Основы радиационной медицины

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра радиационной медицины и экологии

ОСНОВЫ
РАДИАЦИОННОЙ МЕДИЦИНЫ

Методические рекомендации

Минск 2004

УДК 616-073.75(075.8)

ББК 53.6 я 73

А 19

Автор

Рецензент: зав. каф. общей гигиены, экологии и радиационной медицины Гомельского государственного медицинского университета, канд. мед. наук, доц.

Утверждено Научно-методическим советом университета
в качестве методических рекомендаций 31.03.2004 г., протокол

А 19 Основы радиационной медицины: Метод. рекомендации / – Мн: БГМУ, 2003. – 20 с.

Изложены физические, химические и биологические методы регистрации ионизирующих излучений, дано краткое описание дозиметрии ионизирующих излучений.

Издание предназначено для студентов лечебного и военно-медицинского факультетов БГМУ.

УДК 616-073.75(075.8)

ББК 53.6 я 73

Тема занятия.

Физические основы радиационной медицины. Основы действия ионизирующих излучений на биологические объекты.

Общее время занятия — 6 часов.

Мотивационная характеристика темы. Усвоение особенностей взаимодействия ионизирующих излучений с веществом необходимо для понимания механизмов и закономерностей формирования лучевых повреждений организма человека и выбора соответствующих лечебно-профилактических мероприятий.

Цель занятия: усвоить основы патогенеза лучевых повреждений.

Задачи занятия:

1)  определить роль и место радиационной медицины в связи со сложившейся в Республике Беларусь радиоэкологической обстановкой;

2)  усвоить использование основных методов регистрации ионизирующих излучений для группового и индивидуального дозиметрического контроля;

3)  усвоить расчет прогнозируемого количества радионуклидов чернобыльского выброса в разное время после аварии.

Требования к исходному уровню знаний. Полноценное усвоение материала практического занятия возможно при наличии у студентов адекватных представлений о природе и свойствах ионизирующих излучений (медицинская и биологическая физика); строении атома и основных его характеристиках, радиолизе воды и влиянии его продуктов на биомолекулы (общая и биологическая химия).

Организационно-методические указания к содержанию занятия: при проведении занятия обратить внимание студентов на необходимость знания основных положений радиационной медицины в связи со сложившейся обстановкой на территории республики. Из курса физики необходимо вспомнить основные методы регистрации ионизирующих излучений (ионизационный, стинцилляционный, фотографический). Кратко рассказать о выпускаемых в настоящее время дозиметрах, их устройстве. С целью активизации внимания и мыслительной деятельности студентов в разбор материала следует включить вопросы из параллельно изучающихся предметов: медицинской физики, общей и биоорганической химии, биологии.

Контрольные вопросы из смежных дисциплин:

1.  Основные характеристики атома (заряд ядра, атомная масса, атомный номер).

2.  Понятия: «нуклон», «изотоп», «радионуклид»; их основные характеристики.

3.  Понятие об ионизирующих излучениях.

4.  Виды ионизирующих излучений.

5.  Радиоактивность, традиционные и системные единицы радиоактивности и их соотношение.

Контрольные вопросы по теме занятия:

1.  Роль и место радиационной медицины в связи со сложившейся радиоэкологической обстановкой в Республике Беларусь.

2.  Характеристика основных видов ионизирующих излучений.

3.  Типы радиоактивных превращений. Закон радиоактивного распада.

4.  Физическая и физико-химическая стадии формирования лучевых повреждений.

5.  Взаимодействие ионизирующих излучений с биологическими структурами.

6.  Дозы: экспозиционная, поглощенная, эквивалентная, эффективная; системные и традиционные единицы доз, соотношения между ними. Коллективные дозы.

7.  Основные методы регистрации ионизирующих излучений (ионизационный, стинцилляционный, фотографический).

8.  Общая и индивидуальная дозиметрия. Контроль доз внешнего облучения.

