Элементы дозиметрии ионизирующих излучений. Дозиметрия и радиометрия ионизирующих излучений Дозиметрия ионизирующего излучения

1. Дозиметрия. Дозы облучения. Мощность дозы.

2. Биологические эффекты доз облучения. Предельные дозы.

3. Дозиметрические приборы. Детекторы ионизирующего излучения.

4. Способы защиты от ионизирующего излучения.

5. Основные понятия и формулы.

6. Задачи.

34.1. Дозиметрия. Дозы облучения. Мощность дозы

Необходимость количественной оценки действия ионизирующего излучения на различные вещества живой и неживой природы привела к появлению дозиметрии.

Дозиметрия - раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.

Процессы взаимодействия излучения с тканями протекают поразному для различных типов излучений и зависят от вида ткани. Но во всех случаях происходит преобразование энергии излучения в другие виды энергии. В результате часть энергии излучения поглощается веществом. Поглощенная энергия - первопричина всех последующих процессов, которые в конечном итоге приводят к биологическим изменениям в живом организме. Количественно действие ионизирующего излучения (независимо от его природы) оценивается по энергии, переданной веществу. Для этого используется специальная величина - доза излучения (доза - порция).

Поглощенная доза

Поглощенная доза (D) - величина, равная отношению энергии Δ Ε, переданной элементу облучаемого вещества, к массе Δm этого элемента:

В СИ единицей поглощенной дозы является грей (Гр), в честь английского физика-радиобиолога Луи Гарольда Грея.

1 Гр - это поглощенная доза ионизирующего излучения любого вида, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения.

В практической дозиметрии обычно пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы - рад (1 рад = 10 -2 Гр).

Эквивалентная доза

Величина поглощенной дозы учитывает только энергию, переданную облучаемому объекту, но не учитывает «качество излучения». Понятие качества излучения характеризует способность данного вида излучения производить различные радиационные эффекты. Для оценки качества излучения вводят параметр - коэффициент качества (quality factor). Он является регламентированной величиной, его значения определены специальными комиссиями и включены в международные нормы, предназначенные для контроля над радиационной опасностью.

Коэффициент качества (К) показывает, во сколько раз биологическое действие данного вида излучения больше, чем действие фотонного излучения, при одинаковой поглощенной дозе.

Коэффициент качества - безразмерная величина. Его значения для некоторых видов излучения приведены в табл. 34.1.

Таблица 34.1. Значения коэффициента качества

Эквивалентная доза (Н) равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества для данного вида излучения:

В СИ единица эквивалентной дозы называется зивертом (Зв) - в честь шведского специалиста в области дозиметрии и радиационной безопасности Рольфа Максимилиана Зиверта. Наряду с зивертом используется и внесистемная единица эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр = 10 -2 Зв.

Если организм подвергается действию нескольких видов излучения, то их эквивалентные дозы (Н i) суммируются:

Эффективная доза

При общем однократном облучении организма разные органы и ткани обладают различной чувствительностью к действию радиации. Так, при одинаковой эквивалентной дозе риск генетических повреждений наиболее вероятен при облучении репродуктивных органов. Риск возникновения рака легких при воздействии α-излучения радона в равных условиях облучения выше, чем риск возникновения рака кожи и т.д. Поэтому понятно, что дозы облучения отдельных элементов живых систем следует рассчитывать с учетом их радиочувствительности. Для этого используются весовые коэффициенты b T (Т - индекс органа или ткани), приведенные в табл. 34.2.

Таблица 34.2. Значения весовых коэффициентов органов и тканей при расчете эффективной дозы

Окончание табл. 34.2

Эффективная доза (Н эф) - это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека с учетом радиочувствительности отдельных его органов и тканей.

Эффективная доза равна сумме произведений эквивалентных доз в органах и тканях на соответствующие им весовые коэффициенты:

Суммирование ведется по всем тканям, перечисленным в табл. 34.2. Эффективные дозы, как и эквивалентные, измеряются в бэрах и зивертах.

Экспозиционная доза

Поглощенная и связанная с ней эквивалентная дозы облучения характеризуют энергетическое действие радиоактивного излучения. В качестве характеристики ионизирующего действия излучения используют другую величину, называемую экспозиционной дозой. Экспозиционная доза является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и γ-лучами.

Экспозиционная доза (Х) равна заряду всех положительных ионов, образующихся под действием излучения в единице массы воздуха при нормальных условиях.

В СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон - это очень большой заряд. Поэтому на практике пользуются внесистемной единицей экспозиционной дозы, которая называется рентгеном (Р), 1 Р = 2,58х10 -4 Кл/кг. При экспозиционной дозе 1 Р в результате ионизации в 1 см 3 сухого воздуха при нормальных условиях образуется 2,08х10 9 пар ионов.

Связь между поглощенной и экспозиционной дозами выражается соотношением

где f - некоторый переводной коэффициент, зависящий от облучаемого вещества и длины волны излучения. Кроме того, величина f зависит от используемых единиц доз. Значения f для единиц рад и рентген приведены в табл. 34.3.

Таблица 34.3. Значения переводного коэффициента из рентген в рад

В мягких тканях f ≈ 1, поэтому поглощенная доза излучения в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Это обусловливает удобство использования внесистемных единиц рад и Р.

Соотношения между различными дозами выражаются следующими формулами:

Мощность дозы

Мощность дозы (N) - величина, определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени.

При равномерном действии излучения мощность дозы равна отношению дозы ко времени t, в течение которого действовало ионизирующее излучение:

где κ γ - гамма-постоянная, характерная для данного радиоактивного препарата.

В табл. 34.4 приведены соотношения между единицами доз.

Таблица 34.4. Соотношения между единицами доз

34.2. Биологические эффекты доз облучения. Предельные дозы

Биологическое действие излучения с различной эквивалентной дозой указано в табл. 34.5.

Таблица 34.5. Биологическое действие разовых эффективных доз

Предельные дозы

Нормы радиационной безопасности устанавливают предельные дозы (ПД) облучения, соблюдение которых обеспечивает отсутствие клинически выявляемых биологических эффектов облучения.

Предельная доза - величина годовой эффективной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы.

Величины предельных доз различны для персонала и населения. Персонал - это лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) и находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б). Для группы Б все пределы доз установлены вчетверо меньшими, чем для группы А.

Для населения пределы доз меньше в 10-20 раз, чем для группы А. Значения ПД приведены в табл. 34.6.

Таблица 34.6. Основные предельные дозы

Естественный (природный) радиационный фон создается естественными радиоактивными источниками: космическими лучами (0,25 мЗв/год); радиоактивностью недр (0,52 мЗв/год); радиоактивностью пищи (0,2 мЗв/год).

Эффективная доза до 2 мЗв/год (10-20 мкР/ч), получаемая за счет естественного радиационного фона, считается нормальной. Как и при техногенном облучении, высоким считается уровень облучения более 5 мЗв/год.

На земном шаре есть места, где природный фон равен 13 мЗв/год.

34.3. Дозиметрические приборы. Детекторы ионизирующего излучения

Дозиметры - устройства для измерения доз ионизирующего излучения или величин, связанных с дозами. Дозиметр содержит в себе детектор излучения и измерительное устройство, которое градуировано в единицах дозы или мощности.

Детекторы - устройства, регистрирующие различные виды ионизирующего излучения. Работа детекторов основана на использовании тех процессов, которые вызывают в них регистрируемые частицы. Различают 3 группы детекторов:

1) интегральные детекторы,

2) счетчики,

3) трековые детекторы.

Интегральные детекторы

Эти устройства дают информацию о полном потоке ионизирующего излучения.

1. Фотодозиметр. Простейшим интегральным детектором является светонепроницаемая кассета с рентгеновской пленкой. Фотодозиметр - это индивидуальный интегральный счетчик, которым снабжаются лица, соприкасающиеся с излучением. Пленка проявляется через определенный промежуток времени. По степени ее почернения можно определить дозу облучения. Детекторы этого типа позволяют измерять дозы от 0,1 до 15 Р.

