Методи дозиметрії

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти і науки України

Донецький національний університет

Біологічний факультет

РЕФЕРАТ

За радіобіології

На тему: «Методи дозиметрії»

Виконала:

Студентка 4 курсу

Групи 4 - Г

Полещук О. В.

Викладач:

Горецький О. С.

Донецьк 2010



Зміст

Введення

Поняття дозиметрії

Методи дозиметрії

Біологічні методи

Фізичні методи

Хімічні методи

Іонізаційний метод

Люмінесцентний метод

Висновок

Література



Введення

Дозиметрія іонізуючих випромінювань розглядає властивості іонізуючих випромінювань, фізичні величини, що характеризують поле випромінювання або взаємодію випромінювання з речовиною, а також принципи і методи їх визначення.

Дозиметрія має справу з такими фізичними величинами, які пов'язані з очікуваним радіаційним ефектом. Ці величини звичайно називають дозиметричними. Встановлена ​​зв'язок між вимірюваною фізичною величиною і очікуваним радіаційним ефектом - найважливіша властивість дозиметричних величин. Поза цією зв'язку дозиметричні вимірювання втрачають сенс.

Першопричиною радіаційних ефектів є поглинання енергії іонізуючих випромінювань опромінюваним об'єктом, і доза як міра поглиненої енергії виявляється основний дозиметричної величиною.

Найважливіше завдання дозиметрії - визначення дози випромінювання в різних середовищах і особливо в тканинах живого організму. Для цієї мети використовують різні розрахункові та експериментальні методи.

Кількісне визначення дози випромінювання, що діє на живий організм, необхідно, перш за все, для виявлення, оцінки та попередження можливої ​​радіаційної небезпеки для людини. ни Якщо лікарі-гігієністи і радіобіології повинні відповісти на питання, які гранично допустимі з точки зору біологічної небезпеки уро в ні випромінювання, то дозиметристи повинні забезпечити правильне вимір (визначення) цих рівнів. Розвиток дозиметрії спочатку повністю визначалося необхідністю захисту людини від шкідливого впливу іонізуючих випромінювань. Незабаром після відкриття рентгенівського випромінювання (1895 р.) було виявлено його шкідливу дію на людину, і виникла необхідність у кількісній оцінці ступеню радіаційної небезпеки. Для вимірювання інтенсивності рентгенівського випромінювання почали використовувати фотографічний ефект, флюоресценцію, тепловий ефект, а також хімічні методи. Надалі вимірювання фізичних величин, що характеризують рентгенівське випромінювання та його взаємодія зі сферою, виділилося в самостійну область - рентгенометр, що є тепер складовою частиною дозиметрії іонізуючих випромінювань. У рентгенометр визначилися основні величини, що підлягають виміру, і сформувалася майже всі методи сучасної дозиметрії.

За допомогою дозиметричних приладів можна здійснювати два основних типи вимірювань, що мають важливе практичне значення. До першого типу відносяться вимірювання сумарної дози (або кількості) випромінювання, одержаної протягом всього періоду дії і вираженої в рентгенах. Прикладами індивідуальних дозиметрів є іонні камери, фотографічні плоскі плівкові дозиметри й телескопічні пристрої, що працюють на принципі світіння фосфату срібла. До другого типу відносяться вимірювання інтенсивності випромінювання, яка виражається в рентгенах (або його частках) на годину. До числа дозиметрів, використовуваних для визначення інтенсивності випромінювання, відносяться іонні камери, лічильники Гейгера - Мюллера або сцинтиляційні лічильники, які комбінуються з відповідними електронними і електровимірювальними пристроями. Величина заміряне такими приладами інтенсивності випромінювання може бути переведена в сумарну дозу опромінення шляхом множення відповідної середньої інтенсивності випромінювання на загальний час опромінення.