Учебный материал

Методы регистрации ионизирующих излучений

Радиоактивные излучения невидимы, не имеют цвета, запаха или других признаков, на основании которых человек мог бы заподозрить их наличие, поэтому обнаружение и измерение излучений производят косвенным путем на основании какого-либо их свойства.

В результате взаимодействия радиоактивного излучения с внешней средой происходит ионизация и возбуждение ее нейтральных атомов и молекул. Эти процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды, в том числе и биологических объектов. Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют физические, химические, биологические и расчетные методы.

·  1. Физические методы регистрации излучений

Французский физик А. Беккерель открыл радиоактивность, заметив, что соли урана засвечивают фотопластинку. Он обнаружил, что излучение этих солей вызывает свечение люминофоров и разряжает электроскоп. Так возникли первые физические методы регистрации излучений. В дальнейшем способы регистрации были значительно усовершенствованы и стали основой приборов, регистрирующих ионизирующие излучения.

В настоящее время чаще всего пользуются именно физическими методами, в которых используют ионизационное или световозбуждающее (флуоресценцию или сцинтилляцию) действие излучений, измеряют электрические или другие свойства твердых или жидких сред, тепловое действие излучений.

1.1. Ионизационные методы

Сущность их заключается в том, что под воздействием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме) происходит ионизация молекул, в результате чего электропроводность этой среды увеличивается (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема ионизационного метода регистрации излучений:

1, 2 — электроды; а — излучение; Б — батарея; Д — детектор;
Р — регистрирующее (измерительное) устройство

Если в нее поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение электрического тока, то между электродами создается электрическое поле, в котором возникает направленное движение заряженных частиц: отрицательно заряженных — к аноду; положительно заряженных — к катоду, т. е. проходит так называемый ионизационный ток. Измеряя его величину, получают представление об интенсивности радиоактивных излучений. В качестве детекторов в дозиметрических приборах, работающих на ионизационном методе регистрации, чаще всего используются счетчики Гейгера, ионизационные камеры, пропорциональные (газоразрядные) счетчики различных типов.

1.1.1. Ионизационная камера

Так же как в счетчике Гейгера и пропорциональном счетчике в ионизационной камере используется газовая смесь (рис. 2). Однако по сравнению с другими счетчиками (например пропорциональными) напряжение питания в ионизационной камере меньше и усиления ионизации в ней не происходит. В зависимости от требований к прибору для измерения энергии частиц используется либо только электронная компонента токового импульса, либо электронная и ионная.

1.1.2. Счётчик Гейгера

Газоразрядные счетчики Гейгера–Мюллера (названные по имени немецких физиков X. Гейгера и В. Мюллера) по внешнему виду напоминают ионизационную камеру. Но принцип их работы совсем иной. Счётчик Гейгера представляет собой, как правило, цилиндрический катод, вдоль оси, которого натянута проволока — анод. Система заполнена газовой смесью. При прохождении через детектор заряженная частица ионизирует газ. Образующиеся электроны, двигаясь к положительному электроду - нити, попадая в область сильного электрического поля, ускоряются и в свою очередь ионизируют молекулы газа, что приводит к образованию коронного разряда. Амплитуда сигнала достигает нескольких вольт и легко регистрируется. Счётчик Гейгера регистрирует факт прохождения частицы через счётчик, но не позволяет измерить энергию частицы. Ниже приведен один из вариантов принципиальной схемы простейшего счётчика Гейгера (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема счётчика Гейгера

1.1.3. Пропорциональный счетчик

Пропорциональный (газоразрядный) счетчик имеет такую же конструкцию, как и счётчик Гейгера. Однако за счёт подбора напряжения питания и состава газовой смеси в пропорциональном счетчике при ионизации газа пролетевшей заряженной частицей не происходит коронного разряда. Под действием электрического поля создаваемого вблизи положительного электрода первичные частицы производят вторичную ионизацию и создают электрические лавины, что приводит к усилению первичной ионизации созданной пролетевшей через счётчик частицы в 103–106 раз. Пропорциональный счетчик позволяет регистрировать энергию частиц.

