Dosimetri joniserande strålning. Metoder för dosimetri och spektrometri av joniserande strålningsdetektering och dosimetri joniserande strålning

AI har inte lukt, smak eller andra egenskaper som tillåter person att registrera dem. För att mäta AI: s kvantitativa och kvalitativa egenskaper används olika metoder baserade på registrering av strålningsinteraktionseffekter med ett ämne.

Dosimetrar är enheter som är utformade för att mäta dosen eller dosen hos AI. Grunden för dessa anordningar är registrering och kvantitativ bedömning av jonisering, scintillation, fotografiska, kemiska och andra effekter som härrör från interaktionen mellan AI med ämnet.

Grundläggande grupper av dosimetrar:

Œ Klinisk - att mäta AI i arbetsstrålen. Används för att förbereda strålbehandling och i färd med bestrålning.

Dosimetrar av skyddskontroll - för att mäta doshastigheten för flera strålningar på arbetsplatser (i strålningssäkerhetssystemet). Dessa dosimetrar måste replikera direkt.

Ž Individual - Att kontrollera bestrålning av personer som arbetar inom AI-området.

Dosimetri Metoder:

ü Biologiskt bygger på bedömningen av de reaktioner som uppstår i vävnaderna när de bestrålas med en specifik dos av AI (Erytime-dos, epileringsdos, en dödlig dos). Är ungefärliga och används huvudsakligen i experimentell radiobiologi.

ü Kemikalier består i registrering av irreversibla kemiska reaktioner som uppstår i vissa ämnen under påverkan av bestrålning (radiokemisk metod, fotografisk metod).

Radiokemisk metod - Baserat på reaktionen av oxidation av bivalent järn i det trivalenta under AI-verkan
(Fe 2+ Fe 3+), vilket leder till en färgförändring (transparens). Ferrortyulfat dosimetrar används. Eftersom sortimentet av dessa dosimetrar är mycket stort (från 20 till 400 g) används de endast för nödsituationer.

Fotografisk metod - Under påverkan av AI är röntgenfilmen blaracing, vars grad är proportionell mot strålens absorberade energi. Med densitet av flammande kan du döma bestrålningens dos. Nackdelen med denna metod är beroendet av dosimeterns vittnesbörd från den kvalitativa kompositionen av strålning. Noggrannheten att bestämma dosen av låg. Med hjälp av fotofilmdosimetrar är det lämpligt att konfigurera korrespondensen hos ljus- och strålningsfältet på anordningarna för strålterapi.

ü Fysikaliskt - baserat på AI: s förmåga att orsaka jonisering av ämnet och vrid elektriskt neutral gas i det elektriskt ledande mediet (joniseringskammare, gasutloppsdos, scintillationsdosimeter, termoluminescerande dosimeter, halvledardetektorer).

Scintillation dosimetrar. Kristallerna av jodid natriumaktiverad av tallium används. Om de kommer till dem uppstår ljusblinkar, som omvandlas till elektriska pulser, förstärks och registreras genom att räkna anordningar. Scintillation Dosimetrar gäller inte i klinisk dosimetri på grund av sin stora volym och hög känslighet, vilket gör det möjligt att rekommendera deras användning i skyddsdosimetri.

Temolyuminescerande dosimetrar (tld). Några fasta kristallina substanser under åtgärden är kapabla att lumin. Dosen bestäms av glödens intensitet. TLD-talet är liten i volym, är indirekt-namn (dosen ackumuleras under en tid). Används i kraft i klinisk dosimetri (dosmätning på patienten, i kroppshålan) och som enskilda dosimetrar.

Joniseringskammare- Det här är en kondensor. Den består av två elektroder, utrymmet mellan vilket är fyllt med luft. Under luften är luften joniserad, en elektrisk ström uppstår. Storleken på styrkan hos strömmen kommer att bedömas av dosen. Dosimetrar baserade på joniseringsmetoden är för närvarande vanligast. Används i kraft i klinisk dosimetri, i dosimetri av skydd och individuell dosimetri.