Важливий аспект програми дозиметрії - охорона навколишнього природного середовища, невід'ємним компонентом якої є радіаційні поля і розсіяні радіонукліди природного та штучного походження. Дозиметричний контроль навколишнього середовища та пов'язані з ним прогнози радіаційної обстановки вимагають створення оптимізованих доз і систем розвитку нових методів дозиметрії, вирішення питань, пов'язаних з визначенням необхідного обсягу і точності дозиметричної інформації.

Розділ дозиметрії - метрологія іонізуючих випромінювань - покликаний забезпечити систематизацію вимірювань в галузі іонізуючих випромінювань і радіоактивності. Специфіка предмета вимірювання іонізуючих випромінювань впливає на точність дозиметричних методів. Більшість з них мають похибку, яка оцінюється десятками відсотків, що обумовлено не відсутністю необхідності у підвищенні точності вимірювань, а обмеженою можливістю вимірювальних методів. Зусилля мають бути спрямовані на те, щоб дати комплексну оцінку ефективності впливу іонізуючих випромінювань на опромінюваним об'єкт.

У багатьох випадках немає простий зв'язку між поглинутою енергією випромінювання і піднаглядним ефектом. Знання тільки дози недостатньо для пророкувань радіаційного ефекту, який визначається також просторовим розподілом поглиненої енергії за опромінюються, фактором часу, видом і енергією іонізуючих випромінювань. Ці зв'язки не можна встановити без розуміння механізмів радіаційних ефектів. Таким чином, дозиметрія змикається з радіаційною фізикою.

Тому поряд з експериментальними методами в дозиметрії використовують розрахункові методи визначення дозиметричних величин, засновані на законах взаємодії іонізуючих випромінювань з речовиною.



Поняття дозиметрії

Дозиметрія - область прикладної фізики, в якій вивчаються фізичні величини, що характеризують дію іонізуючого випромінювання на об'єкти живої та неживої природи, зокрема дози випромінювання, а також методи і прилади для вимірювання цих величин.

Розвиток дозиметрії спочатку визначалося необхідністю захисту людини від іонізуючих випромінювань. Незабаром після відкриття рентгенівських променів були помічені біологічні ефекти, що виникають при опроміненні людини. З'явилася необхідність у кількісній оцінці ступеню радіаційної небезпеки. В якості основного кількісного критерію була прийнята експозиційна доза, яка вимірюється в рентгенах і визначається за величиною іонізації повітря.

З відкриттям радію було виявлено, що і випромінювання радіоактивних речовин викликають біологічні ефекти, схожі на ті, які викликаються рентгенівським випромінюванням. При видобутку, обробці та застосуванні радіоактивних препаратів виникає небезпека потрапляння радіоактивних речовин всередину організму. Розвинулися методи вимірювання активності радіоактивних джерел (число розпадів у секунду), що є основою радіометрії.

Розробка та будівництво ядерних реакторів і прискорювачів заряджених частинок, розвиток ядерної енергетики і масове виробництво радіоактивних ізотопів призвели до великої різноманітності видів іонізуючих випромінювань і до створення різноманітних дозиметричних приладів (дозиметрів).

Дослідження біологічної дії іонізуючих випромінювань на клітинному і молекулярному рівнях викликали розвиток мікродозіметріі, що досліджує передачу енергії випромінювання мікроструктура речовини.





Методи дозиметрії

У людини в процесі еволюції не виробилося органів почуттів, здатних до специфічного сприйняття іонізуючих випромінювань, які невидимі, не мають кольору, запаху, а також не діють негайно вражаюче, подібно до електричного струму. Тому виявлення і вимірювання іонізуючих випромінювань можливо головним чином за допомогою різних детекторних приладів, що реєструють ефект дії випромінювань на фізичні, хімічні, біологічні та інші властивості, на яких засновані методи вимірювання.