Рис. 4. Схема устройства газоразрядных счетчиков:

А — цилиндрический со стеклянными стенками для регистрации гамма-излучения;
Б — цилиндрический с металлическими стенками для регистрации жесткого бета-излучения; В — торцевой счетчик для регистрации бета-излучения; 1 — стеклянный баллон; 2 — анод (вольфрамовая нить); 3 — катод (металлический цилиндр); 4 — колпачки выводов; 5 — стеклянная бусинка; 6 — тонкое слюдяное окно

1.1.4. Полупроводниковый счётчик

Устройство полупроводникового счётчика, которое обычно изготовляется из кремния или германия, аналогично устройству ионизационной камеры, это так называемые «твердотельные иониза­ционные камеры». Роль газа в полупроводниковом счетчике играет определенным образом созданная чувствительная область, в которой в обычном состоянии нет свободных носителей заряда. Попав в эту область заряженная частица вызывает ионизацию, соответственно в зоне проводимости появляются электроны, а в валентной зоне - дырки. Под действием приложенного к напыленным на поверхность чувствительной зоны электродам напряжения возникает движение электронов и дырок, формируется импульс тока. Заряд импульса тока несет информацию о количестве электронов и дырок и соответственно об энергии, которую заряженная частица потеряла в чувствительной области. Если частица полностью потеряла энергию в чувствительной области, проинтегрировав токовый импульс, получают информацию об энергии частицы. Полупроводниковые счётчики обладают высоким энергетическим разрешением.

Число пар ионов nион в полупроводниковом счётчике определяется формулой

nион = E/W,

где E — кинетическая энергия частицы; W — энергия, необходимая для образования одной пары ионов. Для Германия и кремния W ~ 3–4 эВ и равна энергии необходимой для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Малая величина W определяет высокое разрешение полупроводниковых детекторов, по сравнению с другими детекторами.

Схема полупроводникового детектора приведена на рисунке 5:

Рис. 5. Схема устройства полупроводникового счётчика.

1.1.5. Другие детекторы излучений

Камера Вильсона. Принцип работы камеры Вильсона основан на конденсации пересыщенного пара и образовании видимых капель жидкости на ионах вдоль следа пролетевшей через камеру заряженной частицы.

Пузырьковая камера. Принцип действия основан на вскипании перегретой жидкости вдоль трека заряженной частицы. Пузырьковая камера представляет собой сосуд, заполненный прозрачной перегретой жидкостью. При быстром понижении давления вдоль трека ионизирующей частицы образуется цепочка пузырьков пара, которые освещаются внешним источником и фотографируются.

Искровая камера. Искровая камера состоит из нескольких плоских искровых промежутков, объединённых в одном объёме. После прохождения заряженной частицы через искровую камеру на её электроды подаётся короткий высоковольтный импульс напряжения. В результате вдоль трека образуется видимый искровой канал. Искровая камера, помещённая в магнитное поле, позволяет не только детектировать направление движения частицы, но и по искривлению траектории определять тип частицы и её импульс.

Стриммерная камера. Это аналог искровой камеры с большим межэлектродным расстоянием ~0,5 м. В стриммерной камере можно регистрировать одновременно несколько заряженных частиц.

Пропорциональная камера. Пропорциональная камера обычно имеет плоскую или цилиндрическую форму и в каком-то смысле является аналогом многоэлектродного пропорционального счетчика. Высоковольтные проволочные электроды отстоят друг от друга на расстоянии нескольких мм.

Дрейфовая камера. Это аналог пропорциональной камеры, позволяющий с большой точностью восстановить траекторию частиц.