Gasutloppsdisk. Också använd joniseringseffekt av strålning. Men en signifikant större spänning summeras upp till elektroderna i gasutloppsräknaren. Därför förvärvas de elektroner som bildas i mätaren under bestrålning större energi och orsaka massjonisering av atomer och gasmolekyler. Detta gör att du kan registrera dig med hjälp av gasavladdningsdiskar mycket små doser av AI.

Halvledare (kristallina) dosimetrar. Ändra ledningsförmågan beroende på doshastigheten. Allmänt användes tillsammans med joniseringsdosimetrar.

Dosimetri joniserande strålning - Sektionen av tillämpad kärnfysik, där egenskaperna hos joniserande strålning beaktas, de fysikaliska kvantiteterna som karakteriserar strålningsfältet och samspelet mellan strålning med substans (dosimetrivärden). I en smalare känsla av ordet D. och. och. - En uppsättning metoder för att mäta dessa kvantiteter. Det viktigaste tecknet på dosimetriska kvantiteter är deras förbindelse med strålningsinducerade effekter som uppstår vid bestrålning av föremål för levande och livlig natur. Under de strålningsinducerade effekterna i den allmänna bemärkelsen, eventuella förändringar i det bestrålade objektet som orsakas av effekten joniserande strålning . Det huvudsakliga dosimetriska värdet är dos av joniserande strålning och dess modifieringar. Uppgift D. och. och. - Beskrivning av det dosiska fältet som bildas i en levande organism i reella bestrålningsförhållanden.

Behovet av att utveckla D. och. och. Det kom strax efter öppnandet av röntgen (W.K. Rö Ntgen) år 1895 kallade strålningen den med namnet (se Röntgenstrålar ). Intensiv ackumulering av data om den biologiska effekten av röntgenstrålning, å ena sidan, öppnade den verkliga framtiden för användningen i medicin, och å andra sidan indikerade risken för okontrollerad bestrålning av en levande organism. Som ett resultat uppstod frågan om den dosimetriska tillhandahållandet av den praktiska tillämpningen av källor för joniserande strålning. I början av 1900-talet De viktigaste strålkällorna var radium- och röntgenapparat och D. och. och. Faktum är att det faktiskt reducerades till dosimetrin av fotonjoniserande strålning (röntgen- och gammastrålning). Sedan, som det tekniska sättet för det tekniska sättet att nukleär fysik, skapas och förbättras den första kärnreaktorn, ökade antalet källor och besläktade arter av joniserande strålning avsevärt. I enlighet med detta började metoder för dosimetriflöden av laddade partiklar, neutroner, hög-energibromstrålning etc. växa och en lista över dosimetrivärden som motsvarar problemen med den mångsidiga praktiska tillämpningen av joniserande strålning av olika natur.

Fysisk bas D. och. och. Det är omvandlingen av strålningsenergin i processen med dess interaktion med atomer eller deras kärnor, elektroner och molekyler av det bestrålade mediet, vilket en del av denna energi absorberas av substansen. Den absorberade energin är den grundläggande orsaken till processer som leder till observerade strålningsinducerade effekter, och därför är dosimetrivärden associerade med absorberad strålningsenergi.

Mångfalden av bestrålningsförhållanden och den multifaktoriska karaktären av dess konsekvenser tillåter inte det enda dosimetriska värdet, anpassning av det till en förändring av dessa förhållanden och faktorer. Ett stort antal dosimetriska värden behövs, av vilka, beroende på bestrålningsförhållandena och uppgiften, väljer det mest adekvata måttet på den strålningsinducerade effekten. Ett exempel på detta värde introduceras av den internationella kommissionen om radiologiska enheter (sorg) för strålningssäkerhetsindikator för en ekvivalent dos (se Dos av joniserande strålning ) Vid strålningsfältets punkt - den maximala ekvivalenta dosen inuti vävnadsbältet med en diameter av 30 centimeter Vid kombination av mitten av denna boll med denna punkt. Den praktiska tillämpningen av denna indikator uppfyller vissa svårigheter, eftersom problemet med tillräcklighet av dosimetri inte kan anses vara helt löst.