Біологічні методи

Вид перетворень в опроміненому речовині залежить від типу іонізуючого випромінювання. Потік заряджених і частинок, проходячи через речовину, взаємодіє, в основному, з електронами атомів і передає їм свою енергію, яка витрачається на відрив електрона від атома (іонізація) і збудження атома (перехід одного з електронів з ближніх орбіт на більш віддалену від ядра оболонку). При цьому енергія частинок розподіляється на ці два процеси приблизно навпіл.



Табл. 1 Пробіг і частинок в м'язовій тканині

Енергія частинок, МеВ

Пробіг, мм


частинки

частинки

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

-

З таблиці 1 видно, що якщо радіоактивний елемент не знаходиться всередині організму, частки через неушкоджену шкіру практично проникнути не можуть.

Число іонізованих та збуджених атомів, утворених часткою на одиниці довжини шляху в середовищі, в сотні разів більше, ніж у частинки. Це обумовлено тим, що маса частинки приблизно в 7000 разів більше маси частинки (електрона) і, отже, при одній і тій же енергії її величина значно менша (у повітрі - близько 20000 км / с і 220000-270000 км / с відповідно). Очевидно, що чим менша швидкість частинки, тим більше її ймовірність взаємодії з атомами середовища, отже, і більше втрати енергії на одиниці шляху і менше пробіг. З таблиці. 2 слід, що пробіг частинок в м'язовій тканині в 1000 разів менше, ніж пробіг частинок тій же енергії. З цієї ж таблиці ясно, що і випромінювання значимий шкоду живому організму приносять при попаданні всередину його, а при попаданні на шкіру - при високій концентрації і тривалому часу впливу.

Нейтрино, що виникають при кожному розпаді ядра, що не мають маси спокою і заряду і з середовищем не взаємодіють. кванти, які є дуже високочастотним електромагнітним випромінюванням, виробляють в середовищі і живому організмі іонізацію, в сотні разів меншу, ніж частинки. Їх проникаюча здатність, на відміну від заряджених частинок, дуже велика. Принципово по - іншому відбувається взаємодія нейтронів з речовиною. Вони взаємодіють не з електронними оболонками атома, а з ядром, передаючи йому частину енергії. Вилетіло, позитивно заряджене ядро виробляє іонізацію середовища. Крім цього, частина нейтронів малої енергії може захоплюватися ядром з миттєвим випромінюванням кванта або ж з утворенням нових радіоактивних елементів в облучаемой середовищі.

Таким чином, для будь-якого виду іонізуючих випромінювань, первинними процесами, які відбуваються в середовищі, є іонізація і збудження. Тому біологічні ефекти, що спостерігаються під впливом заряджених частинок, нейтронів і квантів, обумовлені не їх фізичною природою, а тим більше їх джерелом (різні природні та техногенні радіонукліди, генератори випромінювань), а кількістю поглиненої енергії та її просторовим розподілом (мікрогеометрії), що характеризується лінійною щільністю іонізації. Чим вище лінійна щільність іонізації або, інакше, лінійна передача енергії (ЛПЕ), тим більше ступінь біологічного ушкодження. Цей ступінь визначає відносну біологічну ефективність (ОБЕ) різного роду випромінювань.

Біологічна дія випромінювання є основою біологічної дозиметрії і використовується головним чином для встановлення ОБЕ - відносної біологічної ефективності різних видів випромінювання. Біологічні методи дозиметрії базуються на визначенні морфологічних і функціональних змін, що виникають в організмі під впливом опромінення. Величину дози оцінюють за рівнем летальності тварин, зміни забарвлення шкіри, випадання волосся, появі або збільшення вмісту деяких речовин в сечі, зміни кількості кров'яних клітин, тобто складу крові і ін Біологічні методи не дуже точні.