1.2. Калориметрический метод

Этот метод основан на измерении тепла, выделяемого в веществе при поглощении излучения. В медицинской практике не применяется из-за незначительного уровня тепловыделения и сложности его регистрации при дозах облучения, имеющих практическое клиническое значение.

1.3. Люминесцентный метод

Данный метод основан на способности веществ к отсроченному или немедленному свечению под воздействием излучения.

1.3.1. Флуоресцентный счетчик

Детектирование основано на способности некоторых веществ (активизированное серебро, метафосфорное стекло, фтористый кальций и др.) накапливать энергию от ядерных излучений. Затем при нагревании или освещении ультрафиолетовыми лучами они отдают эту энергию, и ее можно измерить в лаборатории (термолюминесцентные и стеклянные дозиметры).

1.3.2. Сцинтилляционный счетчик

Под воздействием радиоактивных излучений некоторые вещества — сцитилляторы (сернистый цинк, йодистый натрий, вольфрамат кальция и др.) испускают фотоны видимого света (рис. 6). Сцинтиллятор — это специальное вещество (кристалл, пластмасса, жидкость или даже газ), преобразующее энергию излучения в световые вспышки. Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под воздействием излучений: при возвращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Фотоны видимого света улавливаются специальным прибором — так называемым фотоэлектронным умножителем, способным регистрировать каждую вспышку. На выходе фотоэлектронного умножителя появляется ток. Этот ток измеряется и по нему судят об излучении.

·  2. Химические методы регистрации излучений

Молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения. В основе химических методов регистрации излучений лежит количественное определение изменений в химических растворах (цвета, прозрачности, выпадение осадков, выделение газа), которые возникают в результате поглощения энергии излучения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию.

2.1. Фотографический метод

Основан на измерении степени почернения фотоэмульсии, т. е. на регистрации восстановления галогенидов серебра в фотопленке (фотопластинке) с дальнейшим качественным или количественным анализом. Фотоэмульсия представляет собой совокупность мелких кристаллов бромистого серебра, взвешенных в слое желатина. Прохождение ионизирующего излучения через фотоэмульсию делает затронутые им кристаллы способными к проявлению. Плотность почернения пропорциональна дозе облучения. Сравнивая плотность почернения с эталоном, определяют дозу облучения, полученную пленкой. На этом принципе основана работа индивидуальных фотодозиметров.

2.2. Колориметрический метод

Изменение вещества под воздействием ионизирующего излучения можно зафиксировать цветными реакциями. Так, хлороформ в воде при облучении разлагается с образованием соляной кислоты, которая дает цветную реакцию с красителем, добавленным к хлороформу. Двухвалентное железо в кислой среде окисляется в трехвалентное под воздействием свободных радикалов НО2 и ОН, образующихся в воде при ее облучении. Трехвалентное железо с красителем дает цветную реакцию. Раствор метилоранжа под действием излучения становится светлее, что может быть зафиксировано визуально или измерено с помощью колориметра. По плотности окраски судят о дозе облучения.

·  3. Биологические методы регистрации излучений

В биологических методах дозиметрии использована способность излучений изменять биологические объекты. Величину дозы оценивают по уровню летальности животных, степени лейкопении, количеству хромосомных аберраций, изменению окраски и гиперемии кожи, выпадению волос, появлению в моче дезоксицитидина и др. Биологические методы не всегда точны и менее чувствительны по сравнению с физическими. Однако они незаменимы в случае определения относительной биологической эффективности тяжелых частиц с большой энергией, учете индивидуальных различий радиочувствительности, а также при невозможности определить дозу другими методами.

