Дозиметрия
Дозиметрия излучения в областях физики здоровья и радиационной защиты - это измерение, расчет и оценка дозы ионизирующего излучения, поглощаемой объектом, обычно человеческим организмом. Это применяется как внутри, из -за проглатываемых или вдыхаемых радиоактивных веществ, либо из -за облучения источниками радиации.
Внутренняя оценка дозиметрии зависит от различных методов мониторинга, биопроводной или радиационной визуализации, в то время как внешняя дозиметрия основана на измерениях с дозиметром или выводится из измерений, сделанных другими инструментами рентгенологической защиты . [ 1 ]
Дозиметрия излучения широко используется для радиационной защиты; Обычно применяется для мониторинга работников профессиональной радиации, где ожидается облучение или где излучение неожиданно, например, в последствиях трехмильного острова , Чернобыла или Фукусимы инцидентов рентгенологического высвобождения . Общественная доза измеряется и рассчитывается по различным показателям, таким как измерения окружающей среды гамма-излучения, радиоактивное мониторинг частиц и измерение уровней радиоактивного загрязнения .
требуемая доза Другие значимые области дозиметрии радиации являются медицинскими, где контролируется лечения и любая поглощенная доза по обеспечению обеспечения и окружающая среда, такая как мониторинг радона в зданиях.
Измерение дозы радиации
[ редактировать ]Внешняя доза
[ редактировать ]Есть несколько способов измерения поглощенных доз от ионизирующего излучения. Люди, находящиеся в профессиональном контакте с радиоактивными веществами, или которые могут подвергаться воздействию радиации, обычно несут личные дозиметры . Они специально разработаны для записи и указания полученной дозы. Традиционно, это были медальоны, прикрепленные к внешней одежде контролируемого человека, в котором находился фотографический фильм, известный как дозиметры фильма . Они были в значительной степени заменены другими устройствами, такими как термолюминесцентная дозиметрия (TLD), оптически стимулированная люминесценция (OSL) или значки флуоресцентного ядерного тракта (FNTD). [ 2 ] [ 3 ]
Руководство Международного комитета по радиационной защите (ICRP) гласит, что если личный дозиметр носит на позиции на органе, репрезентативном его воздействии, предполагая, что воздействие всего тела, стоимость личной дозы, эквивалентной HP (10), достаточна для оценки. Эффективное значение дозы, подходящее для радиологической защиты. Личная доза эквивалент - это количество излучения, специально предназначенное для использования для измерений радиации личными дозиметрами. [ 4 ] Дозиметры известны как «законные дозиметры», если они были одобрены для использования в дозе записи персонала для регулирующих целей. В случаях неравномерного облучения такие личные дозиметры могут не быть репрезентативными для определенных конкретных областей тела, где в области беспокойства используются дополнительные дозиметры.
Ряд электронных устройств, известных как электронные личные дозиметры (EPDS), вступили в общее использование с использованием технологии обнаружения полупроводников и программируемой технологии процессора. Они носятся как значки, но могут дать указание на мгновенную скорость дозы и слышимую и визуальную тревогу, если превышает скорость дозы или общая интегрированная доза. Большая информация может быть предоставлена немедленно доступной для владельца записанной дозы и текущей скорости дозы через локальный дисплей. Они могут быть использованы в качестве основного автономного дозиметра или в качестве добавки к другим устройствам. EPD особенно полезны для мониторинга дозы в режиме реального времени, где ожидается высокая доза, которая будет ограничить воздействие владельца.
При определенных обстоятельствах доза может быть выведена из чтений, полученных с фиксированными инструментами в области, в которой работало соответствующее лицо. Обычно это будет использовано только в том случае, если личная дозиметрия не была выпущена, или личный дозиметр был поврежден или потерян. Такие расчеты потребуют пессимистического представления о вероятной полученной дозе.
Внутренняя доза
[ редактировать ]Внутренняя дозиметрия используется для оценки совершенной дозы из -за потребления радионуклидов в организм человека.
