Методи дозиметрії

Міністерствоосвіти і науки України

Донецькийнаціональний університет

Біологічнийфакультет

РЕФЕРАТ

За радіобіології

На тему: В«Методидозиметрії В»

Виконала:

Студентка 4 курсу

Групи 4 - Г

Полещук А. В.

Викладач:

Горецький О. С.

Донецьк 2010 р.

Зміст

Введення. 3

Поняття дозиметрії. 6

Методи дозиметрії. 7

Біологічні методи .. 7

Фізичні методи .. 9

Хімічні методи .. 10

Іонізаційний метод. 13

Люмінесцентний метод. 15

Висновок. 17

Література. 18

Введення

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

Дозиметрія має справу з такими фізичними величинами, якіпов'язані з очікуваним радіаційним ефектом. Ці величини звичайно називаютьдозиметричними. Встановлена ​​зв'язок між вимірюваною фізичною величиною іочікуваним радіаційним ефектом - найважливіша властивість дозиметричних величин.Поза цьому зв'язку дозиметричні вимірювання втрачають сенс.

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

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

Кількісне визначення дози випромінювання, діючої наживий організм, необхідно, перш за все, для виявлення, оцінки тапопередження можливу радіаційну небезпеку для людини. Якщо лікарі-гігієністиі радіобіології повинні відповісти на питання, які гранично допустимі з точкизору біологічної небезпеки рівні випромінювання, тодозиметристи повинні забезпечити правильне вимір (визначення) цих рівнів.Розвиток дозиметрії спочатку повністю визначалося необхідністю захистулюдини від шкідливого впливу іонізуючих випромінювань. Незабаром після відкриттярентгенівського випромінювання (1895 р.) було виявлено його шкідливу дію налюдини, і виникла необхідність у кількісній оцінці ступеня радіаційноїнебезпеки. Для вимірювання інтенсивності рентгенівського випромінювання почали використовуватифотографічний ефект, флюоресценцію, тепловий ефект, а також хімічніметоди. Надалі вимірювання фізичних величин, що характеризують рентгенівськевипромінювання та його взаємодію зі сферою, виділилося в самостійну область- Рентгенометр, що є тепер складовою частиною дозиметрії іонізуючихвипромінювань. У рентгенометр визначилися основні величини, що підлягаютьвимірюванню, і сформувалися майже всі методи сучасної дозиметрії.

За допомогою дозиметричних приладів можна здійснювати дваосновні типи вимірювань, що мають важливе практичні значення. До першого типувідносяться вимірювання сумарної дози (або кількості) випромінювання, отриманої вПротягом всього періоду дії і вираженої в рентгенах. Прикладамиіндивідуальних дозиметрів є іонні камери, фотографічні плоскіплівкові дозиметри і телескопічні пристрої, що працюють на принципісвітіння фосфату срібла. До другого типу відносяться вимірювання інтенсивності випромінювання,виражається в рентгенах (або його частках) на годину. До числа дозиметрів, використовуванихдля визначення інтенсивності випромінювання, відносяться іонні камери, лічильникиГейгера - Мюллера або сцинтиляційні лічильники, які комбінуються звідповідними електронними і електровимірювальними пристроями. Величиназаміряні такими приладами інтенсивності випромінювання може бути переведена всумарну дозу опромінення шляхом множення відповідної середньої інтенсивностівипромінювання на загальний час опромінення.

Важливий аспект додатка дозиметрії - охорона навколишньогоприродного середовища, невід'ємним компонентом якої є радіаційні поля тарозсіяні радіонукліди природного і штучного походження.Дозиметричний контроль навколишнього середовища і пов'язані з ним прогнозирадіаційної обстановки вимагають створення оптимізованих доз і систем розвиткунових методів дозиметрії, вирішення питань, пов'язаних з визначеннямнеобхідного обсягу і точності дозиметричної інформації.

Розділ дозиметрії - метрологія іонізуючих випромінювань -покликаний забезпечити систематизацію вимірювань в області іонізуючих випромінювань ірадіоактивності. Специфіка предмета виміру іонізуючих випромінювань надаєвплив на точність дозиметричних методів. Більшість з них маютьпохибка, оцінювану десятками відсотків, що обумовлено не відсутністюнеобхідності в підвищенні точності вимірювань, а обмеженою можливістю вимірювальнихметодів. Зусилля мають бути спрямовані на те, щоб дати комплексну оцінкуефективності впливу іонізуючих випромінювань на опромінюваним об'єкт.

У багатьох випадках немає простого зв'язку між поглиненоюенергією випромінювання та спостережуваним ефектом. Знання тільки дози недостатньо дляпророкувань радіаційного ефекту, що визначається також просторовимрозподілом поглиненої енергії по опромінюваних об'єктів, фактором часу,видом і енергією іонізуючих випромінювань. Ці зв'язки не можна встановити безрозуміння механізмів радіаційних ефектів. Таким чином, дозиметрія змикаєтьсяз радіаційної фізикою.