2. Ионизационная камера. Это прибор для регистрации ионизирующих частиц методом измерения величины ионизации (числа пар ионов), производимой этими частицами в газе. Простейшая ионизационная камера представляет собой два электрода, помещенных в заполненный газом объем (рис. 34.1).

К электродам приложено постоянное напряжение. Частицы, попадающие в пространство между электродами, ионизуют газ, и в цепи возникает ток. Сила тока пропорциональна числу образованных ионов, т.е. мощности экспозиционной дозы. Электронное интегрирующее устройство определяет и саму дозу Х.

Рис. 34.1. Ионизационная камера

Счетчики

Эти устройства предназначены для подсчета количества частиц ионизирующего излучения, проходящих через рабочий объем или попадающих на рабочую поверхность.

1. На рисунке 34.2 представлена схема газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера, принцип действия которого основан на образовании электрического импульсного разряда в газонаполненной камере при попадании отдельной ионизирующей частицы.

Рис. 34.2. Схема счетчика Гейгера-Мюллера

Счетчик представляет собой стеклянную трубку с напыленным на ее боковую поверхность слоем металла (катод). Внутри трубки пропущена тонкая проволока (анод). Давление газа внутри трубки составляет 100-200 мм рт.ст. Между катодом и анодом создается высокое напряжение порядка сотен вольт. При попадании в счетчик ионизирующей частицы в газе образуются свободные электроны, которые движутся к аноду. Вблизи тонкой нити анода напряженность поля велика. Электроны вблизи нити ускоряются настолько, что начинают ионизировать газ. В результате возникает разряд и по цепи протекает ток. Самостоятельный разряд надо погасить, иначе счетчик не среагирует на следующую частицу. На включенном в цепь высокоомном сопротивлении R происходит значительное падение напряжения. Напряжение на счетчике уменьшается, и разряд прекращается. Также в состав газа вводится вещество, соответствующее быстрейшему гашению разряда.

2. Усовершенствованным вариантом счетчика Гейгера-Мюллера является пропорциональный счетчик, в котором амплитуда импульса тока пропорциональна энергии, выделенной в его объеме регистрируемой частицей. Такой счетчик определяет поглощенную дозу излучения.

3. На другом физическом принципе основано действие сцинтилляционных счетчиков. Под действием ионизирующего излучения в некоторых веществах происходят сцинтилляции, т.е. вспышки, число которых подсчитывается с помощью фотоэлектронного умножителя.

Трековые детекторы

Детекторы этого типа используются в научных исследованиях. В трековых детекторах прохождение заряженной частицы фиксируется в виде пространственной картины следа (трека) этой частицы; картина может быть сфотографирована или зарегистрирована электронными устройствами.

Распространенным типом трекового детектора является камера Вильсона. Наблюдаемая частица проходит через объем, заполненный перенасыщенным паром, и ионизирует его молекулы. На образовавшихся ионах начинается конденсация пара, в результате чего след частицы становится виден. Камеру помещают в магнитное поле, которое искривляет траектории заряженных частиц. По кривизне трека можно определить массу частицы.

34.4. Способы защиты от ионизирующего излучения

Защита от негативных последствий излучения и некоторые способы уменьшения дозы облучения указаны ниже. Различают три вида защиты: защита временем, расстоянием и материалом.

Защита временем и расстоянием

Для точечного источника экспозиционная доза определяется соотношением

из которого видно, что она прямо пропорциональна времени и обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника.

Отсюда следует естественный вывод: для уменьшения поражающего радиационного действия необходимо находиться как можно дальше от источника излучения и, по возможности, меньшее время.

Защита материалом

Если расстояние до источника радиации и время облучения невозможно выдержать в безопасных пределах, то необходимо обеспечить защиту организма материалом. Этот способ защиты основывается на том, что разные вещества по-разному поглощают попадающие на них всевозможные ионизирующие излучения. В зависимости от вида излучения применяют защитные экраны из различных материалов:

альфа-частицы - бумага, слой воздуха толщиной несколько сантиметров;

бета-частицы - стекло толщиной несколько сантиметров, пластины из алюминия;

рентгеновское и гамма-излучения - бетон толщиной 1,5-2 м, свинец (эти излучения ослабляются в веществе по экспоненциальному закону; нужна большая толщина экранирующего слоя; в рентгеновских кабинетах часто используют резиновый просвинцованный фартук);

поток нейтронов - замедляется в водородсодеожащих веществах, например воде.

Для индивидуальной защиты органов дыхания от радиоактивной пыли используются респираторы.

В экстренных ситуациях, связанных с ядерными катастрофами, можно воспользоваться защитными свойствами жилых домов. Так, в подвалах деревянных домов доза внешнего облучения снижается в 2-7 раз, а в подвалах каменных домов - в 40-100 раз (рис. 34.3).

При радиоактивном заражении местности контролируется активность одного квадратного километра, а при заражении продуктов питания - их удельная активность. В качестве примера можно указать, что при заражении местности более чем 40 Ки/км 2 производят полное отселение жителей. Молоко с удельной активностью 2х10 11 Ки/л и более не подлежит употреблению.

Рис. 34.3. Экранирующие свойства каменного и деревянного домов для внешнего γ-излучения

34.5. Основные понятия и формулы

Продолжение таблицы

Окончание таблицы

34.6. Задачи

1. Изучение лучевых катаракт на кроликах показало, что под действием γ -излучения катаракты развиваются при дозе D 1 = 200 рад. Под действием быстрых нейтронов (залы ускорителей) катаракта возникает при дозе D 2 = 20 рад. Определить коэффициент качества для быстрых нейтронов.

2. На сколько градусов увеличится температура фантома (модели человеческого тела) массой 70 кг при дозе γ-излучения Х = 600 Р? Удельная теплоемкость фантома с = 4,2х10 3 Дж/кг. Считать, что вся полученная энергия идет на нагревание.

3. Человек весом 60 кг в течение 6 ч подвергался действию γ- излучения, мощность которого составляла 30 мкР/час. Считая, что основным поглощающим элементом являются мягкие ткани, найти экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы облучения. Найти поглощенную энергию излучения в единицах СИ.

4. Известно, что разовая летальная экспозиционная доза для человека равна 400 Р (50 % смертности). Выразить эту дозу во всех других единицах.

5. В ткани массой m = 10 г поглощается 10 9 α-частиц с энергией Е = 5 МэВ. Найти эквивалентную дозу. Коэффициент качества для α-частиц K = 20.

6. Мощность экспозиционной дозы γ -излучения на расстоянии r = 0,1 м от точечного источника составляет N r = 3 Р/час. Определить минимальное расстояние от источника, на котором можно ежедневно работать по 6 ч без защиты. ПД = 20 мЗв/год. Поглощение γ -излучения воздухом не учитывать.

Решение (требуется аккуратное выравнивание единиц измерения) По нормам радиационной безопасности эквивалентная доза, полученная за год работы, составляет Н = 20 мЗв. Коэффициент качества для γ -излучения К = 1.

Приложения

Фундаментальные физические константы

Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их обозначения

Обязательным условием радиационной безопасности при лучевой терапии является точный количественный учет энергии излучения, поглощенной персоналом и больными, подвергающимися облучению.

Для количественной характеристики ИИ пользуются понятием "доза". Доза ИИ - это отношение энергии излучения к массе или объему облучаемого вещества. В клинической дозиметрии пользуются следующими понятиями:

Активность радиоактивного вещества - характеристика количества радиоактивного вещества (количество распадов в единицу времени). Системной единицей активности является Беккерель (Бк) - активность радиоактивного источника, в котором в 1 секунду происходит 1 распад (1 Бк = 1 расп./с). Внесистемная единица - Кюри (Ки) - активность радиоактивного источника, в котором в 1 секунду происходит 3,7  10 10 распадов.

Таблица 1

Основные радиационные величины и их единицы

 Поскольку 1 Гр, по определению, есть 1 Джоуль на килограмм, единица СИ интегральной дозы грейкилограмм преобразуется в Джоуль

(1 Гркг = 1 (Дж/кг)кг = 1 Дж).

