Изучение поглощения рентгеновских лучей веществом

ИЗУЧЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ ВЕЩЕСТВОМ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЛОЯ ПОЛОВИННОГО ОСЛАБЛЕНИЯ

Содержание лабораторной работы

В данной лабораторной работе курсанты должны ознакомиться с принципами устройства и действия простейшего медицинского рентгеновского аппарата, познакомиться с методикой измерения мощности дозы рентгеновских лучей, исследовать зависимость мощности дозы от толщины поглощающего слоя и определить значение слоя половинного ослабления в разных веществах (алюминии и меди).

Основными метрологическими характеристиками рентгеновского излучения для врача являются мощность дозы и жесткость (проникающая способность). Мощность дозы измеряется непосредственно с помощью рентгенометра, а для оценки жесткости излучения определяется слой половинного ослабления. Для этого исследуется зависимость мощности дозы от толщины слоя поглощающего вещества (алюминия). Кроме того, путем сравнения находится величина слоя половинного ослабления в меди.

Основной частью медицинского рентгеновского аппарата является рентгеновская трубка. На катод трубки подается напряжение накала, обычно 6 или 12 В. Нагретый до высокой температуры катод испускает поток электронов, которые разгоняются до больших скоростей высоким напряжением, приложенным между анодом и катодом. В диагностических рентгеновских аппаратах это напряжение обычно можно изменять от 40 до 100 кВ, а в терапевтических – до 400 кВ. Ударяясь об анод (а точнее, о ту часть анода, которая находится напротив нити накала и называется антикатодом), электроны часть своей энергии тратят на испускание электромагнитных квантов с большой энергией, то есть рентгеновских лучей.

При изменении напряжения накала меняется интенсивность (мощность дозы) излучения, а при изменении высокого напряжения меняется как мощность дозы, так и жесткость рентгеновских лучей.

Для измерения мощности дозы применяются приборы, называемые рентгенометрами. В основе их действия лежит ионизирующая способность рентгеновского излучения. Датчиком рентгенометра служит ионизационная камера, это камера (чаще всего цилиндрической формы), в которой имеются два электрода. Камера заполнена чистым сухим воздухом. Конструкция электродов такова, что в камере при подаче рабочего напряжения создаются условия только для первичной ионизации. Поэтому число ионов, возникающих в камере в единицу времени, прямо пропорционально мощности экспозиционной дозы излучения. Ионы улавливаются электродами и создают в цепи камеры постоянный ток. Этот ток очень слабый, от 10-8 до 10-11 ампер, поэтому к камере подключен усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления. На выходе усилителя стоит прибор, измеряющий силу тока; шкала прибора проградуирована в единицах мощности экспозиционной дозы.

При наличии времени содержание работы может быть расширено, а именно в него может быть включено исследование зависимости мощности дозы излучения от режима работы аппарата: высокого напряжения и силы тока накала.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.  Ознакомиться с аппаратурой, изучить ручки управления. Расположить датчик рентгенометра на оси пучка рентгеновских лучей. Установить рекомендованный на рабочем месте диапазон измерений.

2.  Включить рентгеновский аппарат. Записать показания прибора (мощность экспозиционной дозы) в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты изучения зависимости мощности дозы от толщины

поглощающего слоя алюминия и меди

№ п/п	Толщина слоя алюминия dAl, мм	Мощность дозы Р, мР×с-1	№ п/п	Толщина слоя меди d= мм, Толщина слоя алюминия dAl, мм	Мощность дозы, Р, мР×с-1
1 2 3	0		1 2 3	0

3. Поставить перед датчиком рентгенометра алюминиевую пластинку (наименьшей толщины), снова измерить мощность дозы и записать в таблицу. Затем поставить следующую пластинку и т. д. Измерения продолжать до тех пор, пока мощность дозы не уменьшится более чем в два раза по сравнению с исходной.

4.  Поместить между аппаратом и датчиком рентгенометра медную пластинку известной толщины и измерить мощность дозы. Записать результат в таблицу 1. Повторить измерения п.3, последовательно добавляя к установленной медной пластинке алюминиевые.

5.  Параллельно с указанными измерениями проводится определение мощности дозы рассеянного излучения. Для этого другой прибор (микрорентгенометр) устанавливается в классе вне пучка рентгеновских лучей. С его помощью во время включения рентгегновского аппарата нужно измерить мощность дозы рассеянного излучения. Измерения провести несколько раз (не менее трех) и результаты записать в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты определения мощности дозы

и дозы рассеянного излучения

№ п/п	1	2	3	4	5
Мощность дозы рассеянного излучения, мР×с-1
Время работы аппарата, мин.
Доза рассеянного излучения за время работы аппарата, мР
Суммарная эквивалентная доза за занятие, зиверт

Обработка результатов измерений

1.  По данным таблицы 1 (первая серия измерений) построить график зависимости мощности дозы Р от толщины алюминия d. Отметить на оси ординат величину. 0,5 Ро, где Ро – мощность дозы без ослабления (в первом измерении). По оси абсцисс определить толщину, соответствующую значению 0,5 Ро. Это и будет значение слоя половинного ослабления d0,5 для алюминия.

Рассчитать величины линейного и массового коэффициентов ослабления в алюминии для данного режима работы аппарата.

2. Отложить на том же графике мощность дозы Рм, которая была измерена при ослаблении рентгеновских лучей только медной пластинкой. Воспользовавшись построенным графиком, определить по оси абсцисс соответствующую этой ординате толщину слоя алюминия; обозначим эту толщину dAl. Согласно графику слой алюминия такой толщины ослабляет излучение так же, как слой меди толщиной dCu. Следовательно, так как РAl = Ро× e - mAl××dAl и РCu = Ро× e - mCu××dCu, то e - mAl×dAl = e - mСudCu или mAl×dAl=mСu×dCu, где mAl =(ln2)/dAl – линейный коэффициент ослабления для алюминия. Отсюда линейный коэффициент ослабления для меди равен: mСu = mAl×( dAl / dCu), а зная mСu можно рассчитать d0,5 для меди.

3. По данным второй серии измерений таблицы 1 (с медной пластинкой) построить второй график зависимости мощности дозы Р от толщины слоя алюминия d для излучения, прошедшего через медную пластинку. Отметить на оси ординат величину 0,5 Ро, где Ро – мощность дозы, полученная в первом измерении этой серии с медной пластинкой. По оси абсцисс определить толщину, соответствующую значению 0,5 Ро. Это будет значение слоя половинного ослабления алюминия d0,5 для излучения, прошедшего через медную пластинку. Сравните это значение d0,5 с полученным из первого графика и объясните результат.

4. По данным таблицы 2 рассчитать общую дозу излучения за время работы аппарата (последнее берется ориентировочно, исходя из продолжительности лабораторной работы). Рассчитать эквивалентную дозу рассеянного излучения в зивертах. При этом коэффициент качества излучения принять равным 1. Для упрощения расчета можно приближенно считать, что 1Р = 1рад.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. таблицы, заполненные в ходе выполнения работы;

2. графики зависимости мощности дозы от толщины слоя алюминия с построениями, указанными выше в п. п. 1,2,3;

3.Значения линейного и массового коэффициентов ослабления для алюминия и меди, значения слоя половинного ослабления для алюминия (2 значения, найденные по двум графикам) и для меди;

4.Величину суммарной эквивалентной дозы рассеянного излучения с оценкой радиационной безопасности;

5.Заключение о том, является ли выполнение данной лабораторной работы безопасным в радиационном отношении для здоровья слушателей. При этом исходить из значения предельно допустимой мощности дозы 3×10-5 зиверт в час.