Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
DT = — [ Ddm, (1.9)
тт J
где тт — масса органа или ткани, a D — поглощенная доза в элементе массы dm.
5. Методы дозиметрии
43
5. Методы дозиметрии
Объективные методы количественной оценки поглощенной энергии ионизирующих излучений разрабатываются специальной областью измерительной техники — дозиметрией ионизирующих излучений *). Дозы ионизирующих излучений измеряются с помощью различных физических и химических методов: ионизационного, калориметрического, химического, люминесцентного, сцинтнлляционного, твердотельного, трекового.
Рассмотрим принципы, лежащие в основе некоторых из перечисленных методов дозиметрии.
5.1. Метод ионизационной камеры
Заряды ионов, образованные в газе, помещенном в поле электрического конденсатора, собираются на его электродах и создают электрический ток ионизационной камеры. Такой детектор может измерять поглощенную дозу на основании принципа Брэгга-Грея. Так, если среда пересекается пучком фотонов и в ней имеется небольшая полость, размеры которой достаточно малы по сравнению с пробегом возникающих электронов, то ионизации, происходящая в такой полости, связана с энергией, поглощенной в окружающем полость веществе, соотношением:
(110)
ДЕ г
гДе Ат — энергия, поглощенная единицей л*аееы. вещества среды,
окружающей полость; N — число пар ионов,'образованных в единице массы полости; и — средняя энергия, затрачиваемая на образование одной пары ионов в газе, которым заполнена полость. Величины Sm и Sg — массовые тормозные способности (в единицах МэВ - г_1см2) соответственно среды и газа, которым заполнена полость. При измерениях на пучке быстрых нейтронов действует тот же принцип, только речь вдет не о пробегах электронов, пересекающих полость, а о пробегах нейтронов.
5.2. Калориметрический метод
Этот метод основан на измерении количества тепла, создаваемого поглощенной энергией излучения.
Образец из углерода или воды с помещенным в него полупроводниковым детектором помещается в термостат и калибруется по току электрического нагревателя с помощью высокочувствительного электрометрического прибора. Выбор материала зависит от требований к эксперименту: вода по тканеэквивалентности лучше, чем графит, но возможность затраты части энергии излучения на электролиз требует особых предосторожностей. Так или иначе, калориметрический метод лучше других удовлетворяет требованиям так называемой абсолютной
*) Подробнее о методах дозиметрии см. [17, 41J.
44 Гл. 1. Ионизирующие излучения, их характеристика, дозиметрия
дозиметрии. Нагрев тел чрезвычайно мал: так, доза 5 Гр повышает температуру тела только на 10_3 °С. Отсюда, кстати, понятно, что нагрев организма не определяет биологического действия излучений.
Необходимость измерять чрезвычайно малые изменения температуры ограничивает применимость метода лабораторными условиями.
5.3. Сцинтилляционный метод
Световой выход ряда веществ (сцинтилляторов) линейно зависит от поглощенной дозы в достаточно широком диапазоне доз. Такие вещества в сочетании с фотоэлектронным умножителем используют в качестве дозиметров. В каждом случае стараются максимально приблизить химический состав вещества-поглотителя и сцинтиллятора, т.е. сделать его «тканеэквивалентным».
5.4. Химические методы дозиметрии
Любую радиационно-химическую реакцию, выход которой зависит от дозы ионизирующего излучения, можно использовать для определения поглощенной дозы. Необходимо, чтобы такая реакция не зависела от мощности дозы, от плотности ионизации и могла происходить в системах, по составу близких к биологическим тканям. Тип выбираемой реакции определяется диапазоном измеряемых доз. Так, дозы более 106 Гр определяют по окрашиванию кристаллов н стекол, дозы от 104 до 105 Гр — по реакциям в жидкой фазе, дозы менее 104 Гр — по обесцвечиванию ряда красителей. В последнее время для дозиметрии в широком диапазоне доз (10-105 Гр) используется образование свободных радикалов в аланине, которые измеряются методом ЭПР (JI. А. Блюменфельд, А. Н. Тихонов, 1997).
Один из наиболее распространенных химических дозиметров — «дозиметр Фрике* — обеспечивает измерение доз в диапазоне 4-400 Гр. Мерой поглощенной дозы служит концентрация соли трехвалентного железа, в которую при облучении водного раствора переходит соль двухвалентного железа. Применяются также цериевый, би-хроматный, хлорбензольный, щавелевокислотный, глюкозный и другие дозиметры.
6. Эквидозиметрия и концепция риска *)
Несмотря на широкие возможности повышения точности методов дозиметрии, трудно установить связь между измеряемой физической величиной и ожидаемым радиационным эффектом. Для понимания механизмов этих эффектов еще предстоит узнать многое, чему посвящены другие главы учебника. Нельзя также составить представление о радиационном эффекте, не зная пространственного распределения поглощенной энергии, вида и энергии ионизирующего излучения и