3.1. Клинические методы

Используя данный метод, может быть получена лишь грубая оценка поглощенной дозы. Большинство симптомов, зависящих от дозовой нагрузки, достаточно хорошо изучены. Неточности в оценках дозы возникают в значительной степени из-за высокой вариабельности симптоматики у различных пациентов и влияния множества других факторов. Чувствительность метода также мала. Клиническая дозиметрия рекомендуется в случаях, когда не требуется большой точности дозиметрических исследований. В научной литературе описаны клинические индикаторы острого радиационного воздействия (тошнота и рвота, кожные проявления), клинические индикаторы хронического внешнего гамма-облучения (сосудистая гипотония, общая слабость, микроорганические изменения ЦНС). Частота, сроки развития и степень тяжести указанных симптомов имеют прямую зависимость от мощности. Клиническим индикатором хронического внешнего гамма-облучения высокой мощности (более 2,5 Гр/год) является синдром органических изменений ЦНС по типу демиелинизирующего энцефаломиелита при отсутствии каких-либо неврологических и соматических заболеваний и травм.

Начало рвоты	Доза облучения
Через 2 часа и позже	1-2 Гр
Через 1–2 часа	2-4 Гр
Через 30 минут – 1 час	4-6 Гр
Менее 30 минут	6-10 Гр

3.2. Гематологические методы

Гемопоэтическая система высокочувствительна к облучению. Поэтому ионизирующее излучение вызывает истощение числа стволовых клеток в костном мозге, и по анализу периферической крови можно легко определить приблизительную дозу облучения. Уже при дозах 0,5–1 Гр можно наблюдать заметные изменения в количестве клетки периферической крови.

3.2.1. Метод подсчёта лимфоцитов

Во многих случаях раннее (субклиническое) выявление факта хронического облучения требуется для эффективного медицинского вмешательства. Это может быть достигнуто подсчётом уменьшения числа лимфоцитов (рис. 7), поскольку лимфоциты чрезвычайно радиочувствительны.

Лимфоциты, в отличие от других клеток крови, реагируют на облучение в меньших дозах и проявляется это в течение буквально нескольких часов от начала облучения. Это позволяет отнести метод подсчёта лимфоцитов к наиболее чувствительным из гематологических методов.

3.2.3. Метод подсчёта гранулоцитов

Доза облучения приблизительно в 2 Гр обычно вызывает очень постепенную депрессию числа гранулоцитов до 50% через 30 дней после облучения. Дозы более 2 Гр вызывают начальное повышение числа гранулоцитов (сдвиг влево), которое обычно длится только часы и сопровождается затем резким снижением. Это вызвано резким снижением образования и поступления в кровь зрелых гранулоцитов.

Дозы более 5 Гр обычно вызывают резкое снижение с дальнейшим постепенным снижением содержания вплоть до агранулоцитоза в течение 3 недель.

Дозы 2–5 Гр вызывают фазу абортивного подъема гранулоцитов через 2 недели после облучения с дальнейшим резким снижением их числа за несколько дней. Это повышение вызвано выходом в кровь клеток, находившихся на заключительных стадиях дифференцирования, а потому менее чувствительных к облучению. Степень и продолжительность этого второго повышения изменяются, но классически это длится приблизительно неделю с повышением на 50–75% от нормального содержания. Затем продолжается снижение до 20% от нормы к
25–35-му дню после облучения.

3.3. Цитогенетические методы

Метод признан достаточно информативным для оценки дозы. Он заполняет промежуток в дозиметрии, особенно когда есть трудности в интерпретации данных, в случаях, где есть причина полагать, что люди, не носящие дозиметры были подвергнуты облучению.

3.3.1. Подсчёт хромосомных аберраций

Биологическая дозиметрия, основанная на анализе дицентриков и других аберраций хромосом, используются с середины 60-х гг. XX в. Прошедшие годы показали, что этот анализ стал обычным методом исследования во многих странах. Метод достаточно надёжен. В случае высоких доз (> 1 Гр острого облучения) эта информация помогает в планировании терапии. В случае подострого облучения эта информация важна для определения риска развития стохастических эффектов. Метод может:

·  Обнаруживать «ложные тревоги», когда, например, доза, зарегистрированная на индивидуальном дозиметре действительно не получалась владельцем.

