Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Рис. 1.4. Синхро- Синхротронное излучение возникает при тронное излучение взаимодействии ускоренных электронов с ми- 40 шенью, расположенной непосредственно в камере ускорителя. Излучаемая за один оборот электрона энергия возрастает пропорционально четвертой степени энергии электрона при заданном радиусе орбитьг (т. е. при заданном магнитном поле). Изменяя радиус орбиты за счет изменения величины магнитного поля, можно менять долю энергии, уходящей на излучение. Наличие синхротронного излучения является мощным фактором, ограничивающим энергию ускоренных электронов.
Трудности создания устройств, компенсирующих потери на синхротронное излучение, не позволяют строить ускорители, разгоняющие электроны до энергий более 100 ГэВ (такне энергии достигаются за счет использования встречных пучков, где вместо мишени ускоренные электроны взаимодействуют с ускоренными же позитронами). Синхротронное излучение характеризуется непрерывным спектром, ширина которого определяется энергией ускоренных электронов и может захватывать большой диапазон от ультрафиолетового излучения до у-излучения. 1.2.
ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ Результатом воздействия ИИ на облучаемые объекты являются физико-химические и биологические изменения в этих объектах: нагрев тела, фотохимическая реакция рентгеновской пленки, изменение биологических показателей живого организма и т, д. Для качественной оценки указанных изменений вводится ряд понятий 17, 1О, 11, 12, 13, 15, 23, 241. Эффект облучения определяется в основном поглощенной энергией.
Поглощенная доза (доза облучения) .О, — энергия излучения, поглощенная единицей массы НЕ т облучаемого вещества, .0„= —. С увеличением времени растет Ыт и доза облучения Р„. При одинаковых условиях облучения доза зависит от состава облучаемого вещества. Специальная единица измерения дозы облучения — рад (гайа//ол аЬзагЬеЫ Ыозе) — это лоза, соответствующая поглощению 100 эрг суммарного излуче- -2 ния 1 граммом вещества: 1 рад = 100 эрг/г = 10 Дж/кг. В СИ единица поглощенной дозы 1 грей (Гр) = 1 Дж/кг = 100 рад. Скорость поглощения дозы (аО„/й)иначе называют мощностью поглощенной дозы, Гр/с. 41 Основная трудность расчета поглощенной дозы /3„заключается в неоднородности окружающей среды и точности определения коэффициента поглощения.
На практике поглощенную дозу оценивают косвенно по ионизации воздуха вокруг объекта. Для этого /4 вводят понятие экспозиционной дозы Х = — — меры ионизация~ онного воздействия фотонного излучения, т. е. дозы, при которой в одном килограмме сухого воздуха образуется заряд д = 1 Кл. Единица экспозиционной дозы в СИ 1 Кл/кг; специальная единица — 1 рентген (Р) = 2,58 10 Кл/кг; тогда 1 Кл/кг = 3,876 10 Р.
-4 3 Для оценок удобно принимать 1 Р = 0,877 рад = 1 рад. Измеряют экспозиционную дозу при помощи ионизационных детекторов. Поглощенная доза пропорциональна экспозиционной: /3л = /'Х, где / — коэффициент пропорциональности; для воздуха, / = 0,88; для костной ткани / = 1,5...4; для мышечной (мягкой) ткани,/= 1. Таким образом, поглощенная доза в радах численно равна экспозиционной дозе в рентгенах для легких тканей и воды.
Эффект лучевого воздействия на организм зависит от поглощенной дозы, ее фракционирования во времени, от пространственного распределения энергии. Для сопоставления биологического действия различных видов излучения вводится относительная биологическая эффективность излучения (ОБЭ). ОБЭ вЂ” отношение поглощенной дозы /3„, образцового излучения, вызывающего определенный биологический эффект, к поглощенной дозе /3, данного излучения, вызывающей такой же биологический эффект: ОБЭ = /3ь а / Р„. В качестве образцового принято рентгеновское излучение с энергией 200 кэВ. ОБЭ зависит от вида биологического эффекта и конкретных условий облучения.
Для контроля радиационной безопасности при хроническом облучении устанавливают коэффициент качества излучения Д— регламентированное значение ОБЭ для данного вида излучения и его энергии. Проходя через вещество, ИИ высоких энергий оставляют за собой шлейф из множества ионов различной кинетической энергии.
При этом происходит разрушение или повреждение молекул живой ткани. Примем в качестве среднего следующий состав мяг- 42 кой биологической ткани по массе; 76,2 % — кислород; 11,1 %— углерод; 10,1 % — водород; 2,6 % — азот. Тогда для основных типов излучения коэффициент качества составит: Рентгеновское и у-излучение................................................. 1 Электроны и позитроны,!З-излучение................................... 1 Тепловые нейтроны с энергией 20 кэВ ...............,....,............
