Глава 1. Физические основы радиационной медицины

Если получаемая доза ионизирующего излучения разделена на части (фракции), чередующиеся с длительными промежутками времени, в течение которых облучение не происходит, то такое облучение называют фракционированным. Фракционированное облучение возможно, например, при многократном пересечении зон радиоактивного заражения местности или при лучевой терапии. Если промежутки между фракциями достаточно малы (менее суток), то по результатам воздействия на человека фракционированное облучение приблизительно соответствует непрерывному (пролонгированному или хроническому) облучению в дозе, равной сумме фракций. Однако чаще биологические эффекты фракционированного облучения бывают менее выраженными, чем при непрерывном облучении, так как в промежутках между фракциями может происходить репарация лучевых повреждений. Следует отметить, что при равной дозе облучения биологические эффекты бывают выражены тем сильнее, чем больше мощность дозы излучения.

В основу измерения количеств радиоактивных веществ положено свойство радиоактивности, т.е. способности к испусканию ионизирующих излучений. В системе СИ за единицу радиоактивности принят распад в секунду (расп./с или с^–1) или беккерель (Бк), а традиционной единицей является кюри (Ки): 1 расп./с, или 1 Бк = 2,7 · 10^–11 Ки.

Активность, отнесенная к единице массы зараженного радионуклидами вещества, называется удельной активностью вещества, а к единице объема – объемной активностью. Активность, приходящаяся на единицу площади зараженной радионуклидами поверхности, называется плотностью поверхностного заражения.

Основные физические величины, применяемые для количественной характеристики ионизирующих излучений, и единицы их измерения представлены в табл. 2.

1.4. Инструментальные методы дозиметрии ионизирующих излучений

Методы измерения ионизирующих излучений основаны на различных физико-химических принципах.

В основе ионизационного метода лежит явление ионизации газа в камере при взаимодействии излучения с веществом. Для измерения используются явления электропроводности ионизированного газа. В результате возникает ток между вмонтированными в камеру электродами, к которым подведено напряжение. В зависимости от режима работы приборы, основанные на появлении ионизационного тока в газах, могут использоваться для измерения плотности потоков частиц (пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера–Мюллера) и для измерения мощности дозы и дозы излучения (ионизационные камеры).

Таблица 2. Основные физические величины, используемые в радиобиологии, и единицы их измерения

*Аббревиатура слов «rad equivalent for men».

Химические методы дозиметрии основаны на измерении выхода радиационно-химических реакций, возникающих под действием ионизирующих излучений. Так, при действии излучений на воду образуются свободные радикалы Н^– и ОН^–. Продукты радиолиза воды могут взаимодействовать с растворенными в ней веществами, вызывая различные окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся изменением цвета индикатора (например, реактива Грисса для нитратного метода). В частности, в основе работы ферросульфатного дозиметра лежит реакция Fe²⁺ + OH^– → Fe³⁺ + OH^– , а при работе нитратного дозиметра NO₃^– + 2H^. → NO₂^– + H₂O.

Химические методы дозиметрии не обязательно связаны с водными растворами; для этих целей применяются также органические растворы, изменяющие цвет пленки или стекла. Химические методы используются, как правило, для измерения дозы излучения.

Одним из вариантов химического метода является фотографический метод. В его основе лежит восстановление атомов металлического серебра из галоидной соли под влиянием излучений. Плотность почернения фотопленки после проявления зависит от дозы излучения. Данный метод часто используется в приборах контроля профессионального облучения.

Сцинтилляционные методы основаны на регистрации вспышек света, возникающих при взаимодействии излучения с некоторыми органическими и неорганическими веществами (антрацен, стильбен, сернистый цинк и др.). Эти методы используют в приборах, предназначенных для измерения потоков фотонов и частиц.

Сущность люминесцентных методов состоит в том, что под действием ионизирующего излучения в некоторых твердотельных изоляторах (кристаллах и стеклах) носители электрических зарядов (электроны и дырки) изменяют свое положение и частично задерживаются в местах, где имеются дефекты кристаллической решетки с соответствующими максимумами или минимумами электрического поля. Центры, образованные в результате захвата носителей заряда, обладают некоторыми разрешенными энергетическими уровнями, между которыми возможны квантовые переходы носителя заряда, соответствующие испусканию или поглощению энергии. Это может отражаться в изменении оптических свойств (цвета и оптической плотности) стекла, в появлении способности к люминесцентному возбуждению под действием видимого и ультрафиолетового света (радиофотолюминесценции), в излучении световых квантов при освобождении носителей зарядов из центров-ловушек под действием теплового возбуждения (радиотермолюминесценции). Интенсивность возникающей люминесценции пропорциональна дозе излучения, в связи с чем эти методы применяются для измерения дозы излучения.