Экспозиционная доза излучения - доза излучения, которая измеряется в сухом (свободном) воздухе при отсутствии рассеивающих тел. Она характеризует главным образом источник излучения (его мощность, постоянство параметров и др.). Экспозиционная доза применяется только для ионизирующего излучения с энергией не больше 3 МэкВ.

Внесистемной единицей экспозиционной дозы является Рентген - это доза рентгеновского или -излучения, которая при нормальных условиях (0 0 С и давлении 1 атмосфера) в 1 см 3 воздуха образует заряд, равный 1 э. с. е. статического электричества (2,08 х 10 9 пар ионов каждого знака).

Единицей измерения экспозиционной дозы в СИ является кулон на кг - это доза рентгеновского или -излучения, при которой в 1 кг воздуха при нормальных условиях образуется заряд, равный 1 кулону.

Одну и ту же дозу можно подвести в разные промежутки времени. Поэтому вводится понятие мощности дозы - доза, рассчитанная на единицу времени. Биологическое действие ионизирующих излучений зависит и от дозы и от ее мощности.

Поглощенная доза излучения - основной количественный показатель воздействия ионизирующих излучений на облучаемые ткани. Она определяется количеством энергии, переданной в процессе облучения единице массы облучаемого вещества. Поглощенная доза применяется для любого вида ионизирующего излучения. В СИ единица поглощенной дозы - Дж/кг. Эта величина получила название "Грей" (Гр) . 1 Гр - это доза ионизирующего излучения, при которой в 1 кг облученного вещества поглотится энергия, равная 1 Дж. Внесистемная единица поглощенной дозы - рад. 1 рад - это доза излучения, при которой в 1 г облученного вещества поглотится энергия, равная 100 эргам.

Интегральная доза излучения - количество энергии, поглощенной в облучаемом объеме.

В связи с тем, что при облучении биологических объектов различные виды ионизирующих излучений при одной и той же поглощенной дозе оказывают различное биологическое действие, существует понятие "эквивалентная доза излучения". Биологические эффекты, вызываемые конкретным видом излучения, сравнивают с эффектом, который производит фотонное излучение с энергией 200 кэВ.

Коэффициент, показывающий, во сколько раз радиационная опасность в случае хронического облучения человека (в малых дозах) для данного вида излучения выше, чем в случае фотонного излучения (200 кэВ при равной поглощенной дозе), называется коэффициентом качества (КК). КК для фотонного излучения 200 кэВ = 1. Для α-частиц КК = 20, для протонов и быстрых нейтронов КК = 10, для тепловых нейтронов КК = 2,5-3. Величина КК зависит от ЛПЭ данного вида излучения. Чем выше ЛПЭ, тем больше поражаемость клеток и ниже способность к восстановлению. Таким образом, при одинаковой поглощенной дозе повреждающий (или лечебный) эффект при облучении протонами будет в 10 раз больше, чем при фотонном излучении.

Доза, полученная живым объектом с учетом КК данного излучения, называется эквивалентной дозой . Эквивалентная доза учитывает поглощенную дозу и биологический эффект ИИ. Понятие "эквивалентная доза" используется только для оценки радиационной опасности. Внесистемной единицей эквивалентной дозы является БЭР - это доза какого-либо вида ИИ, биологически эффективная 1 Рентгену рентгеновского излучения, генерируемого напряжением 200 кВ.

В настоящее время рекомендуется во всех случаях пользоваться физическими величинами, выраженными в единицах СИ. Однако в медицинской радиотерапевтической технике долгое время применяли внесистемные единицы, что широко отражено в соответствующей литературе, инструкциях, шкалах приборов (в т. ч. дозиметрах). Поэтому необходимо знание соотношений между внесистемными единицами и единицами СИ (табл. 1).

Методы дозиметрии ионизирующих излучений

ИИ не обладают запахом, вкусом или какими-либо другими свойствами, позволяющими человеку регистрировать их. Для измерения количественных и качественных характеристик ИИ используются различные методы, основанные на регистрации эффектов взаимодействия излучения с веществом.

Дозиметры - это приборы, предназначенные для измерения дозы или мощности дозы ИИ. В основе этих приборов лежат регистрация и количественная оценка ионизационного, сцинтилляционного, фотографического, химического и других эффектов, возникающих при взаимодействии ИИ с веществом.

Основные группы дозиметров:

Клинические - для измерения ИИ в рабочем пучке. Используют при подготовке к лучевой терапии и в процессе облучения.

Дозиметры контроля защиты - для измерения мощности дозы рассеянного излучения на рабочих местах (в системе радиационной безопасности). Эти дозиметры должны быть прямопоказывающими.

Индивидуальные - для контроля облучения лиц, работающих в сфере действия ИИ.

Методы дозиметрии:

Биологические - основаны на оценке реакций, которые возникают в тканях при облучении их определенной дозой ИИ (эритемная доза, эпиляционная доза, летальная доза). Являются ориентировочными и применяются в основном в экспериментальной радиобиологии.

Химические - заключаются в регистрации необратимых химических реакций, происходящих в некоторых веществах под влиянием облучений (радиохимический метод, фотографический метод).

Радиохимический метод - основан на реакции окисления двухвалентного железа в трехвалентное под действием ИИ (Fe 2+ Fe 3+), что приводит к изменению окраски (прозрачности). Используются ферросульфатные дозиметры. Так как диапазон этих дозиметров очень велик (от 20 до 400 Гр), они используются только для аварийных ситуаций.

Фотографический метод - под действием ИИ происходит почернение рентгеновской пленки, степень которого пропорциональна поглощенной энергии лучей. По плотности почернения можно судить о дозе облучения. Недостатком этого метода является зависимость показаний дозиметра от качественного состава излучения. Точность определения дозы невысока. С помощью фотопленочных дозиметров удобно определять соответствие светового и радиационного поля на аппаратах для лучевой терапии.

Физические - основаны на способности ИИ вызывать ионизацию вещества и превращать электрически нейтральный газ в электропроводящую среду (ионизационная камера, газоразрядный счетчик, сцинтилляционный дозиметр, термолюминесцентный дозиметр, полупроводниковые детекторы).

Сцинтилляционные дозиметры . Используются кристаллы йодистого натрия, активированные таллием. При попадании на них ИИ возникают световые вспышки, которые преобразуются в электрические импульсы, усиливаются и регистрируются счетными устройствами. Сцинтилляционные дозиметры не применяются в клинической дозиметрии из-за своего большого объема и высокой чувствительности, что позволяет рекомендовать их использование в дозиметрии защиты.

Термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) . Некоторые твердые кристаллические вещества под действием ИИ способны люминесцировать. По интенсивности свечения определяется доза. ТЛД невелики в объеме, являются непрямопоказывающими (доза накапливается в течение какого-то времени). Широко используются в клинической дозиметрии (измерение дозы на больном, в полости тела) и в качестве индивидуальных дозиметров.

Ионизационная камера - это конденсатор. Состоит из двух электродов, пространство между которыми заполнено воздухом. Под действием ИИ воздух ионизируется, возникает электрический ток. По величине силы тока судим о дозе. Дозиметры, основанные на ионизационном методе, в настоящее время наиболее распространены. Широко применяются в клинической дозиметрии, в дозиметрии защиты и индивидуальной дозиметрии.

Газоразрядный счетчик. Также используется ионизационный эффект излучения. Но к электродам газоразрядного счетчика подводят значительно большее напряжение. Поэтому электроны, образующиеся в счетчике при облучении, приобретают большую энергию и сами вызывают массовую ионизацию атомов и молекул газа. Это позволяет регистрировать с помощью газоразрядных счетчиков очень малые дозы ИИ.

Полупроводниковые (кристаллические) дозиметры. Меняют проводимость в зависимости от мощности дозы. Широко используются наряду с ионизационными дозиметрами.

ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ (греч. dosis доза, порция + metreo измерять) - раздел радиационной физики и измерительной техники, занимающийся измерением и изучением полей ионизирующих излучений (фотонных и корпускулярных), изучением эффектов их взаимодействия с веществом, а также создаваемых в результате этого дозных полей (см.) в веществе. Д. и. и. широко используется в разработке способов формирования полей излучения и дозных полей с заданными параметрами. Средства Д. и. и. применяют при разработке и использовании источников ионизирующих излучений в народном хозяйстве, науке и медицине.

Возникновение и развитие Д. и. и. связано с открытием и практическим использованием рентгеновского и гамма-излучений, нейтронов и других ядерных частиц, с изучением их биол, действия. Стало необходимым дозировать полезные радиационные эффекты при воздействии излучения на различные материалы и биол, ткани, контролировать условия радиационной безопасности для всего населения, особенно для лиц, работающих в сфере действия радиации (см. Дозиметрический контроль). Д. и. и. внесла большой вклад в решение задач радиационной безопасности космических полетов.

Для медицины Д. и. и. является одной из смежных физ. дисциплин. Она занимается разработкой научных основ, методики и решением прикладных задач лучевой терапии, радиационной гигиены и других разделов мед. радиологии.

В 60-70-е гг. 20 в. сложилась клин, дозиметрия, к-рая является неотъемлемой частью лучевой терапии. Приобрела самостоятельное значение дозиметрия в радиационной гигиене. Появились реальные предпосылки к формированию радиобиол. дозиметрии, к-рая должна учитывать особые условия осуществления радиационных процессов в биол, объектах на клеточном и молекулярном уровнях.

Д. и. и. располагает многими расчетными и экспериментальными методами. Расчетные методы опираются на физику взаимодействия ионизирующих излучений с веществом и используют современные средства электронно-вычислительной техники, Экспериментальные методы Д. и. и. основаны на использовании для измерения дозиметрических величин различных макроскопических эффектов облучения специально подобранных веществ.

Основным в дозиметрии является ионизационный метод измерения. Он связан с главным свойством ионизирующего излучения - способностью производить ионизацию вещества. Другие методы основаны на преобразовании энергии ионизирующего излучения в видимый свет (люминесцентный метод), на изменении под действием излучения свойств полупроводников (полупроводниковый метод), на радиолизе веществ в результате хим. реакций (хим. метод), на почернении фотоэмульсии или появлении в ней изображений следов ионизирующих частиц (фотографический метод), на непосредственном измерении выделяющегося в веществе тепла (калориметрический метод). Наконец, в Д. и. и. могут использоваться радиационные эффекты, наблюдаемые на хромосомном наборе клеток (биол, метод).

Любой метод Д. и. и. является физ. измерением. В результате его применения получают численное значение той или иной физ. величины (дозиметрической характеристики). Это относится и к биол, методу, в к-ром измеряется не сам биол, эффект, а его нек-рая физ. мера, и биологическим он называется лишь потому, что непосредственным детектором излучения служит биол, объект, или потому, что измеряемая величина связана с определенным биол, признаком. Смешение физ. и биол, понятий может приводить к неверному представлению о так наз. биологической дозе, к-рой нередко пользуются в радиобиол. и других исследованиях.

На основе регистрации излучения с помощью того или иного метода дозиметрии можно получать информацию пе только о полях излучения и дозных полях, но и об источниках излучения, их изотопном составе и распределении в пространстве, в облучаемом теле. Этот аспект важен для решения многих задач радиационной гигиены (см.), радиоизотопной диагностики, экспериментальной биологии и медицины, широко использующих в своих исследованиях метод радиоактивных индикаторов. Как правило, здесь приходится иметь дело с источниками излучения относительно малой активности и соответственно с крайне низкими значениями дозы излучения. Фактически речь идет о регистрации потоков фотонов и частиц, анализе их энергетических спектров, изучении их временных характеристик. Измерение их имеет свою специфику, требует специальных методик, приборов и средств обработки информации. Этим занимается особый раздел радиационной измерительной техники - радиометрия (см.). Однако между Д. и. и. и радиометрией не существует резких различий и четкого разделения функций. Их методы и средства имеют много общего и во многих случаях дополняют друг друга.

Дозиметрия каждого вида ионизирующих излучений имеет свои методические, метрол. и другие особенности.

Наиболее полно разработана дозиметрия рентгеновского и гамма-излучений с энергией до 3 МэВ, за исключением области низких энергий (до нескольких десятков кэВ), где дозные характеристики зависят от энергетического спектра излучения, который существенно меняется в зависимости от глубины в веществе и условий облучения. Особо выделяется дозиметрия нейтронов, которые непосредственно не производят ионизации, а создают ее косвенно, через вторичные тяжелые заряженные частицы (протоны, дейтроны, альфа-частицы и др.). Вторичные тяжелые заряженные частицы, взаимодействуя с тканями, образуют треки (следы движения частиц) с высокой линейной плотностью ионизации (ЛИИ), т. е. с высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ) излучения микроструктурам тканей (см. Линейные передачи энергии). Последнее иногда способствует более интенсивному развитию радиобиол. эффектов и в конечном счете приводит к повышенному биол, действию, эквивалентному поглощению большей энергии излучения (с малой ЛПЭ), чем та, к-рая фактически поглотилась в тканях (при высокой ЛПЭ). Поэтому говорят, что нейтроны и другие плотноионизирующие излучения обладают высокой относительной биол. эффективностью - ОБЭ (см. Относительная биологическая эффективность излучений); условно считают ОБЭ = 1 для рентгеновского излучения с энергией генерирования ок. 200 кВ.

С 60-х гг. 20 в. интенсивно развивается особый раздел Д. и. и., получивший название микродозиметрия. Микродозиметрия занимается исследованием микроскопического распределения энергии при взаимодействии излучения с веществом (фотонов и частиц с ядрами, атомами вещества, с клеточными структурами и клетками ткани). Учитывается статистический характер этого взаимодействия для более глубокого понимания радиобиол. процессов на клеточном и молекулярном уровнях и роль распределения поглощенной энергии излучения по ЛПЭ. Это особенно важно для дозиметрии смешанного излучения, для оптимального использования различных видов излучений в мед. радиологии.

Основным понятием Д. и. и. является поглощенная доза излучения - мера плотности энергии, переданной излучением веществу. Другими физ. величинами более узкого применения являются: экспозиционная доза излучения для рентгеновского и гамма-излучений с энергией фотонов до 3 МэВ; эквивалентная доза излучения - в задачах радиационной безопасности (см. Дозы ионизирующих излучений).

Эти физ. величины и единицы их измерения были выработаны в рамках Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям (МКРЕ).

Клиническая дозиметрия ионизирующих излучений

Применение ионизирующих излучений для диагностики и лечения онкол, и других больных требует правильной количественной и качественной оценки характера распределения энергии излучения в облучаемой среде.

Основная задача клин, дозиметрии в лучевой терапии (см.) - выбор и обоснование методов и средств облучения, обеспечивающих наиболее благоприятное для данного больного распределение в теле поглощенной дозы излучения. При лечении онкол, больных эта задача сводится к созданию такого дозного поля (см.), при к-ром патол, очаг и возможные пути метастазирования получат необходимую и достаточную дозу излучения, вызывающую деструкцию опухолевой ткани, при наименьшем поглощении энергии нормальными тканями и особенно жизненно важными органами. Энергия ионизирующего излучения должна быть фракционирована во времени так, чтобы обеспечить наибольший терапевтический эффект.

В лучевой диагностике оптимизация условий облучения сводится к выбору условий и методов облучения, при которых можно получить наиболее полную диагностическую информацию при наименьшей лучевой нагрузке на организм.

Клин, дозиметрия использует расчетные и экспериментальные методы. Расчетные методы основаны на физ. законах взаимодействия ионизирующего излучения с веществом. Их применяют для определения дозы излучения в воздухе с целью характеристики поля излучения источников различной конфигурации и для определения поглощенной дозы в облучаемом теле.