Медицинская дозиметрия
[ редактировать ]Медицинская дозиметрия - это расчет поглощенной дозы и оптимизация доставки дозы при лучевой терапии . Это часто выполняется профессиональным физиком здравоохранения со специализированным обучением в этой области. Чтобы спланировать доставку лучевой терапии, радиация, вырабатываемое источниками, обычно характеризуется с кривыми дозы глубины и профилями дозы, измеренными медицинским физиком . [ 5 ]
При радиационной терапии трехмерные распределения дозы часто оцениваются с использованием метода, известной как гель-дозиметрия . [ 6 ]
Экологическая дозиметрия
[ редактировать ]Экологическая дозиметрия используется там, где вполне вероятно, что среда будет генерировать значительную дозу радиации. Примером этого является мониторинг радона . Крупнейшим единственным источником радиационного воздействия широкой общественности является естественный радоновый газ, который составляет приблизительно 55% годовой фоновой дозы. Предполагается, что радон отвечает за 10% рака легких в Соединенных Штатах. Радон - это радиоактивный газ, генерируемый распадом урана, который присутствует в различных количествах в земной коре. Некоторые географические области, из -за основной геологии, постоянно генерируют радон, который проникает на поверхность Земли. В некоторых случаях доза может быть значительной в зданиях, где газ может накапливаться. Ряд специализированных методов дозиметрии используется для оценки дозы, которую могут получить жильцы здания.
Мониторинг радиационной экспозиции
[ редактировать ]Записи о юридических результатах дозиметрии обычно хранятся в течение определенного периода времени, в зависимости от юридических требований нации, в которой они используются.
Мониторинг экспозиции медицинского радиации - это практика сбора информации о дозе из радиологического оборудования и использования данных, чтобы помочь определить возможности для снижения ненужной дозы в медицинских ситуациях. [ 5 ]
Меры дозы
[ редактировать ]
Чтобы обеспечить рассмотрение стохастического риска здоровья, проводятся расчеты для преобразования физической дозы в эквивалентных и эффективных дозах, детали которых зависят от типа радиации и биологического контекста. [ 7 ] Для применений в отношении радиационной защиты и оценки дозиметрии (ICRP) и Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (ICRU) опубликовали рекомендации и данные, которые используются для их расчета.
Единицы измерения
[ редактировать ]Существует ряд различных показателей дозы радиации, в том числе поглощенная доза ( d ), измеренная в:
- Серая (GY) энергия, поглощаемая на единицу массы ( J · кг −1 )
- Эквивалентная доза ( H ) измерена в сивертах (SV)
- Эффективная доза ( e ) измерена в сивертах
- Керма (K) измерена в серых
- Продукт площади дозы (DAP), измеренный в серых сантиметрах 2
- Продукт длины дозы (DLP), измеренный в серых сантиметрах
- RADS устаревшая единица дозы поглощенной радиации, определяется как 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг
- Roentgen- устаревшая единица измерения для воздействия рентгеновских лучей
Каждая мера часто просто описывается как «доза», что может привести к путанице. Подразделения без Si все еще используются, особенно в США, где доза часто сообщается в RADS и доза, эквивалентные REMS . По определению, 1 Гр = 100 рад и 1 SV = 100 Rem.
Фундаментальная величина - это поглощенная доза ( D ), которая определяется как средняя энергия, передаваемая [ионизирующим излучением] (DE) на единицу массы (DM) материала (D = DE/DM) [ 8 ] Подразделение Si поглощенной дозы представляет собой серый (GY), определяемый как один джоул на килограмм. Поглощенная доза, как точечное измерение, подходит для описания локализованных (т.е. частичного органа), таких как доза опухоли в лучевой терапии. Он может быть использован для оценки стохастического риска при условии, что указано количество и тип вовлеченной ткани. Локализованные диагностические уровни дозы обычно находятся в диапазоне 0–50 мг. В дозе 1 мг (MGY) фотонного излучения каждое ядро клеток пересекается в среднем 1 освобожденным электронным дорожком. [ 9 ]
Эквивалентная доза
[ редактировать ]Поглощенная доза, необходимая для получения определенного биологического эффекта, варьируется между различными типами излучения, такими как фотоны , нейтроны или альфа -частицы . Это учитывается в результате эквивалентной дозы (H), которая определяется как средняя доза для органа t на тип Radiation R ( D T, R ), умноженная на весовой коэффициент w r . Это предназначено для учета биологической эффективности (RBE) типа радиации, [ 8 ] Например, для той же поглощенной дозы в GY альфа -частицы в 20 раз больше, чем x или гамма -лучи. Мера «эквивалента дозы» не усредняется органом и теперь используется только для «оперативных величин». Эквивалентная доза предназначена для оценки стохастических рисков по воздействию радиации. Стохастический эффект определяется для оценки дозы облучения как вероятность индукции рака и генетического повреждения. [ 10 ]
В качестве дозы усреднены по всему органу; Эквивалентная доза редко подходит для оценки острых радиационных эффектов или дозы опухоли при лучевой терапии. В случае оценки стохастических эффектов, предполагая линейный отклик дозы , это усреднение не должно иметь никакого значения, поскольку общая энергия остается прежней.