·  Подтвердить подлинное сверхнормативное облучение и обеспечить альтернативную оценку дозы, независимой от физических методов.

·  Быть единственно доступным для подтверждения или опровержения подозреваемое облучения лиц, не носящих индивидуальные дозиметры.

Возможные радиационно индуцированные повреждения ДНК

Тип повреждения	Число на 1 Гр
Двойные разрывы	40
Одиночные разрывы	500–1000
Повреждения оснований	1000–2000
Повреждения сахаридов
Сшивки ДНК–ДНК	30
Сшивки ДНК–белок	150
Щелочь–чувствительные участки	200–300

Наиболее показательным является подсчёт количества дицентриков в лимфоцитах. Хотя атомная радиация вызывает разнообразные повреждения генома, подсчёт количества дицентриков в лимфоцитах периферической крови стал основным методом цитогенетической биодозиметрии из-за легкого выявления и низкой частоты встречаемости дицентриков в необлученных клетках. Механизм их образования достаточно прост, а их число тесно коррелирует с дозой облучения (рис. 9–10).

Рис. 9. Механизм образования дицентриков

Рис. 10. График зависимости числа дицентриков от дозы при облучении
плотноионизирующим (1) и редкоионизирующим (2) излучением

Наиболее удобным методом индикации и визуализации хромосомных аберраций в настоящее время признан так называемый FISH-метод (Fluorescent In Situ Hybridization). Суть метода сводится к предварительному окрашиванию определённых участков ДНК различными флуоресцентными красителями (прямой метод) или нефлуоресцирующими метками с последующей обработкой флуоресцентными антителами (косвенный метод).

Это позволяет легко выявить и подсчитать число различных видов аберраций на флуоресцентном микроскопе (рис. 11).

Рис. 11. Пример флуоресцентной микроскопии:

Dic — дицентрики; tf, cf, if — различные виды фрагментов; ic — неполная хромосома

3.3.2. Анализ упаковки хроматина

Ассоциация ДНК и гистонов в структуре нуклеосомы является хорошо изученной. Кроме того, известно, что ДНК находится снаружи гистона нуклеосомы. Некоторые исследования поддерживают существование осевой структуры, сформированной негистоновыми белками. Причастность таких основных структур к формированию хромосомных аберраций уже известна, но еще до конца не ясна. Основные структуры упаковки ДНК могут быть видны в оптическом микроскопе при окраске серебром на различных стадиях митоза (рис. 12).

По степени повреждения этих структур судят о дозе облучения. Однако следует заметить, что пока данный метод не нашёл широкого применения.

3.4. Биофизический метод

3.4.1. Метод электронного парамагнитного резонанса

Данный метод является одним из основных прямых методов обнаружения свободных радикалов.

Любой электрон обладает магнитным моментом. В отсутствие внешнего магнитного поля все механические и магнитные спиновые моменты электрона направлены случайным образом, в присутствии — только в две стороны: вдоль и против направления силовых линий магнитного поля. При этом их энергии изменяются, а энергетический уровень расщепляется на два (рис. 13).

Рис. 13. Ориентация спинов электронов без магнитного поля (слева) и в магнитном поле

Величина расщепления энергетического уровня зависит как от спинового момента, так и от величины внешнего магнитного поля H (рис. 14).

Рис. 14. Расщепление энергетических уровней в магнитном поле

Такая система будет поглощать электромагнитные волны строго определенного диапазона, т. е. на определенной резонансной частоте. Именно этот факт и лежит в основе определения дозы облучения методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). При воздействии ионизирующего излучения возникают радиационно-индуцированные парамагнитные центры, которые накапливаются и могут быть зарегистрированы методом ЭПР (рис. 15).