Фізичні методи

Фізичні методи дозиметрії засновані на оцінці ступеня іонізації речовини під впливом іонізуючих випромінювань, зміни його електропровідності, характеру світіння і ін

У процесі іонізації речовини настає зміна його електропровідності. Так, гази в звичайних умовах практично не володіють електропровідністю, у момент іонізації стають хорошими провідниками електрики. Іонізаційні методи дозиметрії засновані на тому, що кількість освічених пар іонів в якому-небудь певному об'ємі речовини знаходиться в прямій залежності від кількості поглиненого в ньому випромінювання. Іншими словами, мірою кількості іонізуючого випромінювання є іонізація, яка виникає в результаті поглинання енергії випромінювання в речовині.

У практиці дозиметрії радіоактивних випромінювань застосовуються два типи приладів: дозиметри для вимірювання дози або потужності дози, що працюють на принципі визначення сумарного ефекту іонізації в даному обсязі, і лічильники радіоактивних випромінювань, що дозволяють реєструвати дію окремих частинок, або квантів.

Хімічні методи

Хімічний метод дозиметрії заснований на вимірюванні кількості молекул іонів, що утворюються або зазнали змін при поглинанні речовиною випромінювання. Число утворюються молекул або іонів (вихід радіаційно-хімічної реакції) пропорційно поглиненої дози випромінювання.

— плотность вещества, подвергшегося облучению; де: D - доза випромінювання; К-коефіцієнт пропорційності; С - концентрація продукту радіаційно-хімічної реакції; B - щільність речовини, що піддалося опромінення;

G - (вихід продукту) - виражається числом молекул атомів, іонів або вільних радикалів, що утворюються або витрачаються при поглинанні енергії 100 еВ; Радіаційно-хімічний вихід речовини можна розділити на чотири групи:

G <0,1

0,1 <G <20

20 <G <100

G> 100

Високий вихід в речовинах 3-й і 4-ої групи обумовлений, як правило, ланцюговими хімічними реакціями. Для цілей дозиметрії найбільш придатні речовини 2-ї та 3-ї груп, так як мають кращу відтворюваність результатів і менше чутливі до впливу освітлення, домішок і коливань температури.

Багато хімічних дозиметри представляють собою водні розчини деяких речовин. Найбільш поширеною хімічної системою застосовуваної при дозиметрії іонізуючих випромінювань є розчин солі FeSO4 в розведеній сірчаній кислоті. У розчині в результаті електролітичної дисоціації присутні іони двовалентного заліза Fe2 +. Під дією випромінювання відбувається радіоліз води (іонізація) з утворенням вільних радикалів H, ВІН, і окислювачів, які окислюють двовалентне залізо до тривалентного по реакціях

Fe2 + + ОН -> Fe1 + + OH-

Fe2 + + H2O2 - »Fe3 + + ОН + ОН і деяким іншим

Поява Fe3 змінює оптичну щільність розчину, яка вимірюється спектрофотометром (приладом для вимірювання поглинання видимого світла в різних областях спектру).

Зміна оптичної щільності залежить від числа утворилися в результаті опромінення і завершення всіх реакцій іонів тривалентного заліза і служить мірою поглиненої енергії.

Енергія, поглинена в хімічному дозиметрі, визначається співвідношеннями

E = M (Sобл-Sчіст)

де Sобл і Sчіст - оптична щільність опроміненого і неопроміненого розчинів,

M-коефіцієнт, що залежить від властивостей дозиметра і умов опромінення

Sобл-Sчіст = μ * C * 1

де μ-коефіцієнт поглинання, що залежить від температури,

З-концентрація іонів тривалентного заліза,

1 - товщина шару розчину

Таким чином, по зміні оптичної щільності розчину можна визначити концентрацію продукту, що утворився в розчині під дією випромінювання. Знаючи концентрацію утворених іонів та радіаційно-хімічний вихід реакції їх утворення, можна легко вирахувати поглинену дозу опромінення.

Наприклад, для ферросульфатного дозиметра радіаційно-хімічний вихід становить 15,6 ± 0,5.