3 Быстрые нейтроны с энергией 0,1...10 МэВ ............,.......,... !О Протоны с энергией 5 МэВ .. 2 Протоны с энергией < 1О МэВ ................,............................., 10 а-излучение с энергией < 1О МэВ ......................................... 20 Корпускуляриое излучение тяжелых ядер отдачи ............... 20 Отсюда следует, что при одинаковой поглощенной дозе а-излучение гораздо опаснее !3- или 7-излучений. В связи с этим для конкретного вида излучения вводится эквивалентная доза Э вЂ” произведение поглощенной дозы /3„данного вида излучения на соответствующий коэффициент качества Я: Э вЂ” /3лй Единицей СИ эквивалентной дозы является 1 зиверт (Зв)- эквивалент поглощенной дозы 1 Гр.
Специальная единица эквивалентной дозы — 1 бэр; 1 бэр — поглощенная доза любого вида ИИ, которая имеет такую же биологическую эффективность, как 1 рад РИ со средней удельной ионизацией 100 пар ионов на 1 мкм пути в воде. Поскольку а- и !3-излучения задерживаются небольшими слоями вещества, а коэффициент качества для у-излучения равен 1, то для крупных объектов различные единицы измерения соотносятся следующим образом; 1 Зв = 1 Гр = 100 бэр = 87,7 Р = 100 Р, или ! бэр =10 Зв = 1 Р, а также 1 мКл/кг = 4 Р и 1Р = 1 рад =! 1,4 мЗв. Кроме указанных доз вводятся; ° эффективная эквивалентная доза — для определенных органов и тканей (Зв); ° коллективная эффективная эквивалентная доза — для групп людей (чел Зв); ° полувековая доза — оценка риска возникновения нежелательных биологических эффектов за 50 лет профессиональной деятельности человека и т.
д. 43 б рис. 1.5. Дозиметр ДКП-50А: а — обший аил; б — шкала 45 44 С 1 января 2000 г, введены в действие нормы радиационной безопасности НРБ-99. Эта система признает лишь понятия поглощенной дозы (Гр), эквивалентной дозы (Зв), эффективной дозы (Зв). Скорее всего введение этих норм связано со стремлением свести все единицы к СИ.
1.3. ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Дозиметрами называют устройства для измерения доз ИИ или величин, связанных с дозами. Дозиметры состоят из детектора ядерных излучений и измерительного устройства. Обычно они проградуированы в единицах дозы или мощности дозы. В некоторых случаях предусмотрена сигнализация о превышении заданного значения мощности дозы. В зависимости от используемого детектора различают дозиметры ионизационныс, люминесцентные, полупроводниковые, фотодозиметры и др. Они могут быль предназначены для измерения доз какого-либо определенного вида излучения или регистрации смешанного излучения.
Дозиметры для измерения экспозиционной дозы РИ и у-излучения или ее мощности называются ренттенометрами. В качестве детектора у них обычно применяется ионизационная камера. Ионизационная камера представляет собой заполненный воздухом замкнутый объем, в котором помещены положительный и отрицательный электроды. Анодом в ней служит токопроводящий слой, катодом — металлический стержень. К электродам подводится напряжение от источника питания, создающего в камере электрическое поле. Если радиоактивных излучений нет, то воздух в камере не ионизирован и не проводит электрический ток. Под воздействием излучений воздух ионизируется, цепь замыкается и по ней проходит ионизационный ток.
Он поступает в электрическую схему прибора, усиливается, преобразуется и измеряется миллиамперметром, шкала которого оттрадуирована в рентгенах в час или миллирентгенах в час. Заряд, протекающий в цепи камеры, пропорционален экспозиционной дозе, а сила тока — ее мощности. Существуют дозиметры, детекторами которых являются газоразрядные счетчики. Для измерения активности или концентрации радиоактивных изотопов применяют радиометры. Принцип их рабаты такой же, как у детекторов ИИ (камера Вильсона, фотопленка, счетчик Гейгера — Мюллера и т. п.). Рассмотрим прибор контроля радиоактивного облучения — дозиметр ДКП-50А, предназначенный для измерения дозы внешнего облучения людей, находящихся на местности, зараженной радиоактивными веществами.
Дозиметр ДКП-50А (рис. !.5) обеспечивает измерение доз у-излучения в диапазоне от 2 до 50 Р при уровнях радиации от 0,5 до 200 Р/ч. Принцип его действия подобен принципу действия простейшего электроскопа и основан на том же свойстве ионизации среды. Ионизационную камеру и конденсатор перед работой заряжают от зарядного устройства. Поскольку визирная нить и центральный электрод соединены друг с другом, они получают одноименный заряд, и нить под влиянием сил электростатического отталкивания отклоняется от центрального электрода. Отклонение нити зависит от приложенного напряжения. Путем его изменения нить при зарядке необходимо установить на ноль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
