Кіріспе

Сорылатын иондаушы сәулелердің өлшемі. Денсаулық физикасы және радиациялық қорғану салаларындағы радиациялық дозиметрия – объектінің, әдетте адам денесінің сіңіретін иондаушы сәулелену дозасын өлшеу, есептеу және бағалау болып табылады. Бұл ішкі, яғни жұтылған немесе тыныс алған радиоактивті заттар арқылы, немесе сыртқы, яғни радиация көздерінен сәулелену әсерінен туындауы мүмкін. Ішкі дозиметриялық бағалау түрлі мониторинг, биологиялық анализ немесе сәулеленуді бейнелеу техникаларына сүйенеді, ал сыртқы дозиметрия дозиметрмен жүргізілетін өлшемдерге немесе басқа радиациялық қорғау құралдарымен алынған өлшемдерге негізделген қорытындыларға арқау етеді. Радиациялық дозиметрия радиациялық қорғану үшін кеңінен қолданылады; оның ішінде, радиациялық сәулелену күтілетін немесе күтілмеген жағдайларда, мысалы, Үш Майл аралы, Чернобыль немесе Фукусимадағы радиологиялық оқиғалардан кейін, кәсіби жұмыскерлерді бақылау үшін жүйелі түрде қолданылады. Халыққа түсетін доза гамма сәулеленуін өлшеу, радиоактивті бөлшектерді мониторингтеу және радиоактивті ластану деңгейін өлшеу сияқты әртүрлі көрсеткіштер арқылы өлшенеді және есептеледі. Радиациялық дозиметрияның тағы бір маңызды салалары – медицина, онда қажетті емдеу үшін сіңірілген доза және кез келген қосымша сіңірілген доза бақыланады, және қоршаған орта, мысалы, ғимараттардағы радонды мониторингтеу.

Сыртқы доза

Иондаушы сәулеленуден сіңген дозаны өлшеудің бірнеше тәсілі бар. Радиоактивті заттармен жұмыс істейтін немесе сәулеленуге ұшырауы мүмкін адамдар, әдетте, жеке дозиметрлерді алып жүреді. Бұл құрылғылар алынған дозаны тіркеу және көрсету үшін арнайы жасалған. Дәстүр бойынша, бұл бақыланатын адамның сыртқы киіміне бекітілген медальондар болды, ішінде фотопленка орналасқан, ол фильмдік белгіше дозиметрлері деп аталады. Бұлар көбінесе термолюминесценттік дозиметрия (TLD), оптикалық стимуляцияланған люминесценция (OSL) немесе флуоресценттік ядролық іздеуші (FNTD) белгішелері сияқты басқа құрылғылармен алмастырылды. Халықаралық радиациялық қорғау комитетінің (ICRP) ұсынымдарында, егер жеке дозиметр денедегі сәулелену деңгейін көрсететін орналасқан жерге орнатылса, және бүкіл денеге сәулеленуді ескере отырып, жеке доза эквиваленті Hp(10) мәні, радиациялық қорғауға қолайлы тиімді дозаның мәнін бағалау үшін жеткілікті. Жеке доза эквиваленті – жеке дозиметрлермен сәулеленуді өлшеуге арналған сәулелену шамасы. Дозиметрлер, егер олар нормативтік мақсаттар үшін персоналдың дозасын тіркеуге пайдалануға бекітілген болса, «заңды дозиметрлер» деп аталады. Біркелкі емес сәулелену жағдайында, мұндай жеке дозиметрлер дененің нақты белгілі бір аймақтарына сәйкес келмеуі мүмкін, сондықтан алаңдау тудыратын аймақта қосымша дозиметрлер қолданылады. Жартылай өткізгіштік детекторларды және бағдарламаланатын процессор технологиясын пайдаланатын электрондық жеке дозиметрлер (ЭЖД) деп аталатын бірқатар электрондық құрылғылар кеңінен қолданысқа енді. Бұл құрылғылар белгіше ретінде тағылады, бірақ дозаның қарқындылығын және жалпы жиналған дозаның шегінен асып кеткенін дыбыстық және визуалды сигналдармен хабарлай алады. Жергілікті дисплей арқылы пайдаланушыға тіркелген доза мен ағымдағы доза қарқындылығы туралы көптеген ақпаратты дереу беруге болады. Оларды негізгі дербес дозиметр ретінде немесе басқа құрылғыларға қосымша ретінде пайдалануға болады. ЭЖД дозаны нақты уақыт режимінде бақылау үшін өте пайдалы, әсіресе дозаның жоғары қарқындылығы күтілетін жағдайларда, бұл пайдаланушының әсер ету уақытын шектейді. Кейбір жағдайларда, дозаны тиісті адам жұмыс істеген аймақтағы бекітілген құралдардан алынған көрсеткіштер бойынша анықтауға болады. Бұл әдетте жеке дозиметрия жүргізілмеген немесе жеке дозиметр зақымдалған немесе жоғалған жағдайларда ғана қолданылады. Мұндай есептеулер алынған дозаға қатысты пессимистік көзқараспен қарастырылады.