Основним компонентом даного дозиметра є вода, і ефективний атомний номер з поглинання фотонного випромінювання для розчину близький до ефективного атомному номеру води, а отже і живої тканини. Тому дозиметр практично не має ходу з жорсткістю в діапазоні енергій 100 кеВ - 2 МеВ. Похибка вимірювання (особливо при великих дозах) становить не більше 1%.

До складу хімічних дозиметрів теплових нейтронів додають невелику кількість солей бору або літію. Для врахування дії і - фотонів одночасно з нейтронним дозиметром опромінюють аналогічний дозиметр без добавок бору і літію. Відомо деяку кількість різних речовин які в результаті окисних або відновних реакцій, що протікають під дією іонізуючого випромінювання, змінюють своє забарвлення. Якщо в розчин такої речовини додати близько 10% желатину, а потім розчин охолодити, то вийде гель-драглисте речовина зберігає свою форму. Якщо опромінений гель розрізати на частини, то можна отримати просторовий розподіл поглиненої дози. Володіючи рядом безперечних переваг, хімічний метод реєстрації іонізуючих випромінювань, тим не менш, вкрай рідко використовується в практичній дозиметрії, так як навіть у найбільш чутливих хімічних дозиметрів нижня межа вимірювання становить близько 5 сГр.

Іонізаційний метод

Іонізаційний метод заснований на здатності іонізуючого випромінювання викликати іонізацію середовища. Якщо взяти будь-яке непроводящее електричний струм речовина і помістити його в поле дії іонізуючого випромінювання, то при взаємодії випромінювання з речовиною частина енергії передається атомам і молекулам цієї речовини і витрачається на їх іонізацію. У речовині з'являються позитивно і негативно заряджені іони. При відсутності електричного поля іони рекомбінують між собою і в результаті в речовині встановлюється рівноважна концентрація іонних пар (рівність швидкостей іонізації та рекомбінації при постійній інтенсивності випромінювання).

Якщо до речовини прикласти різницю потенціалів, то в ньому виникає електричне поле, під дією якого позитивні іони переміщуються до негативного електрода, а негативні - до позитивного електрода. У результаті цього в ланцюзі виникає електричний струм. За певних умов сила струму пропорційна інтенсивності випромінювання, що впливає на речовину.

Рис. 1. Найпростіша схема іонізаційного детектора



Іонізаційні детектори по конструкції подібні конденсаторам, тобто мають два електроди, розділені діелектриком. В якості діелектрика зазвичай використовують газ або суміш газів.

На іон зарядом е в електричному полі напруженістю E діє сила, що дорівнює добутку е. E. Під дією цієї сили іони рухаються до електродів, причому швидкість їх руху пропорційна напруженості електричного поля. При досить великий напруженості швидкість переміщення електронів (як більш легких частинок) може зрости настільки, що електрон на довжині вільного пробігу (від зіткнення до зіткнення) розганяється до енергії, що перевищує потенціал іонізації атомів і молекул газу. Непружні зіткнення з таким електроном призводять до іонізації атомів і молекул. Цей процес, названий ударної іонізацією, збільшує число пар іонів, що утворюються в газі, і є механізмом газового посилення іонізаційного ефекту реєстрованого випромінювання.



Люмінесцентний метод

Суть методу полягає в тому, що в деяких речовинах (люмінофорах) утворені під дією іонізуючого випромінювання носії заряду (електрони і дірки) локалізуються в центрах захоплення, завдяки чому відбувається накопичення поглиненої енергії, яка може бути потім звільнена при додатковому зовнішньому впливі (порушенні).

Найчастіше додатковим порушенням може бути або освітлення люмінофора світлом певного спектру, або його нагрівання (фотолюмінесценція і термолюмінесценція). Розглянемо механізм термолюмінесценціі:

Рис. 2. Механізм термолюмінесценціі: 1 - перехід електрона з валентної зони в зону провідності, 2 - захоплення дірки центром люмінесценції; 3 - захоплення електрона пасткою, 4 - звільнення електронів при нагріванні кристала; 5 - рекомбінація електронів з дірками в центрах люмінесценції; 6 - порушення центру люмінесценції ; 7 - випромінювальний перехід в основний стан.

