Глава 1. Физические основы радиационной медицины

1.6. Методы и приборы радиометрии биологического материала

Радиометрический контроль организуется для получения информации о заражении кожных покровов, одежды, техники, имущества, продовольствия и воды радиоактивными веществами. Он производится с целью профилактики поражения радиоактивными веществами при их попадании на кожу и внутрь организма, принятия решения о возможности действий без индивидуальных средств защиты, определения необходимости проведения санитарной обработки и контроля ее эффективности. Радиометрический контроль проводится непрерывно в ходе пребывания и по выходу с зараженных участков местности.

На аварийно-спасательные формирования возлагаются задачи радиометрического контроля персонала и населения с целью решения вопроса о необходимости проведения санитарной обработки и контроля качества ее проведения, а также определение степени радиоактивного заражения медицинского имущества, транспортных средств, доставляющих раненых и больных в медицинские учреждения. Радиометрический контроль проводится расчетным и γ-методом. Расчетный метод определения радиоактивного загрязнения различных объектов основан на использовании данных радиационной разведки о мощности дозы излучения на местности. При первичном загрязнении имущества оседающими продуктами ядерного взрыва относительная плотность загрязнения равна 10 % плотности радиоактивного загрязнения местности. Например, при мощности дозы излучения на местности, равной 1 Р/ч, плотность радиоактивного загрязнения составляет 35 мкКи/см². Следовательно, санитарный транспорт будет иметь радиоактивное загрязнение с мощностью дозы 100 мР/ч, или с плотностью загрязнения 3,5 мкКи/см².

Расчет дозы облучения с помощью номограмм. Для оценки медико-биологических последствий нахождения человека на радиоактивно загрязненной местности вследствие выпадения радиоактивных частиц при аварии ядерных энергетических установок важно определить эффективную дозу облучения D_э, характеризующую текущий эффект поражения и оцениваемую по величине дозы острого облучения, вызывающей такой же эффект.

Эффективная доза облучения человека в условиях длительного воздействия ионизирующего излучения с постоянной мощностью дозы излучения может быть рассчитана по формуле:

, (1)

где D_э – эффективная доза облучения человека в условиях длительного воздействия ионизирующего излучения, рад;

P₀ – мощность дозы излучения, Р/ч;

f – коэффициент, определяющий дозу необратимости накопленной дозы облучения;

t – время облучения, ч;

β – относительная скорость пострадиационного восстановления, ч^–1.

Для человека принято считать f = 0,1; β = 0,001 ч^–1. При постоянных значениях f и β уравнение (1) является зависимостью с тремя переменными.

В практике нашел широкое применение номографический метод оценки дозовых нагрузок. В частности, для уравнения (1) построена 1-я номограмма (рис. 5) в следующих пределах изменения переменных: 1 ≤ 5000 ч; 0,01 ≤ P_ср ≤ 10 Р/ч; 0,01 ≤ D_э ≤ 5 · 10⁴ рад.

Рис. 5. 1-я номограмма 1 для определения эффективной дозы облучения человека в условиях воздействия ионизирующего излучения с постоянной интенсивностью [11].

Пример 1. Дано: t = 1000 ч; P₀ = 1 Р/ч. Требуется определить D_э.

Решение: на шкалах t и P₀ 1-й номограммы (см. рис. 5) находим точки с пометками 1000 и 1 соответственно. Затем отрезок, равный расстоянию между этими точками, откладываем от фиксированной точки (стрелки) до пересечения со шкалой D_э. В точке пересечения читаем ответ: D_э = 668 рад.

Эффективная доза облучения человека в условиях воздействия ионизирующего излучения изменяющейся интенсивности (монотонно убывающей мощности дозы излучения), характерных для радиоактивно загрязненной местности, при экспоненциальной аппроксимации закона спада мощности дозы излучения может быть рассчитана по следующим формулам:

1. при λ ≠ β

; (2)

2. при λ = β

, (3)

где  ;
D_э – эффективная доза облучения человека в условиях длительного воздействия ионизирующего излучения, рад;
P₀ – начальная мощность дозы излучения, Р/ч;
f – коэффициент, определяющий долю необратимости накопленной дозы облучения;
t – время облучения, ч;
t_Ѕ – время двукратного снижения мощности дозы излучения, ч;
β – относительная скорость пострадиационного восстановления, ч^–1.

В качестве критериальных могут быть рассмотрены следующие значения D_э:
А) D_э = 25 рад. При D_э < 25 рад в аварийных условиях считается безопасным
пребывание на радиоактивно загрязненной местности в течение заданного периода времени;
Б) D_э = 110 рад. При 25 < D_э ≤ 110 рад работоспособность ограничена по истечении заданного периода времени пребывания на радиоактивно загрязненной местности;
Г) D_э = 200 рад. При 160 < D_э ≤ 200 рад/человек исключается из трудовой деятельности по клиническому критерию «нуждаемость в госпитализации».