Ішкі доза

Ішкі дозиметрия адам организміне радионуклидтердің түсуінен туындайтын жиынтық дозаны бағалау үшін қолданылады.

Медициналық дозиметрия

Медициналық дозиметрия – сәулелік терапияда сіңірілген дозаны есептеу және дозаны беруді оңтайландыру. Бұл әдетте осы салада мамандандырылған білімі бар кәсіби денсаулық физигі жасаушы. Сәулелік терапияны жоспарлау үшін, сәуле көздерінен шығатын сәулелену медициналық физик өлшейтін пайыздық тереңдік дозасы қисықтары және доза профилі арқылы сипатталады. Сәулелік терапияда үш өлшемді доза таралуы көбінесе гель дозиметриясы деп аталатын техникамен бағаланады.

Қоршаған ортаға арналған дозиметрия

Қоршаған ортада сәулелену дозасының маңызды шамада түзілуі мүмкін болған жағдайларда қоршаған ортаның дозиметриясы қолданылады. Мысалы, радонды бақылау. Жалпы халықтың сәулеленуге ұшырауының ең ірі көзі – табиғи радон газы, ол жылдық фонолық дозаның шамамен 55% құрайды. АҚШ-та өкпе қатерлерінің 10%-ы радонға байланысты деп есептеледі. Радон – уранның ыдырауы нәтижесінде пайда болатын радиоактивті газ. Жер қыртысының құрамында әртүрлі мөлшерде кездесетін уранның ыдырауынан радон пайда болады. Геологиялық құрылысының ерекшелігіне байланысты, кейбір географиялық аймақтарда радон үнемі түзіліп, Жер бетіне таралады. Газ жиналатын ғимараттарда доза маңызды деңгейге жете алады. Ғимараттағы адамдардың алған дозасын бағалау үшін бірнеше мамандандырылған дозиметриялық техникалар қолданылады.

Сәулеленудің мониторингі

Заңдық дозиметрия нәтижелерінің тізімдері әдетте белгілі бір мерзімге сақталады, бұл олар қолданылатын елдің заңнамалық талаптарына байланысты. Медициналық сәулелену мониторингі – радиологиялық жабдықтан доза туралы ақпаратты жинау және медициналық жағдайларда қажетсіз дозаны азайту мүмкіндіктерін анықтауға көмектесетін деректерді пайдалану практикасы. Радиациялық қорғау және дозиметриялық бағалау салаларында қолдану үшін Халықаралық радиологиялық қорғау комиссиясы (ICRP) және Халықаралық радиациялық бірліктер мен өлшемдер жөніндегі комиссия (ICRU) оларды есептеу үшін пайдаланылатын ұсыныстар мен деректерді жариялаған.