Экспериментальные методы клин, дозиметрии имеют целью получить данные о пространственном распределении поглощенной дозы излучения в облучаемом теле. Для этого используют различные модельные системы - фантомы из тканеэквивалентных материалов (см. Фантом дозиметрический), внутри которых измеряют распределение дозы излучения.

Исходными данными для проведения лучевой терапии являются характеристики пучков излучения в воздухе. Путем систематического дозиметрического контроля (см.) устанавливают мощность экспозиционной дозы на заданных фокусных расстояниях и при определенных полях облучения. Качественный состав излучения определяется эффективной энергией фотонов или слоем половинного ослабления мощности дозы. На основании полученных данных при помощи таблиц относительных глубинных доз или графиков изодоз с учетом условий облучения для данного больного определяют экспозиционную дозу для однородной тканеэквивалентной среды, моделирующей облучаемое тело. Зная качественный состав излучения и свойства тканей, через которые проходит пучок лучей, экспозиционную дозу переводят в поглощенную и, т. о., получают данные о пространственном распределении поглощенной дозы. Учитывая неоднородность тканей человека, в распределение дозы вводят соответствующую поправку. При отсутствии в картах изодоз условий облучения, необходимых для данного больного, или с целью уточнений производят фантомные измерения на специально изготовленном фантоме, воспроизводящем по форме, размерам и составу облучаемый орган или часть тела.

При многопольном и подвижном облучении суммируют дозные поля. Для формирования дозного поля используют различные устройства - решетчатые и клиновидные фильтры, защитные блоки и др. Дозные поля составляют с учетом индивидуальных особенностей больного. При выборе оптимального для данного больного плана лучевой терапии необходимо располагать несколькими условными срезами, проходящими через центр патол, очага в горизонтальном, фронтальном и сагиттальном направлениях. Условные срезы изготавливают на прозрачной бумаге или пленке по данным рентгенол, обследования, обмера внешнего контура больного и атласа анатомических срезов. На условном срезе указывается место расположения патол, очага и жизненно важных органов. Срез накладывают на дозные карты в соответствии с различными вариантами распределения дозы и выбирают оптимальный вариант облучения.

Для суммирования дозных полей и выбора оптимальных условий облучения в практике лучевой терапии широко используют универсальные электронные, цифровые (ЭЦВМ) и аналого-цифровые (АЦВМ) вычислительные машины. Результаты расчетов выдаются на цифропечатающее устройство, фиксирующее полученное дозное распределение с учетом индивидуальных особенностей больного (контура среза и неоднородности тканей).

При решении задач клин, дозиметрии все большее внимание уделяется не только пространственной, но и временной оптимизации, т. е. подведению к очагу не только необходимой и достаточной дозы, но и оптимальному фракционированию поглощенной дозы. Разрабатывается система пространственно-временной оптимизации условий и методов облучения. Эти задачи решаются также на ЭВМ методами динамического программирования.

Дозиметры ионизирующих излучений

Дозиметры ионизирующих излучений - приборы, измеряющие дозу или мощность дозы излучения. Дозиметры различаются и по функциональному назначению, и по принципу действия.

По назначению дозиметры подразделяются на:

1) дозиметры контроля радиационно-химических процессов с диапазоном измерения 10 4 - 10 10 Р;

2) дозиметры для клин, и радио-биол. измерений с диапазоном измерения 1×10 4 P или 0,1×10 3 P/ мин;

3) приборы индивидуального дозиметрического контроля с диапазоном измерения 0,01 - 100 P;

4) приборы для контроля радиационной безопасности (с диапазоном измерения мощности дозы 0,1×10 3 мкР/сек); к ним обычно относят также и радиометры - приборы для измерения ионизирующих излучений, определяющие плотность потока ионизирующих излучений (см. Радиоизотопные диагностические приборы).

По виду регистрируемых излучений различают дозиметры рентгеновского и гамма-излучений, бета-дозиметры, дозиметры нейтронов и дозиметры для измерения смешанных излучений (напр., гамма и n; бета и гамма). К основным параметрам дозиметров относятся: класс точности, диапазон измерения, стабильность показаний во времени, изменение чувствительности по диапазону энергий.

Дозиметр состоит из двух основных функциональных узлов - блока детектирования (детектора) и электронно-измерительного устройства. Блоком детектирования называется устройство, предназначенное для преобразования энергии ионизирующего излучения в другой вид энергии, удобный для измерения. По физ. процессу, происходящему в детекторах под воздействием ионизирующего излучения, различают ионизационные, люминесцентные (обычно выделяют отдельно сцинтилляционные), химические, фотографические, калориметрические, полупроводниковые дозиметры, а также дозиметры с комбинированными детекторами (напр., полупроводник + сцинтиллятор).

Ионизационные дозиметры основаны на использовании электрического поля для собирания ионов, образованных ионизирующим излучением в веществе; их применяют наиболее широко. В простейшем виде ионизационный детектор состоит из двух параллельных пластин, между к-рыми приложено напряжение. Проводимость газа между пластинами зависит от приложенного напряжения. Типы детекторов характеризуются участком вольтамперной характеристики, на к-ром он работает.

В повседневной практике используются так наз. наперстковые ионизационные камеры, работа которых основана на принципе Брэгга - Грея - измерении ионизации газа в микрополости внутри твердого вещества, толщина стенок к-рой больше пробега вторичных электронов. При этом ионизацию газа обусловливают электроны, освобожденные в твердом веществе. Т. о., измеряя ионизацию газа в полости, можно определить мощность дозы или дозу в материале стенки. Если же материал стенки имеет такой же эффективный атомный номер, как воздух (ткань), то определяют экспозиционную дозу фотонного излучения в рентгенах (поглощенную дозу в радах). Воздухо- или тканеэквивалентность материала стенок камеры, к-рая определяет зависимость показаний от энергии излучения («ход с жесткостью» дозиметра), является одним из важных требований, особенно для клин, дозиметрии.

Примером ионизационных дозиметров рентгеновского и гамма-излучений являются дозиметры типа ДИМ-60 (рис. 1), дозиметр ДРГ 2-01 «Витим», дозиметр ДРГ 2-03 (рис. 2 и 3), дозиметр И ДМ Д-1 «Круг», комплект индивидуальных дозиметров КИД-20 и КИД-60.

Клин, дозиметр (измеритель дозы и мощности дозы) ИДМД-1 «Круг» предназначен для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений. Детектор выполнен в виде зонда, позволяющего проводить внутриполостные и фантомные измерения. Объем ионизационной камеры 0,2 см 3 .

Дозиметры КИД-20 и КИД-60 с конденсаторными ионизационными камерами в форме авторучки предназначены для индивидуального контроля и обеспечивают контроль дозы рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне от 0,01 до 50 Р.

Ионизационные дозиметры применяются не только для дозиметрии рентгеновского и гамма-излучений. Разработаны дозиметры для измерения тормозного и электронного излучения высоких энергий, напр, электрометр - измеритель поглощенной энергии и параметров пучка гамма- и электронного излучения ДКС2-01 «Ветлуга», дозиметр ДБМ-1 (рис. 4) и др.

Другие ионизационные дозиметры (и радиометры) основаны на использовании в качестве детектора газоразрядных счетчиков, в которых возникает электрический импульс при прохождении через него заряженных частиц ионизирующего излучения. Эти приборы обладают более высокой чувствительностью к излучению, чем ионизационные камеры, поэтому они применяются при измерении малой мощности дозы. Газоразрядные счетчики нашли большое применение в стационарных и переносных приборах для контроля радиационной обстановки.

В качестве примера можно привести регистрирующий дозиметр ДРГ-3-2еМ (рис. 5).