Vid D. och. och. Använd både instrumental och beräknade metoder. Alla dosimetriska anordningar är anordnade på principen om registrering av strålningsinducerade effekter i ett visst modellobjekt - en joniserande strålningsdetektor. Under den tidiga perioden av bildandet av D. och. Och fotografisk verkan av joniserande strålning, kemiska transformationer och värmelastning användes. Som metoderna för registrering av elementära partiklar, utvecklade och utvecklade D. D.. och. I moderna förhållanden används ett brett spektrum av strålningsinducerade effekter. Du kan lägga till joniseringseffekter i gaser och kondenserade medier som redan nämnts, ändra de elektriska egenskaperna hos halvledare, destruktiv skada på fasta ämnen,

Luminescens, scintillation, etc.

En speciell plats är upptagen av biologisk dosimetri med användning av ett dosimetrivärde av kvantitativa radobiologiska effekter, såsom kromosomala avvikelser, en förändring i den morfologiska sammansättningen av blod och andra indikatorer entydigt relaterade till D. och. och. (centimeter. Strålsjuka , Radiokänslighet ).

Metoder D. och. och. Kan klassificeras av olika funktioner. Således, beroende på vilken typ av inspelad effekt, jonisering, fotografiska, kemiska, luminescerande, kalorimetriska, scintillationsmetoder, metod för spår av skada etc. Det finns en entydig kvantitativ förbindelse mellan förändringen i strålningens fysikaliska eller kemiska egenskaper detektor och den absorberade energin. I kliniska dosimetri är joniseringsmetoder vanliga, i vilka joniseringskammaren betjänas av detektorn, fasta fluorescerande kristaller, halvledare. Den senare lockar små detektorstorlekar.

Sovjetunionen producerar stationära, bärbara och individuella dosimetriska enheter. Stationära dosimetrar används i klinisk praxis, och bärbara används oftast för att bedöma strålningssituationen för strålskyddsändamål. De har autonom mat och kan därför användas i någon atmosfär, inkl. på fältet. Individuella dosimetrar är utformade för att utvärdera dosen som erhålls av personer som arbetar i kontakt med joniserande strålning. De kan vara okomplicerade ( fikon. A, B. ) Eller består av bärbar joniseringspersonal eller termoluminescerande detektorer (B), vars vittnesbörd, proportionell dos av strålning, bestäms på en speciell läsanordning.

Klinisk dosimeter - Avsnitt D. och. och. Mätningarna och beräkningarna av de värden som karaktäriserar de fysiska och biofysiska effekterna av bestrålning av patienter som mottar rauchery terapi . Huvuduppgiften för den kliniska dosimetinet består i en kvantitativ beskrivning av den rumsliga och temporära fördelningen av den absorberade energin av strålning i patientens bestrålning,

såväl som i sökningen, motiveringen och urvalet av individuellt optimerade förutsättningar för bestrålning.

De viktigaste koncepten och värdena för klinisk dosimetri absorberas dos (se Dos av joniserande strålning ), dosiskt fält, dosimetrisk phantom, mål. Det dosiska fältet är den rumsliga fördelningen av den absorberade dosen (eller dess effekt) i den bestrålade delen av patientens kropp, vävnadsmaterialet eller dosimetrifantom, som simulerar patientens kropp enligt de fysiska effekterna av reaktionen av strålning med substans, form och storlek av organ och vävnader och deras anatomiska relationer. Information om det dosiska fältet är närvarande i tabell, matris, såväl som i form av kurvor som förbinder punkterna av samma värden (absoluta eller relativa) absorberade doser. Sådana kurvor kallas Isoozami, och deras familjer är Isodoz-kort. För den villkorliga enheten (eller 100%) är det möjligt att ta den absorberade dosen vid vilken som helst punkt av det dosiska fältet, i synnerhet den maximala absorberande dosen, som måste överensstämma med målet som bestrålas (dvs. områden som täcker den kliniskt detekterade och avsedd zon av dess distribution).

