновения стохастических эффектов и зависит от учитываемого тканевого фактора, а также средней эквивалентной дозы в органах и тканях.
Ожидаемая эквивалентная доза – сумма эквивалентных доз облучения, полученная за определённый период жизни. Эта величина является интегральной по интервалу времени и мощности эквивалентной дозы или, если не указан интервал времени, за 50 лет для взрослых и 70 лет для детей.
Ожидаемая эффективная доза – интегральная мощность эффективной дозы, определяемая по интервалу времени и мощности эффективной дозы или, если не указан интервал времени, то за 50 лет для взрослых и 70 лет для детей.
Коллективная эквивалентная доза и эффективная доза определяются для той или иной популяции людей или отдельных её групп.
Единица измерения эквивалентной, эффективной и эквивалентной эффективной дозы – один зиверт (1 Зв).
Табл. 3.4.
Дата добавления: 2016-07-05; просмотров: 1832;