Рис. 15. Спектр ЭПР облученной зубной эмали. Стрелками указаны пики радиационной
компоненты спектра. На спектре выделен пик радиационного сигнала, используемый
для реконструкции дозы

Использование современных моделей ЭПР-спектрометров позволяет определять минимальную поглощенную дозу по эмали зубов с точностью до нескольких сГр. Методика ЭПР-дозиметрии основана на использовании в качестве естественного накопительного детектора эмали зуба, состоящей преимущественно из гидроксифосфата кальция (гидроксиапатита — 3Са3(РО4)2·Са(ОН)2) с высокоупорядоченной кристаллической структурой. Часть ионных группировок эмали замещена ионами карбоксила (СО3), фтора и магния. Под воздействием ионизирующего облучения комплекс СО32- захватывает электрон и превращается в свободный радикал СО33-. Так как он встроен в кристаллическую решетку, то может существовать долгое время, образуя стабильные радиационно-индуцированные парамагнитные центры. Из-за высокой минерализованности эмали и низкого обмена веществ в ней парамагнитные центры могут сохраняться до 109 лет. В момент резонанса, связанного с наличием радикалов, происходят изменения характеристик магнитного поля, которые и регистрируются различным спектром ЭПР-сигнала. Так как образование радикалов СО33- пропорционально дозе облучения, последняя может быть рассчитана по интенсивности ЭПР-сигнала.

·  4. Расчетные методы регистрации излучений

В расчетных методах дозу излучения определяют путем математических вычислений. Это единственно возможный метод определения дозы от инкорпорированных радионуклидов. Следует помнить, что определить количество радиоактивного вещества с помощью биологических, химических, калориметрических методов, которые успешно используются для определения дозы излучения, практически невозможно. При одной и той же радиоактивности доза излучения может отличаться в десятки и даже тысячи раз в связи с различиями величины энергии излучения и ее поглощения в облучаемой среде.

Математический метод широко применяют для определения поглощенной и интегральной доз, исходя из экспозиционной и терапевтической доз от закрытых радиоактивных препаратов.

·  5. Дозиметрия

·   

Основной задачей дозиметрии является определение дозы излучения в различных средах и особенно в тканях живого организма. Дозиметрические данные имеют большое значение для количественной и качественной оценки биологического эффекта доз ионизирующих излучений при внешнем и внутреннем облучении организма, а также для обеспечения радиационной безопасности при ра­боте с радиоактивными веществами.

С помощью дозиметрии можно обнаружить источник излучения, определить его вид, количество энергии, а также степень воздействия излучения на облучаемый объект.

Количество энергии ионизирующей радиации, поглощенной единицей массы любой облучаемой среды, считают дозой ионизирующего излучения или просто дозой. Энергию, поглощенную в 1 см3 вещества за единицу времени, называют мощностью дозы ионизирующего излучения.

Радиометрией называют процесс измерения количества радиоактивных изотопов и их концентрации в раз­личных объектах. Радиометрия — составная часть дозиметрии, поскольку в дозиметрии используются методы радиометрии для определения доз излучения.

В основу работы измерительных приборов положена количественная оценка физических явлений, сопровождающих взаимодействие излучений с веществом, т. е. возможность работать в токовом и импульсном режиме и быть одновременно дозиметрами и радиометрами.

Регистрирующий излучение прибор обычно состоит из трех основных частей:

1)  чувствительного элемента, воспринимающего излучение (детектора, датчика), в который поступают частицы или кванты и с помощью преобразователя эффекта взаимодействия превращаются в электрические импульсы;

2)  источника электрического питания;

3) 

измерительного устройства (счетчика электрических импульсов, амперметра, интенсиметра), учитывающего степень изменений в облучаемой среде.

Дозиметры используют, как правило, для контроля доз внешнего облучения человека. Соответственно, радиометры используют для контроля доз внутреннего облучения человека.

Выделяют дозиметры индивидуальные и общие. Индивидуальные дозиметры предназначены для определения индивидуальной дозы внешнего облучения конкретного человека. Общие (групповые) дозиметры, как правило, определяют мощность дозы внешнего облучения, что позволяет использовать их для косвенного подсчета дозы внешнего облучения человека.