Теңдес доза

Белгілі бір биологиялық әсерді тудыратын сіңірілген доза, фотондар, нейтрондар немесе альфа-бөлшектер сияқты әртүрлі сәулелену түрлері арасында өзгеше болады. Бұл ескеріледі эквивалентті доза (H) арқылы, ол R сәулелену түрімен T органына тигізетін орташа дозаны (DT,R) WR салмақ коэффициентіне көбейту арқылы анықталады. Бұл сәулелену түрінің биологиялық тиімділігін (RBE) ескеру үшін жасалған. Доза бүкіл орган бойынша орташаланғандықтан, эквивалентті доза сәулеленудің жедел әсерін немесе сәулелік терапияда ісік дозасын бағалау үшін сирек қолданылады. Стохастикалық әсерлерді бағалау кезінде, дозаның сызықтық байланысын ескере отырып, орташалау ешқандай өзгеріс жасамауы керек, себебі берілген энергияның жалпы мөлшері өзгермейді. +WR сәулелену салмақ коэффициенттері (бұрынғы Q коэффициенті) ICRP есебі 103-ке сәйкес салыстырмалы биологиялық тиімділікті көрсету үшін қолданылады. Радиациялық энергия WR (бұрынғы Q) рентген сәулелері, гамма сәулелері, бета сәулелері, мюондар 1 нейтрондар < 1 МэВ 2.5 + 18.2·e−[ln(E)]²/6 1 МэВ – 50 МэВ 5.0 + 17.0·e−[ln(2·E)]²/6 > 50 МэВ 2.5 + 3.25·e−[ln(0.04·E)]²/6 протондар, зарядталған пиондар 2 альфа сәулелері, ядролық бөліну өнімдері, ауыр ядролар 20.

Тиімді доза

Тиімді доза – радиологиялық қорғаныс үшін қолданылатын, стохастикалық денсаулық салдарының қабылдауға болмайтын деңгейден төмен ұсталып тұруын және тіндердің реакцияларының алдын алуды қамтамасыз ету мақсатындағы сәулелену шектерін белгілеуге арналған негізгі доза шамасы. Дене мүшелерінің әртүрлі бөліктеріне тиетін локальді әсерлерді (мысалы, кеуде рентгені мен бас КТ-сін салыстыру) немесе бірдей дене мүшесіне тиетін, бірақ әртүрлі әсер ету үлгілерін (мысалы, жүрек КТ-сі мен жүрекке арналған ядролық медициналық сканилеуін салыстыру) салыстыру қиын. Бұл мәселені шешудің бір жолы – локальді дозаны бүкіл дене бойынша орташалау. Алайда, бұл тәсілдің қиындығы – қатерлі ісік тудырудың стохастикалық тәуекелі тіндерге қарай өзгереді. Тиімді доза осы айырмашылықты ескеру үшін әрбір тіндік үшін нақты салмақ коэффициенттерін (WT) қолдану арқылы жасалған. Тиімді доза – локальді әсер етумен бірдей тәуекел беретін бүкіл денеге тиетін эквивалентті дозаны көрсетеді. Ол әрбір ағзаға тиетін эквивалентті дозалардың (HT) қосындысы ретінде анықталады, олар тиісті тіндік салмақ коэффициентімен (WT) көбейтіледі. Салмақ коэффициенттерін Халықаралық радиологиялық қорғау комиссиясы (ICRP) әрбір ағза үшін қатерлі ісік тудыру қаупіне, сондай-ақ осымен байланысты өлім-жітімге, өмір сапасына және жоғалған өмір жылдарына сүйене отырып есептейді. Сәулелену ошағынан алыс орналасқан ағзалар аз ғана эквивалентті дозаны алады (көбінесе шашыраңқы сәулеленуден), сондықтан олар тиімді дозаға үлкен үлес қоспайды, тіпті олар үшін салмақ коэффициенті жоғары болса да. Тиімді доза – «эталондық» адам үшін стохастикалық тәуекелдерді бағалау үшін қолданылады, ол халықтың орташа көрсеткіші болып табылады. Бұл әдіс жеке медициналық сәулеленудің стохастикалық тәуекелін бағауға жарамсыз және жедел сәулелену әсерлерін бағау үшін қолданылмайды. + Әртүрлі ағзалар үшін салмақ коэффициенттері Ағзалар Тіндердің салмақ коэффициенттері ICRP30(I36) 1979 ICRP60(I3) 1991 ICRP103(I6) 2008 Жыныс бездері 0,25 0,20 0,08 Қызыл сүйек миы 0,12 0,12 0,12 Ішек 0,12 0,12 Өкпе 0,12 0,12 Асқазан 0,12 0,12 Сүт бездері 0,15 0,05 0,12 Несеп қуығы 0,05 0,04 Бауыр 0,05 0,04 Қабыршақ безі 0,05 0,04 Қалқанша безі 0,03 0,05 0,04 Тері 0,01 0,01 Сүйек беті 0,03 0,01 0,01 Сылқыш бездері 0,01 Ми 0,01 Денедегі қалған бөлік 0,30 0,05 0,12