Електрон, поглинаючи енергію іонізуючого випромінювання, переходить з валентної зони в зону провідності. Настає дірка переходить в заборонену зону і створює центр люмінесценції. Якщо в забороненій зоні є електронна пастка, обумовлена ​​дефектом кристала або введенням домішок, то вона захоплює електрон і електрон переходить в метастабільного стан. Зовнішній вплив повідомляє електрону додаткову енергію і він знову переходить у зону провідності, після чого рекомбінує з діркою (центром люмінесценції). Центр люмінесценції переходить у збуджений стан, який знімається випромінюванням світлового фотона. Надалі світлові спалахи переводяться в електричний сигнал.



Висновок

При дозиметрії іонізаційних випромінювань використовують як інструментальні, так і розрахункові методи. Всі дозиметричні прилади влаштовані за принципом реєстрації радіаційно-індукованих ефектів в деякому модельному об'єкті - детекторі іонізуючого випромінювання. У ранній період становлення дозиметрії, використовувалися фотографічне дію іонізуючих випромінювань, хімічні перетворення і виділення тепла. У міру розвитку методів реєстрації елементарних частинок розвивалися і методи дозиметрії. У сучасних умовах використовується широкий спектр радіаційно-індукованих ефектів. До вже згаданим можна додати іонізаційні ефекти в газах і конденсованих середовищах, зміна електричних властивостей напівпровідників, деструктивні пошкодження твердих тіл, люмінесценцію, сцинтилляций та ін Особливе місце займає біологічна дозиметрія використовує в якості запобіжного дозиметричної величини кількісні радіобіологічні ефекти, наприклад хромосомні аберації, зміна морфологічного складу крові і інші показники, однозначно пов'язані з дозиметрією іонізаційних випромінювань. Методи дозиметрії іонізаційних випромінювань можна класифікувати за різними ознаками. Так, в залежності від виду реєстрованого ефекту розрізняють іонізаційний, фотографічний, хімічний, люмінесцентний, калориметричний, сцинтиляційний методи, метод слідів пошкодження та ін При цьому має місце однозначна кількісний зв'язок між зміною фізичних чи хімічних властивостей детектора випромінювання і поглинутою енергією. У клінічної дозиметрії поширені іонізаційні методи, в яких детектором служать іонізаційна камера, твердотільні люмінесцентні кристали, напівпровідники. Останні привертають малими розмірами детектора.



Література

  1. Професор І. М. Бекман «курс лекцій з ядерної медицини»

  2. В. І. Іванов «Курс дозиметрії»

  3. Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. «Радіобіологія людини і тварин»

  4. Журнал «Український медичний часопис» - № 1 (39), I / II 2004

  5. Машкович В. П. Захист від іонізуючих випромінювань

  6. Матвєєв А.В., Козаченко В.І., Котов В.П. Практикум з дозиметрії та радіаційної безпеки

  7. Інтернет ресурси:

  8. http://medicina.at.ua/publ/1-1-0-116

  9. http://www.serdechno.ru/enciklopediya/5135.html

Посилання (links):
  • http://medicina.at.ua/publ/1-1-0-116
  • http://www.serdechno.ru/enciklopediya/5135.html
  • Додати в блог або на сайт

    Цей текст може містити помилки.

    Біологія | Реферат
    72.2кб. | скачати


    Схожі роботи:
    Елементи дозиметрії
    Методи прояви системної ідеї Евристичні методи дослідження систем управління
    Методи попередніх еквівалентних перетворень та ітераційні методи з мінімізацією нев`язки
    Грошові потоки та методи їх оцінки Методи оцінки фінансових активів
    Каталітичні методи
    Методи селекції
    Методи ціноутворення
    Методи кібернетики 2
    Методи дисконтування
    © Усі права захищені
    написати до нас