Общую классификацию радиометров можно свести к делению на прямые и косвенные. Прямые радиометры предназначены для определения содержания радионуклидов в теле человека с дальнейшим подсчётом дозы внутреннего облучения. Косвенные радиометры предназначены для определения содержания радионуклидов в объектах окружающей среды с целью подсчета возможной дозы внутреннего облучения.

Задания для самостоятельной работы

1.  Лабораторная работа: «Расчет и оценка прогнозируемого количества радионуклидов в разное время после аварии» — 20 мин.

2.  Самостоятельная работа студентов с лекционным материалом и учебной литературой.

3.  Лабораторная работа: «Определение мощности экспозиционной дозы прибором ДБГ–107ЦМ».

Самоконтроль усвоения темы

1.  Нуклон, изотоп, радионуклид.

2.  Радиоактивность, системная и традиционная единицы радиоактивности, их соотношение.

3.  Типы радиоактивных превращений ядер.

4.  Характеристика отдельных видов излучений (альфа, бета, гамма и рентгеновского), примеры радионуклидов, являющихся альфа-, бета-, гамма-излучателями.

5.  Взаимодействие различных видов ионизирующих излучений с веществом, ЛПЭ.

6.  Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений, радиолиз воды, кислородный эффект, зависимость степени выраженности кислородного эффекта от величины ЛПЭ.

7.  Радиохимические изменения в макромолекулах.

8.  Реакция клеток на облучение.

9.  Понятие о дозах: экспозиционной, поглощенной, эквивалентной, эффективной, системные и традиционные единицы доз и соотношение между ними. Коллективные дозы.

Литература

Основная

1.  Тексты лекций № 1–2.

2.  и др. Радиационная медицина. – Мн., 2000. – с. 5–16, 29–46.

3.  , , П. Радиационная гигиена. – М.: Медицина, 1999. – с. 27–63.

Дополнительная

4.  , , Радиационная гигиена. – М.: Медицина, 1988/ с. 5–56.

5.  Радиоактивные вещества и человек. – М.: 1990.

6.  , , Радиационная гигиена: Учебник. – М.: Медицина, 1999.

7.  , Информационные макромолекулы при лучевом поражении клеток. – М.: 1980.

8.  , Радиоактивные загрязнения и их измерение. – М.: 1989.

9.  , Молекулярные механизмы радиационной гибели клеток. – М.: 1985.

10.  , Ядерная физика. – М.: Наука, 1980.

11.  Радиобиология человека и животных. – М.: Москва, 1984.

Оглавление

Тема занятия 3

Учебный материал 4

1 Физические методы регистрации излучений 5

1.1. Ионизационные методы 5

1.1.1. Ионизационная камера 6

1.1.2. Счётчик Гейгера 6

1.1.3. Пропорциональный счетчик 7

1.1.4. Полупроводниковый счётчик 7

1.1.5. Другие детекторы излучений 8

1.2. Калориметрический метод 9

1.3. Люминесцентный метод 9

1.3.1. Флуоресцентный счетчик 9

1.3.2. Сцинтилляционный счетчик 9

2. Химические методы регистрации излучений 10

2.1. Фотографический метод 10

2.2. Колориметрический метод 10

3. Биологические методы регистрации излучений 10

3.1. Клинические методы 11

3.2. Гематологические методы 11

3.2.1. Метод подсчёта лимфоцитов. 11

3.2.2. Метод подсчёта гранулоцитов 12

3.3. Цитогенетические методы 12

3.3.1. Подсчёт хромосомных аберраций 12

3.3.2. Анализ упаковки хроматина 15

3.4. Биофизический метод 15

3.4.1. Метод электронного парамагнитного резонанса 15

4. Расчетные методы регистрации излучений 17

5. Дозиметрия 17

Задания для самостоятельной работы 19

Самоконтроль усвоения темы 19

Литература 19