| Излучение | Энергия | W R (ранее Q) |
|---|---|---|
| рентген , гамма-лучи , бета -лучи , мюоны |
1 | |
| нейтроны | <1 МэВ | 2.5 + 18,2 · и - [ln (e) |
| 1 МэВ - 50 МэВ | 5,0 + 17,0 · и - [ln)]] | |
| > 50 МэВ | 2,5 + 3,25 · и - [Нет)]]) | |
| Протоны , заряженные пионы | 2 | |
| альфа -лучи , Продукты ядерного деления , тяжелые ядра |
20 |
Эффективная доза
[ редактировать ]Эффективная доза является центральной дозой количества для рентгенологической защиты, используемой для указания пределов воздействия, чтобы гарантировать, что возникновение стохастических эффектов здоровья сохраняется ниже неприемлемых уровней и что тканевые реакции избегают. [ 12 ]
Трудно сравнить стохастический риск из локализованного воздействия различных частей тела (например, рентген грудной клетки по сравнению с компьютерной томографией головы) или для сравнения воздействия одной и той же части тела, но с разными паттернами воздействия (например, Сердостная КТ с сканированием ядерной медицины сердца). Одним из способов избежать этой проблемы является просто среднее значение локализованной дозы по всему телу. Проблема этого подхода заключается в том, что стохастический риск индукции рака варьируется от одной ткани к другой.
Эффективная доза E предназначена для учета этого изменения путем применения конкретных весовых коэффициентов для каждой ткани ( W T ). Эффективная доза обеспечивает эквивалентную дозу всего тела, которая дает тот же риск, что и локализованное воздействие. Он определяется как сумма эквивалентных доз для каждого органа ( H T ), каждая из которых умножается на соответствующий фактор взвешивания тканей ( W T ).
Взвешительные факторы рассчитываются Международной комиссией по радиологической защите (ICRP), основываясь на риске индукции рака для каждого органа и приспособленной для связанной летальности, качества жизни и утраченных годов жизни. Органы, которые удалены от места облучения, получат только небольшую эквивалентную дозу (в основном из -за рассеяния) и, следовательно, вносят незначительный вклад в эффективную дозу, даже если весовой коэффициент для этого органа высок.
Эффективная доза используется для оценки стохастических рисков для «эталонного» человека, который является средним показателем населения. Он не подходит для оценки стохастического риска для отдельных медицинских воздействий и не используется для оценки острых радиационных эффектов.
| Органы | Факторы взвешивания тканей | ||
|---|---|---|---|
| ICRP30 (i36) 1979 |
ICRP60 (i3) 1991 |
ICRP103 (i6) 2008 | |
| Гонады | 0.25 | 0.20 | 0.08 |
| Красный костный мозг | 0.12 | 0.12 | 0.12 |
| Толстой кишки | – | 0.12 | 0.12 |
| Легкое | 0.12 | 0.12 | 0.12 |
| Желудок | – | 0.12 | 0.12 |
| Грудь | 0.15 | 0.05 | 0.12 |
| Мочевой пузырь | – | 0.05 | 0.04 |
| Печень | – | 0.05 | 0.04 |
| Пищевод | – | 0.05 | 0.04 |
| Щитовидная железа | 0.03 | 0.05 | 0.04 |
| Кожа | – | 0.01 | 0.01 |
| Костяная поверхность | 0.03 | 0.01 | 0.01 |
| Слюнные железы | – | – | 0.01 |
| Мозг | – | – | 0.01 |
| Остаток тела | 0.30 | 0.05 | 0.12 |
Доза против источника или прочности поля
[ редактировать ]Доза радиации относится к количеству энергии, нанесенной в вещества и/или биологических эффектах радиации, и не должна путать с единицей радиоактивной активности ( Becquerel , BQ) источника излучения или силой поля излучения (Fluence ) В статье на Sievert дается обзор типов дозы и того, как они рассчитываются. Воздействие источника радиации даст дозу, которая зависит от многих факторов, таких как активность, продолжительность воздействия, энергия излученного излучения, расстояние от источника и количество экранирования.