Bildandet av det dosiska fältet beror på typen och källan till strålning, på bestrålningsmetoden (extern, intern, statisk, rörlig, etc.), patientens kroppsbyggnad, liksom från typen av strålningsterapeutisk apparat. Därför innefattar den tekniska dokumentationen av apparaten Atlas av dosfält och rekommendationer för dess praktiska användning. Vid behov (för nya alternativ och komplexa bestrålningsplaner) utförs fantommätningar av dosfält i terapeutiska institutioner, med användning av kliniska dosimetrar med småstora joniseringskammare eller andra (halvledar, termoluminescerande) detektorer, en ringfältanalysatorer eller isozzographer. Termoluminescerande detektorer använder också för att styra absorberade doser hos patienter.

Strålningsterapeuten i samband med läkaringenjören leder dosimetriplanering - väljer bestrålningsmetoden, optimerar betingelserna för bestrålning av patienten genom att beräkna de konkurrerande alternativen för dosiska fält,

Bestämmer exponeringstekniken på en specifik apparat, och övervakar också utförandet av den mottagna planen och dess dynamiska justering i strålbehandlingsprocessen. I samband med utvecklingen av metoder och medel för datorutrustning, utseendet på höghastighetsdatorer med en stor mängd minne och automatiska ingångsverktyg i källgrafiken och textinformationen om patienten finns en gradvis övergång från manuell till datorplanering av bestrålning. Samtidigt öppnar möjligheten att lösa det inverse problemet med klinisk dosimetri - bestämning av bestrålningsbetingelserna enligt det dosiska fältet som läkare.

USSR MOR-systemet har en strålningsmetologisk tjänst som leder till ett test av kliniska dosimetrar och dosimetriintämpning av strålningsenheter. År 1988 startade Sovjetunionen övergången till det metrologiska stödet av strålbehandling på grundval av direkta mätningar av den absorberade dosen i vatten som spårades till den stats primära standarden på dess kraft. Allt detta bidrar till att förbättra noggrannheten i planering och exponering.

Enligt moderna internationella krav, för att öka effektiviteten hos strålterapi i klinisk dosimetri, är det nödvändigt att sträva efter att dispensera patientens bestrålning med ett fel på högst 5%, enligt den absorberade dosen i målet och mätningar av Absorberade doser leder med ett fel på högst 3%.

Bibliografi: Ivanov V.I. Kurs av dosimetri, M., 1988; Klepper L.YA. Bildandet av dosfält av avlägsna strålkällor, M., 1986, Bibliogr.; Krongauz A.n., Lyapidevsky V.K. och Frolova A.V. Fysiska fundament av klinisk dosimetri, M., 1969; Ratner t.g. och fadeeva ma Teknisk och dosimetrisk tillhandahållande av fjärrbehandling, M., 1982, Bibliogr.

Vid D. och. och. Använd både instrumental och beräknade metoder. Alla dosimetriska anordningar är anordnade på principen om registrering av strålningsinducerade effekter i ett visst modellobjekt - en joniserande strålningsdetektor. Under den tidiga perioden av bildandet av D. och. Och fotografisk verkan av joniserande strålning, kemiska transformationer och värmelastning användes. Som metoderna för registrering av elementära partiklar, utvecklade och utvecklade D. D.. och. I moderna förhållanden används ett brett spektrum av strålningsinducerade effekter. Du kan lägga till joniseringseffekter i gaser och kondenserade medier som redan nämnts, förändringar i halvledarnas elektriska egenskaper, destruktiv skada på fasta ämnen, luminescens, scintillation etc.

Klinisk dosimeter - Avsnitt D. och. och. Mätningarna och beräkningarna av de värden som karaktäriserar de fysiska och biofysiska effekterna av bestrålning av patienter som mottar rauchery terapi . Det huvudsakliga problemet med klinisk dosimetri består i en kvantitativ beskrivning av den rumsliga och temporära fördelningen av den absorberade strålningsenergin i patientens kropp bestrålad, såväl som i sökningen, motiveringen och valet av individuellt optimerade förhållanden för bestrålning.

