Мир Знаний

Методы дозиметрии (стр. 2 из 3)

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

Fe2+ + ОН ->Fe1+ +OH-

Fe2+ + H2O2 -» Fe3+ + ОН + ОН и некоторым другим

Появление Fe3 изменяет оптическую плотность раствора, которая измеряется спектрофотометром (прибором для измерения поглощения видимого света в различных областях спектра).

Изменение оптической плотности зависит от числа образовавшихся в результате облучения и завершения всех реакций ионов трехвалентного железа и служит мерой поглощенной энергии.

Энергия, поглощенная в химическом дозиметре, определяется соотношениями

E=M(Sобл- Sчист)

где Sобл и Sчист — оптическая плотность облученного и необлученного растворов,

M—коэффициент, зависящий от свойств дозиметра и условий облучения

Sобл- Sчист= µ*C*1

где µ —коэффициент поглощения, зависящий от температуры,

С —концентрация ионов трехвалентного железа,

1 — толщина слоя раствора

Таким образом, по изменению оптической плотности раствора можно определить концентрацию продукта, образовавшегося в растворе под действием излучения. Зная концентрацию образованных ионов и радиационно-химический выход реакции их образования, можно легко вычислить поглощенную дозу облучения.

Например, для ферросульфатного дозиметра радиационно-химический выход составляет 15,6 ±0,5.

Основным компонентом данного дозиметра является вода, и эффективный атомный номер по поглощению фотонного излучения для раствора близок к эффективному атомному номеру воды, а следовательно и живой ткани. Поэтому дозиметр практически не имеет хода с жесткостью в диапазоне энергий 100 кэВ — 2 МэВ. Погрешность измерения (особенно при больших дозах) составляет не более 1 %.

В состав химических дозиметров тепловых нейтронов добавляют небольшое количество солей бора или лития. Для учета действия і - фотонов одновременно с нейтронным дозиметром облучают аналогичный дозиметр без добавок бора и лития. Известно некоторое количество различных веществ которые в результате окислительных или восстановительных реакций, протекающих под действием ионизирующего излучения, меняют свою окраску. Если в раствор такого вещества добавить около 10% желатина, а затем раствор охладить, то получится гель-студенистое вещество сохраняющее свою форму. Если облученный гель разрезать на части, то можно получить пространственное распределение поглощенной дозы. Обладая рядом бесспорных преимуществ, химический метод регистрации ионизирующих излучений, тем не менее, крайне редко используется в практической дозиметрии, так как даже у наиболее чувствительных химических дозиметров нижний предел измерения составляет порядка 5 сГр.

Ионизационный метод

Ионизационный метод основан на способности ионизирующего излучения вызывать ионизацию среды. Если взять какое-либо непроводящее электрический ток вещество и поместить его в поле действия ионизирующего излучения, то при взаимодействии излучения с веществом часть энергии передается атомам и молекулам этого вещества и расходуется на их ионизацию. В веществе появляются положительно и отрицательно заряженные ионы. При отсутствии электрического поля ионы рекомбинируют между собой и в результате в веществе устанавливается равновесная концентрация ионных пар (равенство скоростей ионизации и рекомбинации при постоянной интенсивности излучения).