Люминесцентные дозиметры основаны на радиофотолюминесценции или радиотермолюминесценции, заключающихся в том, что образованные в детекторе-люминофоре под действием ионизирующего излучения носители заряда локализуются в центрах захвата. Благодаря этому происходит накопление поглощенной энергии, к-рая может быть освобождена в виде люминесценции при дополнительном возбуждении. Дополнительное возбуждение может быть вызвано либо освещением люминофора-детектора определенным участком спектра (обычно ультрафиолетовым светом) - радиофотолюминесценция, либо нагревом - радиотермо люминесценция. В качестве детекторов радиофотолюминесцентных дозиметров используются алюмофосфатные стекла, активированные серебром, а в качестве термолюминесцентных детекторов - алюмофосфатные стекла, активированные марганцем, фтористый литий, фтористый кальций, метаборат лития и др. Отличительной особенностью люминесцентных дозиметров является то, что детекторы не связаны с электронным прибором, и их малогабаритность, а дополнительным достоинством - возможность длительного хранения (до нескольких месяцев) дозиметрической информации и суммирования доз при многократных облучениях, что существенно важно при определении суммарной дозы на опухоль за курс лучевой терапии. В дозиметрической практике используются термолюминесцентные дозиметры ИКС-А, ДТМ-2 (рис. 6), ТЕЛДЕ (рис. 7), ТДП-2 и фотолюминесцентный дозиметр ДФМ-1.

Большой чувствительностью обладают сцинтилляционные дозиметры, блок детектирования которых состоит из сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя. Ионизирующее излучение, взаимодействуя с веществом сцинтиллятора, образует в нем электроны, которые, поглощаясь в сцинтилляторе, создают вспышки света. Фотоумножитель преобразует свет в электрический ток, пропорциональный мощности дозы.

Химические дозимeтры основаны на определении хим. изменений, происходящих в некоторых веществах под действием ионизирующего излучения. Для хим. дози-

метрии используются водные р-ры сернокислого железа (ферросульфатный метод), сернокислого церия (цериевый метод), бензола, метиленового голубого, органических соединений галоидов и др. Существенным достоинством хим. дозиметров является тканеэквивалентность ряда хим. систем, используемых в качестве детекторов.

Хим. дозиметр, использующий ферросульфатный р-р, нашел широкое применение в метрологии.

Фотографические дозиметры (ИФК) получили широкое распространение в индивидуальной дозиметрии. В качестве детектора используется рентгеновская пленка (рис. 10). Фотографический метод дозиметрии основан на свойстве ионизирующего излучения воздействовать на чувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету. Этот метод может применяться для регистрации дозы в полях смешанного излучения, включающего гамма- и бета-излучения. Достоинством метода является его документальность, недостатком - большая погрешность измерений, значительный «ход с жесткостью»; кроме того, даже фотопленки одной партии обладают различной чувствительностью к излучению.

Калориметрические дозиметры основаны на измерении количества тепла, выделяемого при поглощении излучения. Калориметрический метод является одним из основных абсолютных методов измерения, с помощью к-рого воспроизводится единица поглощенной дозы ионизирующего излучения. Однако этот метод слишком сложен в техническом отношении, чтобы его можно было рекомендовать для повседневных измерений.

Дозиметры с полупроводниковыми детекторами. В таких детекторах под действием ионизирующего излучения происходит изменение проводимости, так что при этом ток зависит от мощности дозы. Чувствительность полупроводниковых детекторов к ионизирующему излучению значительно выше чувствительности ионизационных камер. Это дает возможность существенно уменьшить размеры полупроводникового детектора, что очень важно для клин, дозиметрии.

Все полупроводниковые детекторы можно разделить на три основные группы: поверхностно-барьерные, диффузионные и литий-дрейфовые. Они отличаются друг от друга в основном только типом чувствительной к ионизирующему излучению части детектора. В дозиметрии используются полупроводники на основе германия, кремния, арсенида галлия, сульфида кадмия и др. Так, напр., в дозиметре «Кремний-1» используется кремниевый полупроводниковый детектор.

Дозиметры с комбинированными детекторами представляют комбинацию полупроводника и сцинтиллятора, что позволяет значительно увеличить чувствительность к ионизирующему излучению. Комбинация полупроводниковых детекторов с различными эффективными атомными номерами (такая же комбинация термолюминесцентных и др. детекторов) дает возможность по разности сигналов детекторов определить качество излучения. Этот метод позволяет широко внедрить в клин, практику нетканеэквивалентные детекторы.

Изодозограф - дозиметр, с помощью к-рого автоматически могут быть получены картины распределения дозы в облучаемом объекте. Представляет собой устройство, состоящее из детектора, измерительного устройства, записывающего устройства и механизма перемещения детектора в тканеэквивалентном фантоме. Существуют изодозографы двух типов: в одних перемещение детектора происходит по линии равных доз (изодозе); в других перемещение осуществляется по заданной программе (обычно это прямоугольный растр). В обоих случаях картина распределения дозы получается в виде семейства изодозных линий. Современный изодозограф - это комплексная дозиметрическая установка, состоящая из собственно изодозографа, промежуточного устройства и вычислительной машины. Информация, полученная со всего поля обследования, наносится на перфокарты, а затем с помощью вычислительной машины осуществляется автоматическое построение дозного поля.

См. также Дозы ионизирующих излучений .

Библиография: Иванов В. И. Курс дозиметрии, М., 1970, библиогр.; Исаев Б.М. и Брегадзе Ю. И. Нейтроны в радиобиологическом эксперименте, М., 1967, библиогр.; Клиническая дозиметрия, Рекомендации Международной комиссии по радиологическим единицам и измерениям, Сер. техн. докл. № 43, Вена, МАГАТЭ, 1965; КронгаузА. Н., Ляпидевский В. К. и Фролова А. В. Физические основы клинической дозиметрии, М., 1969, библиогр.; Моисеев А. А. и Иванов В. И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене, М., 1974; Радиационная дозиметрия, под ред. Дж. Хайна и Г. Браунелла, пер. с англ., М., 1958, библиогр.; Радиационная медицина, под ред. А. И. Бур-назяна, с. 5, М., 1968, библиогр.; T ю-биана М. и др. Физические основы лучевой терапии и радиобиологии, пер. с франц., М., 1969.

М. Ш. Вейнберг; А. Н. Кронгауз (кл.), В. А Волков, Ли Дон Хва (техн.).

Дозиметрия ионизирующих излучений

раздел прикладной ядерной физики, в котором рассматриваются свойства ионизирующих излучений, физические величины, характеризующие поле излучения и взаимодействие излучения с веществом (дозиметрические величины). В более узком смысле слова Д. и. и. - совокупность методов измерения этих величин. Важнейший признак дозиметрических величин - их связь с радиационно-индуцированными эффектами, возникающими при облучении объектов живой и неживой природы. Под радиационно-индуцированными эффектами в общем смысле понимают любые изменения в облучаемом объекте, вызванные воздействием ионизирующих излучений (Ионизирующие излучения). Основной дозиметрической величиной является Доза ионизирующего излучения и ее модификации. Задача Д. и. и. - описание дозного поля, сформированного в живом организме в реальных условиях облучения.

Необходимость разработки Д. и. и. возникла вскоре после открытия Рентгеном (W.К. Röntgen) в 1895 г. излучения, названного его именем (см. Рентгена лучи (Рентгеновское излучение)). Интенсивное накопление данных по биологическому действию рентгеновского излучения, с одной стороны, открывало реальную перспективу его применения в медицине, а с другой - указывало на опасность неконтролируемого облучения живого организма. В результате встал вопрос о дозиметрическом обеспечении практического применения источников ионизирующих излучений. В начале 20 в. основными источниками излучения были и рентгеновские аппараты, и Д. и. и. сводилась фактически к дозиметрии фотонного ионизирующего излучения (рентгеновского и гамма-излучения). Затем по мере развития технических средств ядерной физики, создания и усовершенствования ускорителей заряженных частиц и особенно после пуска в 1942 г. первого ядерного реактора число источников и связанных с ними видов ионизирующих излучений существенно расширились. В соответствии с этим появились методы дозиметрии потоков заряженных частиц, нейтронов, высокоэнергетического тормозного излучения и др. Стал расти и список дозиметрических величин, соответствующих задачам многообразного практического применения ионизирующих излучений различной природы.

