Реферат: Методы дозиметрии

Развитие дозиметрии первоначально определялось необходимостью защиты человека от ионизирующих излучений. Вскоре после открытия рентгеновских лучей были замечены биологические эффекты, возникающие при облучении человека. Появилась необходимость в количественной оценке степени радиационной опасности. В качестве основного количественного критерия была принята экспозиционная доза, измеряемая в рентгенах и определяемая по величине ионизации воздуха.

С открытием радия было обнаружено, что и излучения радиоактивных веществ вызывают биологические эффекты, похожие на те, которые вызываются рентгеновским излучением. При добыче, обработке и применении радиоактивных препаратов возникает опасность попадания радиоактивных веществ внутрь организма. Развились методы измерения активности радиоактивных источников (число распадов в секунду), являющиеся основой радиометрии.

Разработка и строительство ядерных реакторов и ускорителей заряженных частиц, развитие ядерной энергетики и массовое производство радиоактивных изотопов привели к большому разнообразию видов ионизирующих излучений и к созданию многообразных дозиметрических приборов (дозиметров).

Исследования биологического действия ионизирующих излучений на клеточном и молекулярном уровнях вызвали развитие микродозиметрии, исследующей передачу энергии излучения микроструктурам вещества.

Методы дозиметрии

У человека в процессе эволюции не выработалось органов чувств, способных к специфическому восприятию ионизирующих излучений, которые невидимы, не имеют цвета, запаха, а также не действуют немедленно поражающе, подобно электрическому току. Поэтому обнаружение и измерение ионизирующих излучений возможно главным образом с помощью различных детекторных приборов, регистрирующих эффект действия излучений на физические, химические, биологические и другие свойства, на которых основаны методы измерения.

Биологические методы

Вид преобразований в облученном веществе зависит от типа ионизирующего излучения. Поток заряженных и частиц, проходя через вещество, взаимодействует, в основном, с электронами атомов и передает им свою энергию, которая расходуется на отрыв электрона от атома (ионизация) и возбуждение атома (переход одного из электронов с ближних орбит на более удаленную от ядра оболочку). При этом энергия частиц распределяется на эти два процесса примерно пополам.

Табл. 1 Пробег и частиц в мышечной ткани

Энергия частиц, МэВ	Пробег, мм
	частицы	частицы
0,1	-	0,1
0,3	-	0,7
0,5	-	1,4
0,6	-	1,7
1,0	0,003	3,5
1,2	0,004	4,3
2,0	0,01	8,0
2,3	0,012	9,6
3,0	0,015	12,5
3,5	0,02	14,5
5,0	0,05	-

Из таблицы 1 видно, что если радиоактивный элемент не находится внутри организма, частицы через неповрежденную кожу практически проникнуть не могут.

Число ионизированных и возбужденных атомов, образуемых частицей на единице длины пути в среде, в сотни раз больше, чем у частицы. Это обусловлено тем, что масса частицы примерно в 7000 раз больше массы частицы (электрона) и, следовательно, при одной и той же энергии ее скорость значительно ниже (в воздухе - порядка 20000 км/с и 220000-270000 км/с соответственно). Очевидно, что чем меньше скорость частицы, тем больше ее вероятность взаимодействия с атомами среды, следовательно, и больше потери энергии на единице пути и меньше пробег. Из табл. 2 следует, что пробег частиц в мышечной ткани в 1000 раз меньше, чем пробег частиц той же энергии. Из этой же таблицы ясно, что и излучения значимый вред живому организму приносят при попадании внутрь его, а при попадании на кожу – при высокой концентрации и длительном времени воздействия.

Нейтрино, возникающие при каждом распаде ядра, не имеют массы покоя и заряда и со средой не взаимодействуют. кванты, являющиеся очень высокочастотным электромагнитным излучением, производят в среде и живом организме ионизацию, в сотни раз меньшую, чем частицы. Их проникающая способность, в отличие от заряженных частиц, очень велика. Принципиально по - иному происходит взаимодействие нейтронов с веществом. Они взаимодействуют не с электронными оболочками атома, а с ядром, передавая ему часть энергии. Вылетевшее положительно заряженное ядро производит ионизацию среды. Кроме этого, часть нейтронов малой энергии может захватываться ядром с мгновенным излучением кванта или же с образованием новых радиоактивных элементов в облучаемой среде.