Фоновое излучение
[ редактировать ]Всемирная средняя фоновая доза для человека составляет около 3,5 MSV в год [1] , в основном из космического излучения и природных изотопов на земле. Крупнейшим единственным источником радиационного воздействия широкой общественности является естественный радоновый газ, который составляет приблизительно 55% годовой фоновой дозы. Предполагается, что радон отвечает за 10% рака легких в Соединенных Штатах.
Калибровочные стандарты для измерительных инструментов
[ редактировать ]Поскольку человеческое тело составляет приблизительно 70% воды и имеет общую плотность близко к 1 г/см 3 Измерение дозы обычно рассчитывается и калибруется как доза до воды.
Лаборатории национальных стандартов, такие как Национальная физическая лаборатория, Великобритания (NPL), предоставляют калибровочные коэффициенты для ионизационных камер и других измерительных устройств, чтобы преобразовать из считывания инструмента в поглощенную дозу. Лаборатории стандартов действуют как основной стандарт , который обычно откалибруется абсолютной калориметрией (потепление веществ, когда они поглощают энергию). Пользователь посылает свой вторичный стандарт в лабораторию, где он подвергается известному количеству излучения (полученного из основного стандарта), и выпускается фактор для преобразования показания инструмента в эту дозу. Пользователь может затем использовать свой вторичный стандарт для получения коэффициентов калибровки для других инструментов, которые они используют, которые затем становятся третичными стандартами или полевыми инструментами.
NPL управляет графитом-калориметром для абсолютной дозиметрии фотонов. Графит используется вместо воды, так как его удельная теплоемкость является одной шестой, а у воды, и, следовательно, повышение температуры в графите в 6 раз выше, чем эквивалент в воде, а измерения более точны. Существуют значительные проблемы при изоляции графита от окружающей среды, чтобы измерить крошечные изменения температуры. Смертельная доза радиации с человеком составляет приблизительно 10–20 Гр. Это 10–20 джоулей на килограмм. 1 см 3 Поэтому кусок графита весом 2 грамма поглотит около 20–40 мДж. С определенной теплоемкостью около 700 J · кг −1 · K −1 , это приравнивается к повышению температуры всего на 20 мк.
Дозиметры в лучевой терапии ( линейный ускоритель частиц при внешней терапии луча) обычно откалибруются с использованием ионизационных камер [ 14 ] или диодная технология или гелевые дозиметры. [ 6 ]
Излучение, связанные с величинами
[ редактировать ]В следующей таблице показаны величины радиации в единицах Si и не SI.
| Количество | Единица | Символ | Вывод | Год | Если эквивалентно |
|---|---|---|---|---|---|
| Деятельность ( а ) | Беккерел | Бк | с −1 | 1974 | Единица |
| кюри | Там | 3.7 × 10 10 с −1 | 1953 | 3.7 × 10 10 Бк | |
| Резерфорд | Rd. | 10 6 с −1 | 1946 | 1 000 000 BQ | |
| Экспозиция ( x ) | Кулонов за килограмм | C/кг | C⋅kg −1 воздуха | 1974 | Единица |
| X -ray | Ведущий | ESU / 0,001 293 г воздуха | 1928 | 2.58 × 10 −4 C/кг | |
| Поглощенная доза ( D ) | серый | Гриль | J ⋅kg −1 | 1974 | Единица |
| очень за грамм | ERG/G. | erg⋅g −1 | 1950 | 1.0 × 10 −4 Гриль | |
| рад | рад | 100 erg⋅g −1 | 1953 | 0,010 Гр | |
| Эквивалентная доза ( H ) | Зиверт | Св | J⋅kg −1 × w r | 1977 | Единица |
| Рентгеновский эквивалент | Рем | 100 erg⋅g −1 × w r | 1971 | 0,010 св | |
| Эффективная доза ( E ) | Зиверт | Св | J⋅kg −1 × w r × w t | 1977 | Единица |
| Рентгеновский эквивалент | Рем | 100 erg⋅g −1 × w r × w t | 1971 | 0,010 св |
Хотя Комиссия по ядерному регулированию Соединенных Штатов разрешает использование подразделений Curie , Rad и REM вместе с подразделениями SI, [ 15 ] Европейского союза Европейские единицы измерения требовали, чтобы их использование для «общественного здравоохранения ... целей» было снято до 31 декабря 1985 года. [ 16 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Тухи, Re «Основные понятия внутренней дозиметрии» (PDF) .