Доза мен көздің немесе өрістің күш-қуаты

Сәулелену дозасы – материяға жұмсалатын энергия мөлшері және/немесе сәулеленудің биологиялық әсерлері, оны сәулелену көзінің радиоактивті белсенділігінің бірлігімен (беккерель, Bq) немесе сәулелену алабының күшімен (флюенс) шатастыруға болмайды. Сиверт туралы мақалада доза түрлері мен оларды есептеу тәсілдері туралы толық мәлімет берілген. Сәулелену көзіне ұшырау нәтижесінде алынатын доза көптеген факторларға байланысты болады, мысалы, белсенділік, ұшырау ұзақтығы, сәулеленудің энергиясы, көзден қашықтық және қорғаныш деңгейі.

Қорғау сәулелері

Адам үшін әлемдік орташа фондық доза жылына шамамен 3,5 мСв құрайды, негізінен ғарыш сәулеленуінен және жердегі табиғи изотоптардан. Халықтың жалпы радиацияға ұшырауының ең үлкен көзі – табиғи радон газы, ол жылдық фондық дозаның шамамен 55% құрайды. АҚШ-та өкпе қатерлі ісіктерінің 10%-ы радонға байланысты деп есептеледі.

Өлшеу аспаптарын калибрлеу стандарттары

Адам денесі шамамен 70% судан тұратындықтан және оның тығыздығы шамамен 1 г/см³-қа жуық болғандықтан, доза өлшемі әдетте суға шаққандағы доза ретінде есептеліп, калибрленеді. Ұлттық физикалық зертхана (ҰБЛ) сияқты ұлттық стандарттар зертханалары иондау камералары және басқа да өлшеу құралдары үшін калибрлеу коэффициенттерін ұсынады, олар құрал көрсеткіштерінен сіңірілген дозаға айналдыруға мүмкіндік береді. Стандарттау зертханалары негізгі стандарт ретінде жұмыс істейді, ол әдетте абсолютті калориметрия арқылы (энергияны сіңірген кезде заттардың жылуы) калибрленеді. Пайдаланушы өзінің екіншілік стандартын зертханаға жібереді, онда ол белгілі мөлшерде сәулеленуге (негізгі стандарттан алынған) ұшыратылады және құрал көрсеткіштерін осы дозаға аудару үшін коэффициент беріледі. Пайдаланушы содан кейін екіншілік стандартын пайдаланып, өзге құралдар үшін калибрлеу коэффициенттерін анықтайды, олар үшіншілік стандарттарға немесе далалық құралдарға айналады. ҰБЛ абсолютті фотон дозиметриясы үшін графит калориметрін пайдаланады. Графит судың орнына қолданылады, себебі оның меншікті жылу сыйымдылығы судың алтыдан бір бөлігіне тең, сондықтан графиттегі температураның өсуі судағыға қарағанда 6 есе жоғары болады және өлшеулер дәлдірек. Графитті қоршаған ортадан оқшаулап, температураның шағын өзгерістерін өлшеуде елеулі қиындықтар туындайды. Адам үшін қаулы дозасы шамамен 10–20 Гр құрайды. Бұл килограммға 10–20 джоуль. 1 см³ графиттің 2 грамм салмағы шамамен 20–40 мДж сіңіреді. Шамамен 700 Дж·кг⁻¹·К⁻¹ меншікті жылу сыйымдылығымен бұл температураның 20 мК-қа өсуіне тең. Радиотерапиядағы дозиметрлер (сыртқы сәулелік терапиядағы линейдік бөлшектер үдеткіші) әдетте иондау камераларын, диодтық технологияны немесе гельдік дозиметрлерді пайдалану арқылы калибрленеді.

Сәулеленумен байланысты мөлшерлер

Төмендегі кестеде сәулелену шамалары SI және SI емес бірліктерде көрсетілген. АҚШ Ядролық реттеу комиссиясы SI бірліктерімен қатар кури, рад және рем бірліктерін пайдалануға рұқсат бергенімен, Еуропалық Одақтың өлшем бірліктері туралы директивалары оларды "халық денсаулығы үшін" қолдануды 1985 жылдың 31 желтоқсанына дейін жоюды талап етті.