Таким образом, для любого вида ионизирующих излучений, первичными процессами, которые происходят в среде, являются ионизация и возбуждение. Поэтому биологические эффекты, наблюдаемые под воздействием заряженных частиц, нейтронов и квантов, обусловлены не их физической природой, а тем более их источником (различные естественные и техногенные радионуклиды, генераторы излучений), а количеством поглощенной энергии и ее пространственным распределением (микрогеометрией), характеризуемыми линейной плотностью ионизации. Чем выше линейная плотность ионизации или, иначе, линейная передача энергии (ЛПЭ), тем больше степень биологического повреждения. Эта степень определяет относительную биологическую эффективность (ОБЭ) различного рода излучений.

Биологическое действие излучения является основой биологической дозиметрии и используется главным образом для установления ОБЭ — относительной биологической эффективности различных видов излучения. Биологические методы дозиметрии базируются на определении морфологических и функциональных изменений, возникающих в организме под влиянием облучения. Величину дозы оценивают по уровню летальности животных, изменению окраски кожи, выпадению волос, появлению или увеличению содержания некоторых веществ в моче, изменению количества кровяных клеток, т.е. состава крови и др. Биологические методы не очень точны.

Физические методы

Физические методы дозиметрии основаны на оценке степени ионизации вещества под влиянием ионизирующих излучений, изменения его электропроводности, характера свечения и др.

В процессе ионизации вещества наступает изменение его электропроводности. Так, газы в обычных условиях практически не обладающие электропроводностью, в момент ионизации становятся хорошими проводниками электричества. Ионизационные методы дозиметрии основаны на том, что число образованных пар ионов в каком-либо определенном объеме вещества находится в прямой зависимости от количества поглощенного в нем излучения. Другими словами, мерой количества ионизирующего излучения является ионизация, которая возникает в результате поглощения энергии излучения в веществе.

В практике дозиметрии радиоактивных излучений применяются два типа приборов: дозиметры для измерения дозы или мощности дозы, работающие на принципе определения суммарного эффекта ионизации в данном объеме, и счетчики радиоактивных излучений, позволяющие регистрировать действие отдельных частиц, или квантов.

Химические методы

Химический метод дозиметрии основан на измерении числа молекул ионов, образующихся или претерпевших изменения при поглощении веществом излучения. Число образующихся молекул или ионов (выход радиационно-химической реакции) пропорционально поглощенной дозе излучения.

где: D — доза излучения; К—коэффициент пропорциональности; С — концентрация продукта радиационно-химической реакции; B — плотность вещества, подвергшегося облучению;

G — (выход продукта) — выражается числом молекул атомов, ионов или свободных радикалов, образующихся или расходуемых при поглощении энергии 100 эВ; Радиационно-химический выход вещества можно разделить на четыре группы:

• G< 0,1

• 0,1 < G < 20

• 20 < G < 100

•G>100

Высокий выход в веществах 3-й и 4-ой групп обусловлен, как правило, цепными химическими реакциями. Для целей дозиметрии наиболее пригодны вещества 2-й и 3-й групп, так как имеют лучшую воспроизводимость результатов и меньше чувствительны к влиянию освещения, примесей и колебаний температуры.

Многие химические дозиметры представляют собой водные растворы некоторых веществ. Наиболее распространенной химической системой применяемой при дозиметрии ионизирующих излучений является раствор соли FeSO4 в разбавленной серной кислоте. В растворе в результате электролитической диссоциации присутствуют ионы двухвалентного железа Fe2+. Под действием излучения происходит радиолиз воды (ионизация) с образованием свободных радикалов H, ОН, и окислителей, которые окисляют двухвалентное железо до трехвалентного по реакциям