Тому поряд з експериментальними методами в дозиметріївикористовують розрахункові методи визначення дозиметричних величин, засновані на законахвзаємодії іонізуючих випромінювань з речовиною.

Поняття дозиметрії

Дозиметрія - область прикладної фізики, в якійвивчаються фізичні величини, що характеризують дію іонізуючого випромінюванняна об'єкти живої і неживої природи, зокрема дози випромінювання, а також методита прилади для вимірювання цих величин.

Розвиток дозиметрії спочатку визначалосянеобхідністю захисту людини від іонізуючих випромінювань. Незабаром після відкриттярентгенівських променів були помічені біологічні ефекти, що виникають приопроміненні людини. З'явилася необхідність у кількісній оцінці ступенярадіаційної небезпеки. В якості основного кількісного критерію булаприйнята експозиційна доза, яка вимірюється в рентгенах і визначається за величиноюіонізації повітря.

З відкриттям радію було виявлено, що і випромінювання радіоактивнихречовин викликають біологічні ефекти, схожі на ті, які викликаютьсярентгенівським випромінюванням. При видобутку, обробці та застосуванні радіоактивнихпрепаратів виникає небезпека потрапляння радіоактивних речовин всерединуорганізму. Розвинулися методи вимірювання активності радіоактивних джерел(Число розпадів у секунду), що є основою радіометрії.

Розробка та будівництво ядерних реакторів і прискорювачівзаряджених частинок, розвиток ядерної енергетики і масове виробництво радіоактивнихізотопів привели до великої різноманітності видів іонізуючих випромінювань і достворенню різноманітних дозиметричних приладів (дозиметрів).

Дослідження біологічної дії іонізуючихвипромінювань на клітинному і молекулярному рівнях викликали розвиток мікродозіметріі,досліджує передачу енергії випромінювання мікроструктури речовини.

Методи дозиметрії

У людини в процесі еволюції не виробилося органівпочуттів, здатних до специфічного сприйняття іонізуючих випромінювань, якіневидимі, не мають кольору, запаху, а також не діють негайно вражаюче,подібно електричному струму. Тому виявлення та вимірювання іонізуючихвипромінювань можливо головним чином за допомогою різних детекторних приладів,реєструючих ефект дії випромінювань на фізичні, хімічні,біологічні та інші властивості, на яких засновані методи вимірювання.

Біологічні методи

Вид перетворень в опроміненому речовині залежить від типуіонізуючого випромінювання. Потік заряджених і частинок, проходячи черезречовина, взаємодіє, в основному, з електронами атомів і передає їм своюенергію, яка... витрачається на відрив електрона від атома (іонізація) ізбудження атома (перехід одного з електронів з ближніх орбіт на більшвіддалену від ядра оболонку). При цьому енергія частинок розподіляється на ці двапроцесу приблизно навпіл.

Табл. 1 Пробіг та часток у 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 незнаходиться всередині організму, частинки черезнеушкоджену шкіру практично проникнути не можуть.

Число іонізованих та збуджених атомів, утворених часткою на одиниці довжинишляху в середовищі, в сотні разів більше, ніж у частинки. Це обумовленотим, що маса частинки приблизно в 7000 разівбільше маси частинки (електрона) і,отже, при одній і тій же енергії її величина значно менша (вповітрі - близько 20000 км/с і 220000-270000 км/с відповідно). Очевидно,що чим менше швидкість частинки, тим більше її ймовірність взаємодії затомами середовища, отже, і більше втрати енергії на одиниці шляху і меншепробіг. З табл. 2 випливає, що пробіг частинок в м'язовій тканині в1000 разів менше, ніж пробіг частинок тієї ж енергії. Зцієї ж таблиці ясно, що і випромінювання значимий шкодуживому організму приносять при попаданні всередину його, а при попаданні на шкіру -при високій концентрації і тривалому часу дії.

Нейтрино, що виникають при кожному розпаді ядра, не маютьмаси спокою і заряду і із середовищем не взаємодіють. кванти, які є дужевисокочастотним електромагнітним випромінюванням, виробляють в середовищі і живомуорганізмі іонізацію, в сотні разів меншу, ніж частинки. Їх проникаючаздатність, на відміну від заряджених частинок, дуже велика. Принципово по -іншому відбувається взаємодія нейтронів з речовиною. Вони взаємодіють не зелектронними оболонками атома, а з ядром, передаючи йому частину енергії.Вилетіли позитивно заряджене ядро ​​виробляє іонізацію середовища. Крімцього, частина нейтронів малої енергії може захоплюватися ядром з миттєвимвипромінюванням кванта або ж зутворенням нових радіоактивних елементів в опромінюваної середовищі.