Физической основой Д. и. и. является преобразование энергии излучения в процессе его взаимодействия с атомами или их ядрами, электронами и молекулами облучаемой среды, в результате которого часть этой энергии поглощается веществом. Поглощенная энергия является первопричиной процессов, приводящих к наблюдаемым радиационно-индуцированным эффектам, и потому дозиметрические величины оказываются связанными с поглощенной энергией излучения.

Многообразие условий облучения и многофакторный его последствий не позволяют обходиться единственной дозиметрической величиной, приспосабливая ее к изменению этих условий и факторов. Необходим целый дозиметрических величин, из которых в зависимости условий облучения и поставленной задачи выбирают наиболее адекватную меру радиационно-индуцированного эффекта. Примером такой величины является введенный Международной комиссией по радиологическим единицам (МКРЕ) для целей радиационной безопасности показатель эквивалентной дозы (см. Доза ионизирующего излучения) в точке радиационного поля - максимальная эквивалентная внутри тканеэквивалентного шара диаметром 30 см при совмещении центра этого шара с данной точкой. Практическое применение этого показателя встречает определенные трудности, ибо проблему адекватности дозиметрии пока нельзя считать полностью решенной.

При Д. и. и. используют как инструментальные, так и расчетные методы. Все дозиметрические приборы устроены по принципу регистрации радиационно-индуцированных эффектов в некотором модельном объекте - детекторе ионизирующего излучения. В ранний период становления Д. и. и, использовались фотографическое действие ионизирующих излучений, химические превращения и тепла. По мере развития методов регистрации элементарных частиц развивались и методы Д. и. и. В современных условиях используется широкий спектр радиационно-индуцированных эффектов. К уже упомянутым можно добавить ионизационные эффекты в газах и конденсированных средах, изменение электрических свойств полупроводников, деструктивные твердых , люминесценцию, сцинтилляцию и др.

Особое место занимает биологическая использующая в качестве меры дозиметрической величины количественные радиобиологические эффекты, например хромосомные аберрации, изменение морфологического состава крови и другие показатели, однозначно связанные с Д. и. и. (см. Лучевая болезнь , Радиочувствительность).

Методы Д. и. и. можно классифицировать по разным признакам. Так, в зависимости от вида регистрируемого эффекта различают ионизационный, фотографический, химический, люминесцентный, калориметрический, сцинтилляционный методы, метод следов повреждения и др. При этом имеет место однозначная количественная связь между изменением физических или химических свойств детектора излучения и поглощенной энергией. В клинической дозиметрии распространены ионизационные методы, в которых детектором служат , твердотельные люминесцентные кристаллы, полупроводники. Последние привлекают малыми размерами детектора.

В СССР выпускают стационарные, носимые и индивидуальные дозиметрические приборы. Стационарные дозиметры применяют в клинической практике, а носимые наиболее часто используют для оценки радиационной обстановки в целях радиационной защиты. Они имеют автономное и потому могут использоваться в любой обстановке, в т.ч. в полевых условиях. Индивидуальные дозиметры предназначены для оценки дозы, получаемой лицами, работающими в контакте с ионизирующим излучением. Они могут быть прямопоказывающими (рис. а, б ) или состоять из носимых персоналом ионизационных или термолюминесцентных детекторов (в), которых, пропорциональные дозе излучения, определяются на специальном считывающем устройстве.

Клиническая дозиметрия - раздел Д. и. и., занимающийся измерениями и расчетами величин, характеризующих физические и биофизические эффекты облучения больных, получающих лучевую терапию (Лучевая терапия). Основная задача клинической дозиметрии состоит в количественном описании пространственного и временного распределения поглощенной энергии излучения в облучаемого больного, а также в поиске, обосновании и выборе индивидуально оптимизируемых условий его облучения.

Основными понятиями и величинами клинической дозиметрии являются поглощенная доза (см. ионизирующих излучений (Доза ионизирующего излучения)), дозиметрический фантом, . Дозное поле - это пространственное распределение поглощенной дозы (или ее мощности) в облучаемой части тела больного, тканеэквивалентной среде или дозиметрическом фантоме, моделирующем больного по физическим эффектам взаимодействия излучения с веществом, форме и размерам органов и тканей и их анатомическим взаимоотношениям. Информацию о дозном поле представляют в табличном, матричном виде, а также в виде кривых, соединяющих точки одинаковых значений (абсолютных или относительных) поглощенной дозы. Такие кривые называют изодозами, а их семейства - картами изодоз. За условную единицу (или 100%) можно принять поглощенную дозу в любой точке дозного поля, в частности максимальную поглощенную дозу, которая должна соответствовать подлежащей облучению мишени (т.е. области, охватывающей клинически выявленную и предполагаемую зону ее распространения).

Формирование дозного поля зависит от вида и источника излучения, от метода облучения (внешнего, внутреннего, статического, подвижного и др.), телосложения больного, а также от типа радиационного терапевтического аппарата. Поэтому в состав технической документации аппарата входят атлас дозных полей и рекомендации по его практическому использованию. При необходимости (для новых вариантов и сложных планов облучения) в лечебных учреждениях выполняют фантомные измерения дозных полей, пользуясь клиническими дозиметрами с малогабаритными ионизационными камерами или другими (полупроводниковыми, термолюминесцентными) детекторами, анализаторами дозного поля или изодозографами. Термолюминесцентные детекторы используют также для контроля поглощенных доз у больных.

Лучевой совместно с инженером-физиком ведет дозиметрическое планирование - выбирает метод облучения, оптимизирует условия облучения больного путем расчета конкурирующих вариантов дозных полей, определяет технологию облучения на конкретном аппарате, а также осуществляет контроль выполнения принятого плана и его динамическую корректировку в процессе лучевого лечения. В связи с развитием методов и средств вычислительной техники, появлением быстродействующих ЭВМ с большим объемом памяти и средств автоматизированного ввода в ЭВМ исходной графической и текстовой информации о больном происходит постепенный переход от ручного к компьютерному планированию облучения. При этом открываются возможности решения обратной задачи клинической дозиметрии - определения условий облучения по задаваемому врачом дозному полю.

В системе МЗ СССР имеется радиационная метрологическая служба, которая ведет проверку клинических дозиметров и дозиметрическую аттестацию радиационных аппаратов. В 1988 г. в СССР начат переход к метрологическому обеспечению лучевой терапии на основе непосредственных измерений поглощенной дозы в воде, прослеживаемых до государственного первичного эталона единицы ее мощности. Все это способствует повышению точности планирования и осуществления облучения.

Согласно современным международным требованиям, для повышения эффективности лучевой терапии в клинической дозиметрии нужно стремиться к дозированию облучения больного с погрешностью не более 5%, по поглощенной дозе в мишени, а измерения поглощенных доз вести с погрешностью не более 3%.

Библиогр.: Иванов В.И. Курс дозиметрии, М., 1988; Клеппер Л.Я. Формирование дозовых полей дистанциойными источниками излучения, М., 1986, библиогр.; Кронгауз А.Н., Ляпидевский В.К. и Фролова А.В. Физические основы клинической дозиметрии, М., 1969; Ратнер Т.Г. и Фадеева М.А. Техническое и дозиметрическое обеспечение дистанционной гамма-терапии, М., 1982, библиогр.

1. Малая медицинская энциклопедия. - М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг. 2. Первая медицинская помощь. - М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. - М.: Советская энциклопедия. - 1982-1984 гг .