Критерий «нуждаемость в госпитализации» отражает исключение человека из трудовой деятельности в результате развития у него объективных признаков радиационного поражения, что вызывает необходимость проведения лечебных мероприятий.

В качестве показателя снижения работоспособности человека используется уровень нарушения его физической работоспособности.

Уравнения (2) и (3) представлены циркулярной номограммой, состоящей из двух звеньев. Первое звено объединяет вертикальную шкалу t и поле (t, t_1/2) с семейством горизонтальных прямых t. Второе звено объединяет шкалы P₀ и D_э. Построены две номограммы (рис. 6, 7) для равных диапазонов значений переменных t и t_1/2.

2-я номограмма (см. рис. 6) построена в следующих пределах изменения переменных:

1 ≤ t ≤ 300 ч; 1 ≤ t_1/2 ≤ 300 ч;

0,01 ≤ P₀ ≤ 10 Р/ч; 0,01 ≤ D_э≤ 2000 рад.

Рис. 6. 2-я номограмма для определения эффективной дозы облучения человека в условиях воздействия ионизирующего излучения с изменяющейся интенсивностью и предельно допустимых уровней мощности дозы излучения на РЗМ при 1 < t, t_1/2 < 300 ч [11].

3-я номограмма (см. рис. 7) построена в следующих пределах изменения переменных:

200 ≤ t ≤ 5000 ч; 100 ≤ t_Ѕ ≤ 4000 ч;

0,01 ≤ P₀ ≤ 10 Р/ч; 1 ≤ D_э ≤ 10 000 рад.

На нижних частях шкал D_э номограмм 2 и 3 отмечены точки, отвечающие критериальным значениям D_э (см. А, Б, В, Г), выраженным в радах. Участки шкал D_э, расположенные между этими точками, помечены соответственно буквами А, Б, В, Г.

Пример 2. Дано: t = 1000 ч; t_1/2 = 500 ч; P₀ = 1 Р/ч. Требуется определить D_э.

Решение: по заданным значениям переменных t и t_1/2 выбираем 3-ю номограмму (см. рис. 7). На вертикальной шкале t и в поле (t, t_1/2) номограммы находим точки с пометками 1000 и (1000, 500) соответственно. Затем отрезок, равный расстоянию между этими точками, откладываем от точки на шкале P₀ с пометкой 1 до пересечения со шкалой D_э. В точке пересечения читаем ответ: D_э = 300 рад.

Рис. 7. 3-я номограмма для определения эффективной дозы облучения человека в условиях воздействия ионизирующего излучения с изменяющейся интенсивностью и предельно допустимых уровней мощности дозы излучения на РЗМ при 200 < t < 5000 ч; 100 < t_Ѕ < 4000 ч [11].

Определить предельно допустимый уровень мощности дозы излучения на радиоактивно загрязненной местности в результате аварии на ядерной энергетической установке можно по следующей формуле:

, (4)
где ;

P₀ – начальная мощность дозы излучения, Р/ч;

f – коэффициент, определяющий долю необратимости накопленной дозы облучения;

t – время облучения, ч;

t_Ѕ – время двукратного снижения мощности дозы, ч;

β – относительная скорость пострадиационного восстановления, ч^–1.

D_э – эффективная доза облучения человека в условиях длительного воздействия ионизирующего излучения, рад.

Уравнение (4) получается из уравнения (2) путем разрешения его относительно переменной P₀, поэтому для его решения можно использовать номограммы 2 (см. рис. 6, 7). Рассмотрим пример:

Пример 3. Требуется определить предельно допустимый уровень мощности дозы облучения при t = 100 ч, t_1/2 = 300 ч и D_э = 25 рад.

Решение: по заданным значениям переменных t и t_1/2 выбираем номограмму. На вертикальной шкале t и в поле (t, t_1/2) номограммы находим точки с пометками 100 и (100, 300) соответственно. Затем отрезок, равный расстоянию между этими точками, откладываем от точки на шкале D_э с пометкой 25 до пересечения со шкалой P₀. В точке пересечения читаем ответ: P₀ = 0,3 Р/ч.

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы современные представления о строении атомов?
2. Какова природа радиоактивности?
3. Как можно классифицировать ионизирующие излучения?
4. Какими свойствами обладают ионизирующие излучения?
5. Какие дозы используют для количественного измерения ионизирующих излучений?
6. Что такое мощность дозы?
7. Какие методы лежат в основе дозиметрии ионизирующих излучений?
8. Как можно классифицировать дозиметрические приборы по их назначению и особенностям работы?
9. Какие методы лежат в основе радиометрии?
10. Какие приборы используют для радиометрии биологического материала?