Таким чином, для будь-якого виду іонізуючого випромінювання,первинними процесами, які відбуваються в середовищі, є іонізація ізбудження. Тому біологічні ефекти, спостережувані під впливомзаряджених частинок, нейтронів і квантів, обумовлені не їхфізичною природою, а тим більше їх джерелом (різні природні ітехногенні радіонукліди, генератори випромінювань), а кількістю поглиненоїенергії та її просторовим розподілом (мікрогеометрією),характеризуються лінійною щільністю іонізації. Чим вище лінійна щільністьіонізації або, інакше, лінійна передача енергії (ЛПЕ), тим більше ступіньбіологічного ушкодження. Цей ступінь визначає відносну біологічнуефективність (ВБЕ) різного роду випромінювань.

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

Фізичні методи

Фізичні методи дозиметрії засновані на оцінці ступеняіонізації речовини під впливом іонізуючих випромінювань, зміни йогоелектропровідності, характеру світіння та ін

У процесі іонізації речовини настає зміна йогоелектропровідності. Так, гази в звичайних умовах практично не володіютьелектропровідністю, в момент іонізації стають хорошими провідникамиелектрики. Іонізаційні методи дозиметрії засновані на тому, що числоутворених пар іонів у якомусь певному об'ємі речовини знаходиться впрямій залежності від кількості поглиненого в ньому випромінювання. Іншими словами,мірою кількості іонізуючого випромінювання є іонізація, яка виникаєв результаті поглинання енергії випромінювання в речовині.

У практиці дозиметрії радіоактивних випромінювань застосовуютьсядва типи приладів: дозиметри для вимірювання дози або потужності дози, що працюютьна принципі визначення сумарного ефекту іонізації в даному обсязі, ілічильники радіоактивних випромінювань, що дозволяють реєструвати дію окремихчастинок, або квантів.

Хімічні методи

Хімічний метод дозиметрії заснований на вимірюванні числамолекул іонів, що утворюються або зазнали змін при поглинанні речовиноювипромінювання. Число утворюються молекул або іонів (вихід радіаційно-хімічногореакції) пропорційно поглиненої дози випромінювання.

де: D - доза випромінювання; К-коефіцієнт пропорційності;С - концентрація продукту радіаційно-хімічної реакції; B- Щільність речовини, піддався опроміненню;

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

• G <0,1

• 0,1

• 20

• G> 100

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

Багато хімічні дозиметри являють собою воднірозчини деяких речовин. Найбільш поширеною хімічною системоюзастосовуваної при дозиметрії іонізуючих випромінювань є розчин солі FeSO4 врозведеної сірчаної кислоти. У розчині в результаті електролітичноїдисоціації присутні іони двовалентного заліза Fe2 +. Під дією випромінюваннявідбувається радіоліз води (іонізація) з утворенням вільних радикалів H, ОН,і окислювачів, які окислюють двовалентне залізо до тривалентного пореакціям

Fe2 + + ОН -> Fe1 + + OH-

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

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

Зміна оптичної щільності залежить від числаутворилися в результаті опромінення і завершення всіх реакцій іонівтривалентного заліза і служить мірою поглиненої енергії.

Енергія, поглинена в хімічному дозиметрі, визначаєтьсяспіввідношеннями

E = M (Sобл-Sчіст)

де Sобл і Sчіст - оптична щільність о...проміненого інеопроміненого розчинів,

M-коефіцієнт, що залежить від властивостей дозиметра і умовопромінення

Sобл-Sчіст = Ој * C * 1

де Ој-коефіцієнт поглинання, який залежить від температури,

С-концентрація іонів тривалентного заліза,

1 - товщина шару розчину

Таким чином, по зміні оптичної щільності розчинуможна визначити концентрацію продукту, що утворився в розчині піддією випромінювання. Знаючи концентрацію утворених іонів ірадіаційно-хімічний вихід реакції їх утворення, можна легко вирахуватипоглинену дозу опромінення.

Наприклад, для ферросульфатного дозиметрарадіаційно-хімічний вихід становить 15,6 В± 0,5.

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

До складу хімічних дозиметрів теплових нейтронів додаютьневелику кількість солей бору або літію. Для врахування дії і - фотоніводночасно з нейтронним дозиметром опромінюють аналогічний дозиметр без добавокбору та літію. Відомо деяку кількість різних речовин які врезультаті окислювальних або відновних реакцій, що протікають піддією іонізуючого випромінювання, змінюють своє забарвлення. Якщо в розчин такогоречовини додати близько 10% желатину, а потім розчин охолодити, то вийдегель-драглисте речовина зберігає свою форму. Якщо опромінений гельрозрізати на частини, то можна отримати просторовий розподілпоглиненої дози. Володіючи рядом безперечних переваг, хімічний методреєстрації іонізуючих випромінювань, тим не менш, вкрай рідко використовується впрактичної дозиметрії, так як навіть у найбільш чутливих хімічнихЗа відсутностіПри

Рис. 1.ВE.атомів і молекул.

Рис. 2.

Висновок

У сучаснихТак, вОстанні

Література

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.