Смотреть что такое "Дозиметрия ионизирующих излучений" в других словарях:

дозиметрия ионизирующих излучений - радиационная дозиметрия — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы радиационная дозиметрия EN radiation dos … Справочник технического переводчика

Основные методы регистрации ионизирующих излучений: ионизационный регистрируются ионы, образованные излучением сцинтилляционный регистрируются световые вспышки, возникающие в специальном материале калориметрический регистрация… … Википедия

- (от греч. dosis доля, порция, приём и metreo измеряю), измерение, исследование и теор. расчёты тех характеристик ионизирующих излучений (и их вз ствия со средой), от к рых зависят радиац. эффекты в облучаемых объектах живой и неживой природы.… … Физическая энциклопедия

ДОЗИМЕТРИЯ - совокупность методов определения (см.) ионизирующих излучений, измерения уровней радиоактивных загрязнений и воздействия радиоактивных излучений на организм человека с помощью (см.) … Большая политехническая энциклопедия

- (от Доза и...метрия) область прикладной ядерной физики, в которой изучают физические величины, характеризующие действие ионизирующих излучений на различные объекты (см. Доза излучения) … Большой Энциклопедический словарь

ДОЗИМЕТРИЯ - ионизирующих излучений, область прикладной ядерной физики, изучающая физические величины, характеризующие воздействие ионизирующих излучений на среду, в том числе на биологические объекты (организмы, ткани), а также методы и средства для… … Ветеринарный энциклопедический словарь

ДОЗИМЕТРИЯ, ДОЗИМЕТРИЯ, и; ж. [от греч. dosis доза и metreō измеряю] 1. Совокупность методов определения дозы радиоактивного излучения. 2. Область прикладной физики, в которой изучаются физические величины, характеризующие действие ионизирующих… … Энциклопедический словарь

Область прикладной физики, в которой изучаются физические величины, характеризующие действие ионизирующих излучении (См. Ионизирующие излучения) на объекты живой и неживой природы, в частности дозы (См. Доза) излучения, а также методы и… … Большая советская энциклопедия

- (см. ..метрия) совокупность методов определения дозы ионизирующих излучений, уровней радиоактивных загрязнений, воздействия радиоактивных излучений на организм человека и т. п.; дозиметрические измерения осуществляются дозиметрами. Новый словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

дозиметрия - I дозиме/трия = дозиметри/я; (от греч. dósis доза и metréō измеряю) 1) Совокупность методов определения дозы радиоактивного излучения. 2) Область прикладной физики, в которой изучаются физические величины, характеризующие действие ионизирующих… … Словарь многих выражений

Ж. Совокупность методов определения дозы ионизирующих излучений, уровня радиоактивных загрязнений, воздействия радиоактивных излучения на организм человека, животного и т.п. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Радиометрия - обнаружение и измерение числа распадов атомных ядер в радиоактивных источниках или некоторой их доли по испускаемому ядрами излучению.

Дозиметрия - измерение рассеяния и поглощения энергии ионизирующего излучения в определенном материале. Доза излуче­ния определяется энергией и видом падающего излучения, а также природой поглощающего материала.

Дозиметрия и радиометрия направлены на решение разных задач, однако объединяют их общие методические принципы обна­ружения и регистрации ионизирующих излучений. В зависимости от характера задач приборы для измерения ионизирующих излучений делятся на три группы:

1) радиометры предназначены для измерения активности ра­диоактивных веществ, плотности потока ионизирующих излучений, удельной и объемной активности газов, жидкостей, аэрозолей, раз­личных объектов внешней среды, пищевых продуктов, а также удельной поверхностной активности;

2) дозиметры предназначены для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и у-излучений, поглощенной дозы излучений, мощности экспозиционной дозы рентгеновского и у-излучений, мощ­ности поглощенной дозы и интенсивности ионизирующих излучений;

3) спектрометры предназначены для измерения распределе­ния излучений по энергии, заряду и массам, а также пространствен­но-временных распределений излучений.

Рассмотрим методы регистрации ионизирующих излучений:

1. Ионизационный метод основан на измерении эффекта взаимодействия излучения с веществом - ионизации газа, запол­няющего регистрационный прибор.

Ионизационные детекторы излучения представляют собой помещенный в герметичную камеру, заполненную воздухом или га­зом, заряженный электрический конденсатор (электроды) для созда­ния в камере электрического поля. Заряженные частицы (а или р), попавшие в камеру детектора, производят в ней первичную иониза­цию газовой среды; у-кванты вначале образуют быстрые электроны в стенке детектора, которые затем вызывают ионизацию газа в камере. В результате образования ионных пар газ становится проводником электрического тока. При отсутствии напряжения на электродах все ионы, появившиеся при первичной ионизации, переходят в ней­тральные молекулы, а при возрастании напряжения под действием электрического поля ионы начинают направленно двигаться, т.е. возникает ионизационный ток. Сила тока служит мерой количества излучения и может быть зарегистрирована прибором. -

При некотором значении напряжения все образованные при излучении ионы достигают электродов, и при увеличении напряже­ния ток не возрастает, т.е. возникает область тока насыщения. Сила ионизационного тока насыщения в данной области зависит от числа первичных пар ионов, созданных ядерным излучением в камере де­тектора. В этих условиях работают ионизационные камеры.

При дальнейшем увеличении напряжения сила тока вновь возрастает, так как образованные излучением ионы, особенно элек­троны, при движении к электродам приобретают ускорения, доста­точные для того, чтобы самим производить ионизацию вследствие соударений с атомами и молекулами газа. Этот процесс получил на­звание ударной или вторичной ионизации, Эту область напряжений называют областью пропорциональности, т.е. областью, где сущест­вует строгая пропорциональность между числом первично образо­ванных ионов и общей суммой ионов, участвующих в создании ионизационного тока. В данном режиме работают пропорциональные счетчики.

При дальнейшем увеличении напряжения сила ионизацион­ного тока уже не зависит от числа первичных пар ионов. Газовое усиление настолько возрастает, что при появлении любой ядерной частицы возникает самостоятельный газовый разряд. Эту область напряжений называют областью Гейгера, в данном режиме работают счетчики Гейгера-Мюллера.

2. Сцинтилляторный метод основан на регистрации фото­электронным умножителем (ФЭУ) вспышек света (сцинтилляций),
возникающих в некоторых веществах (сцинтилляторах) под действи­ем излучения. По составу сцинтилляторы делят на неорганические и
органические, а по агрегатному состоянию - на твердые, пластические, жидкие и газовые.

Из неорганических сцинтилляторов для регистрации излуче­ний широко используют йодистый натрий (цезий), активированный талием - Nal (T1), а также вольфрамат кальция CaWO.», так как они могут быть получены в виде больших монокристаллов. Для реги­страции нейтронов применяют сцинтилляторы из йодистого лития -Lil (Sn).

Органические сцинтилляторы представлены следующими со­единениями: монокристаллы антрацена СцНю, стиблена C M Hi 2 и др.; пластмассы (на основе полистирола и поливинилтолуола); жидкие фосфоры (раствор терфинила) и инертные газы - гелий, аргон, неон и др.

4. Люминесцентный метод основан на накапливании час­ти энергии поглощенного ионизирующего излучения и отдачи его в виде светового свечения после дополнительного воздействия ульт­рафиолетовым излучением (или видимым светом) или нагревом. Под действием излучения в люминофоре (щелочно-галоидных соедине­ниях типа LiF, Nal, фосфатных стекол, активированных серебром) создаются центры фотолюминесценции, содержащие атомы и ионы серебра. Последующее освещение люминофоров ультрафиолетовым светом вызывает видимую люминесценцию, интенсивность которой в диапазоне 0,1-10 Гр пропорциональна дозе, затем достигает максимума (при 350 Гр), а при дальнейшем увеличении дозы падает.

5. Фотографический метод основан на способности излу­чения при взаимодействии с галогенидами серебра (AgBr или AgCI)
фотографической эмульсии восстанавливать металлическое серебро подобно видимому свету, которое после проявления выделяется в виде почернения. При этом степень почернения фотопластинки про­порциональна дозе излучения.

4. Химический метод основан на измерении числа молекул или ионов (радиационно-химический выход), образующихся или пре­терпевших изменение при поглощении веществом излучения.

В химических дозиметрах подобраны вещества с выходом хи­мической реакции, пропорциональным поглощенной энергии ионизи­рующего излучения. В настоящее время широко используется ферросульфатный дозиметр, основанный на реакции окисления под дейст­вием излучения двухвалентного железа в трехвалентное.