De viktigaste koncepten och värdena för klinisk dosimetri absorberas dos (se Dos av joniserande strålning ), dosiskt fält, dosimetrisk phantom, mål. Det dosiska fältet är den rumsliga fördelningen av den absorberade dosen (eller dess effekt) i den bestrålade delen av patientens kropp, vävnadsmaterialet eller dosimetrifantom, som simulerar patientens kropp enligt de fysiska effekterna av reaktionen av strålning med substans, form och storlek av organ och vävnader och deras anatomiska relationer. Information om det dosiska fältet är närvarande i tabell, matris, såväl som i form av kurvor som förbinder punkterna av samma värden (absoluta eller relativa) absorberade doser. Sådana kurvor kallas Isoozami, och deras familjer är Isodoz-kort. För den villkorliga enheten (eller 100%) är det möjligt att ta den absorberade dosen vid vilken punkt som helst av dosfältet, i synnerhet den maximala absorberande dosen, som måste uppfylla målexponeringen (dvs. områden som täcker den kliniskt detekterade tumören och avsedd zon av dess distribution).

Strålningsterapeuten tillsammans med läkaringenjören leder dosimetriplanering - väljer bestrålningsmetoden, optimerar villkoren för bestrålning av patienten genom att beräkna de konkurrerande alternativen för dosiska fält, bestämmer exponeringstekniken på en specifik apparat och övervakar också utförandet av mottagen plan och dess dynamiska justering under strålbehandling. I samband med utvecklingen av metoder och medel för datorutrustning, utseendet på höghastighetsdatorer med en stor mängd minne och automatiska ingångsverktyg i källgrafiken och textinformationen om patienten finns en gradvis övergång från manuell till datorplanering av bestrålning. Samtidigt öppnar möjligheten att lösa det inverse problemet med klinisk dosimetri - bestämning av bestrålningsbetingelserna enligt det dosiska fältet som läkare.

Tänk på de värden som dosimetrin fungerar. Oavsett vilken strålning som helst, kommer effekten av dess effekt på ämnet objektivt att bestämmas av mängden energi som massan av joniserande strålning sänder massenheten av den bestrålade kroppen. Denna storlek kallas absorberad dos :

Dosenhet i Si heter grå (Gr) ,. Den genererade enheten är glad. 1 kör \u003d 10 -2 gr.

De förändringar som uppstår i ämnet beror emellertid inte bara på den absorberade dosens storlek, utan också på typen av joniserande strålning, energin hos dess partiklar och bestrålningstiden. Ju snabbare denna dos ackumuleras, desto större är den fantastiska effekten. Hastigheten på dosackumuleringen bestäms doskapacitet - mängden energi som sänds av ämnets massa per tidsenhet :

[P d] \u003d gr / s. En tillfällig enhet av dosström är rad / s.

Det verkar som om att bestämma den absorberade dosen, bör energin med joniserande strålning som faller på kroppen mätas, den energi som har passerat genom kroppen och dela sin skillnad på kroppsvikt. I praktiken är det emellertid extremt svårt att göra: Först på grund av spridning av strålning i ämnet; för det andra, på grund av heterogenitet av kroppar; För det tredje, på grund av den komplexa sammansättningen av utsläpp etc. är det särskilt svårt att göra detta för biologiska föremål. Ändå är det möjligt att uppskatta den absorberade dosen genom den joniserande effekten av strålning i luften som omger kroppen.

I detta avseende, för att beskriva området för yttre bestrålning av objektet (exponering), introduceras konceptet expositionsdos vilket är en dos absorberad med luft. Det är möjligt att använda detta värde för att uppskatta den absorberade dosen av biologiska föremål under förutsättning av en likformig fördelning av strålning i rymden, som endast utförs för röntgen och y-strålning. Den kvantitativt exponeringsdosen och effekten av exponeringsdosen bestäms i SI i den mängd laddning som bildas under påverkan av röntgen- och y-strålning i 1 kg torr luft:

OCH . (14)

Enheten i exponeringsdosen är Cl / kg. Den gamla enheten av exponeringsdos kallas röntgen. 1 p är en sådan dos vid vilken som ett resultat av fullständig jonisering i 1 cm 3 torrluft (vid t \u003d 0 ° C och p \u003d 760 mm.t.) bildar 2,08 · 10 8 par joner. 1 p \u003d 2,58 · 10 -4 cb / kg. Effektenheten i exponeringsdosen i C är 1 A / kg och icke-systemenheter 1 p / s; smp / timme; μr / timme.