- ^ «Радиационное дозиметрическое введение» (PDF) .
- ^ «AVO Photonics разрабатывает инструмент обнаружения радиации следующего поколения для Landauer» . Июль 2021 г.
- ^ Валентин 2007 , Тел.
- ^ Jump up to: а беременный Грэм, Саша; Миллс, Майкл (2021). «Почему медицинская дозиметрия является профессией только в Соединенных Штатах и что это значит для медицинских физиков по всему миру?» Полем Журнал прикладной клинической медицинской физики . 22 (8): 4–5. doi : 10.1002/acm2.13362 . PMC 8364271 . PMID 34272815 .
- ^ Jump up to: а беременный Baldock, C.; De Deene, Y.; Doran, S.; Ибботт, Г.; Jirasek, A.; LePage, M.; Макаули, КБ; Олдхем, М.; Schreiner, LJ (7 марта 2010 г.). «Полимерная гелевая дозиметрия» . Физика в медицине и биологии . 55 (5): R1–63. doi : 10.1088/0031-9155/55/5/r01 . ISSN 1361-6560 . PMC 3031873 . PMID 20150687 .
- ^ «Диаграмма DOE -ионизирующей дозы радиации» (PDF) . Декабрь 2017 года.
- ^ Jump up to: а беременный Seltzer, SM; Бартлетт, DT; Ожоги, DT; Дитце, Г.; Menzel, H.G.; Paretzke, Hg; Wambersie, A. (2011). «Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям». Журнал ICRU . 11 (1): np.1–np. doi : 10.1093/jicru/ndr011 . ISSN 1473-6691 .
- ^ Feinendegen, Le (1 мая 1990 г.). «Концепция дозы клеток; потенциальное применение в радиационной защите». Физика в медицине и биологии . 35 (5): 597–612. doi : 10.1088/0031-9155/35/5/001 . ISSN 0031-9155 .
- ^ Валентин 2007 , Тел.
- ^ Валентин 2007 , с.
- ^ Валентин 2007 , с. 63-64.
- ^ Источники и эффекты ионизирующего излучения (PDF) (отчет). Тол. 1. Нью -Йорк: Научный комитет Организации Объединенных Наций по воздействию атомного излучения. 2010. С. 40. ISBN 978-92-1-142274-0 .
- ^ Хилл, Робин; Мо, Чжао; Хак, Мамун; Baldock, Clive (2009). «Оценка ионизационных камер для относительной дозиметрии киловолтажных рентгеновских лучей». Медицинская физика . 36 (9): 3971–3981. doi : 10.1118/1.3183820 . ISSN 0094-2405 . PMID 19810470 .
- ^ 10 CFR 20.1004 . Американская комиссия по ядерному регулированию. 2009
- ^ Совет европейских общин (21 декабря 1979 г.). «Директива Совета 80/181/EEC от 20 декабря 1979 года о приближении законов государств -членов, касающихся единицы измерения и отмены директивы 71/354/EEC» . Получено 19 мая 2012 года .
Ссылки
[ редактировать ]- Валентин, Дж., Эд. (2007), Рекомендации 2007 года Международной комиссии по радиологической защите , Vol. 37, ISBN 978-0-7020-3048-2 , ISSN 0146-6453 , извлечен 11 августа 2024 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Ионизационная камера архивировала 29 октября 2017 года на машине Wayback
- [2] - «Запущенный мир радиационной дозиметрии» - Ма Бойд, Агентство по охране окружающей среды США. Отчет о хронологических различиях между системами дозиметрии США и ICRP.
- Тим Стивенс и Кит Пантридж, «Дозиметрия, личный пленка мониторинга» (короткая статья о дозиметрии с точки зрения ее отношения к фотографии, « Философия фотографии» , том 2, номер 2, 2011, с. 153–158.)