De biologiska effekterna av joniserande strålning är större beroende av vilken typ av strålning. Under samma absorberade dos producerar tunga partiklar (a, n, p) mycket större fysiologiska störningar än p-, röntgen eller y-strålning. Särskilt farligt för biosteraktar neutroner. I dosimetri är det vanligt att jämföra de biologiska effekterna av olika strålningar med samma effekter som genereras av röntgen och y-strålning.

Kvantitativ för bedömningen av de biologiska effekterna av olika strålning utförs med hjälp av "kvalitetsförhållande" (qc), annars kallas det den relativa biologiska effektivitetskoefficienten (OBE). Värdet av QC (OBE) bestäms av det erfarna sättet. För röntgen och y-strålning antas kvalitetskoefficienten lika med 1, sedan för p-partiklar KK \u003d 1; För långsamma neutroner - 5, snabba neutroner och protoner - 10, a-partiklar - 20.

Med hänsyn till kvalitetsförhållandet av graden av exponering för mänsklig strålning och andra biologiska föremål utförs - ekvivalent dos :

D eq \u003d kkk · d n. (15)

Enheten D EQ har samma dimension som D P, men kallas i SI annorlunda - Siver. En tillfällig enhet med likvärdig dos-öl (biologisk ekvivalent är glad). 1ber \u003d 10 -2 stjärna.

Den ekvivalenta dosen återspeglar emellertid inte graden av strålningsfara, för Olika organ och typer av mänskliga biiter har olika radiokänslighet. När den bestrålade, den röda benmärgen, sexkörtlar, mjölkkörtlar och lungor påverkas främst. Tvärtom är nervväven mycket motståndskraftig mot strålning.

Redovisning av strålningskänsligheten hos olika vävnader görs med användning av införandet av strålningsriskoefficienter (CRP). CBR-värden för organ och tyger: Gonads - 0,25; Hjärnan - 0,12; Mjölkkörtlar - 0,15. Om du multiplicerar ekvivalenta doser, erhållen av enskilda kroppar och delar av kroppen, på CRR, och vik de erhållna verken, får vi det värde som heter effektiv ekvivalent dos .

. (16)

Att lyssna på vilka levande organismer är föremål för, inklusive en person, är uppdelad i externt och internt. Källor för extern bestrålning kan vara kärnprover, kärnreaktorer vid kärnkraftverk, acceleratorer, röntgenstrålar, såväl som naturliga källor: kosmiska strålar, radioaktiva malmer, solstrålning, bergstrålning, vissa isotoper som finns i jorden och luften. Intern bestrålning beror på långlivade radioaktiva element som kommer in i kroppen med luft (Rodon, Toron), med mat (kalium, uran, rubidium, radium) och genom huden eller introduceras inuti organismen med terapeutiska och diagnostiska mål. Det antas att intern bestrålning är farligare, eftersom I det här fallet utsätts oskyddade tyger, organ och kroppssystem för direkta effekter.

Under hela den biologiska utvecklingen har en person utsatt för strålning i samband med jordens naturliga strålningsbakgrund. Den naturliga radioaktiva bakgrunden av miljön kring exponeringsdosen är 10 ÷ 20 μr / h eller 25 μl / kg per år, vilket motsvarar en ekvivalent dos på ca 125 mber. Den maximala tillåtna ekvivalenta dosen med professionell bestrålning är 5 Bair / år. Minsta dödlig dos för en person med den enhetliga bestrålningen av hela organismen y eller röntgenstrålning på ca 600 ber. Värdet på den dödliga dosen beror på typen av bioorganismer. Vissa mikroorganismer känns bra även i en kärnreaktor.

Vi granskade endast de viktigaste specialvärdena för dosimetri. Det bör noteras att tillsammans med speciella dosimetri använder sådana förespråksparametrar, såsom partiklarnas hastighet och energi, frekvensen och längden på strålningsvågen, strålningsspektrumet etc.