Ожидаемая доза
при Ожидаемая доза радиологической защите является мерой стохастического риска для здоровья вследствие поступления радиоактивного материала в организм человека. Стохастика в этом контексте определяется как вероятность возникновения рака и генетического повреждения из-за низких уровней радиации. Единица измерения в системе СИ — зиверт .
Ожидаемая доза от внутреннего источника представляет тот же эффективный риск, что и такая же эффективная доза, равномерно поступившая на все тело из внешнего источника, или такая же сумма эквивалентной дозы, поступившая на часть тела. Ожидаемая доза не предназначена для измерения детерминированных последствий, таких как лучевая болезнь , которые определяются как тяжесть воздействия на здоровье, которое наверняка произойдет.
Радиационный риск, предложенный Международной комиссией по радиологической защите (ICRP), прогнозирует, что эффективная доза в один зиверт несет в себе 5,5% вероятность развития рака. Такой риск представляет собой сумму доз внутреннего и внешнего облучения. [ 1 ]
Определение МКРЗ
[ редактировать ]МКРЗ заявляет: «Радионуклиды, включенные в организм человека, облучают ткани в течение периодов времени, определяемых их физическим периодом полураспада и их биологическим удержанием. внутри тела. Таким образом, они могут вызывать дозы в тканях организма в течение многих месяцев или лет после поступления. Необходимость регулирования воздействия радионуклидов и накопление дозы радиации в течение длительных периодов времени привело к определению величин ожидаемой дозы». [ 2 ]
МКРЗ определяет две величины дозы для индивидуальной ожидаемой дозы.
- Ожидаемая эквивалентная доза – это временной интеграл мощности эквивалентной дозы в конкретной ткани или органе, которую получит человек после поступления радиоактивного материала в организм Условного лица, где t – время интегрирования в годах. [ 3 ] Это относится конкретно к дозе в конкретной ткани или органе, аналогично внешней эквивалентной дозе.
- Ожидаемая эффективная доза представляет собой сумму произведений ожидаемых эквивалентных доз для органов или тканей и соответствующих весовых коэффициентов тканей W T , где t — время интегрирования в годах после поступления. Срок действия обязательств принят равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей. [ 3 ] Это относится конкретно к дозе, воздействующей на все тело, аналогично внешней эффективной дозе. Ожидаемая эффективная доза используется для демонстрации соблюдения пределов дозы и вводится в «учетную дозу» профессионального облучения, используемую для регистрации, отчетности и ретроспективной демонстрации соблюдения нормативных пределов дозы. [ 4 ]
МКРЗ далее утверждает: «Для внутреннего облучения ожидаемые эффективные дозы обычно определяются на основе оценки поступления радионуклидов на основе биоанализа или других величин (например, активности, сохраняемой в организме или в ежедневных выделениях). Доза радиации определяется на основе прием с использованием рекомендуемых дозовых коэффициентов». [ 5 ]
Прием дозы
[ редактировать ]Поступление радиоактивного материала может происходить четырьмя путями:
- вдыхание переносимых по воздуху загрязнителей, таких как радон
- проглатывание зараженной пищи или жидкостей
- поглощение паров, таких как оксид трития, через кожу
- инъекции медицинских радиоизотопов, таких как технеций-99m
Некоторые искусственные радиоизотопы, такие как йод-131 , химически идентичны природным изотопам, необходимым для организма, и могут легче усваиваться, если у человека наблюдается дефицит этого элемента. Например, йодид калия (KI), вводимый перорально сразу после воздействия, может использоваться для защиты щитовидной железы от поступления в организм радиоактивного йода в случае аварии или нападения на атомной электростанции или взрыва ядерного взрывного устройства , которое может привести к выбросу радиоактивного йода. радиоактивный йод.
Другие радиоизотопы имеют сродство к определенным тканям, например, плутоний в костях, и могут сохраняться там годами, несмотря на свою чужеродную природу. Подводя итог, можно сказать, что не всякая радиация вредна. Излучение может поглощаться несколькими путями, которые варьируются в зависимости от обстоятельств ситуации. Если радиоактивный материал необходим, его можно принимать внутрь через стабильные изотопы определенных элементов. Однако это рекомендуется только тем, у кого есть недостаток этих элементов, поскольку радиоактивный материал может превратиться из полезного в вредный при очень небольших количествах. Наиболее вредным способом поглощения радиации является абсорбция, поскольку контролировать ее количество, попадающее в организм, практически невозможно. [ 6 ]
Физические факторы
[ редактировать ]Поскольку облучение увеличивается по мере приближения к источнику радиации, а также невозможно дистанцировать или защитить внутренний источник, радиоактивные материалы внутри тела могут доставить гораздо более высокие дозы в органы-хозяева, чем обычно извне. Это особенно справедливо для альфа- и бета- излучателей, которые легко экранируются кожей и одеждой. альфа-излучения Некоторые выдвинули гипотезу, что высокая относительная биологическая эффективность может быть связана со склонностью клеток поглощать трансурановые металлы в клеточное ядро, где они будут находиться в очень непосредственной близости от генома, хотя повышенную эффективность можно также наблюдать и при внешнем альфа-излучении в клеточных исследованиях. . Как и при расчетах эквивалентной дозы и эффективной дозы , ожидаемая доза должна включать поправки на относительную биологическую эффективность типа излучения и взвешивания на чувствительность тканей.
Продолжительность
[ редактировать ]Мощность дозы от однократного поступления снижается со временем вследствие как радиоактивного распада , так и биологического распада (т.е. выведения из организма). Совокупный период радиоактивного и биологического полураспада , называемый эффективным периодом полураспада материала, может варьироваться от часов для медицинских радиоизотопов до десятилетий для трансурановых отходов. Ожидаемая доза представляет собой интеграл этой убывающей мощности дозы в течение предполагаемой оставшейся продолжительности жизни организма. Большинство правил требуют, чтобы этот интеграл принимался за период более 50 лет для потребления во взрослом возрасте или более 70 лет для потребления в детстве. При дозиметрическом учете вся ожидаемая доза консервативно относится к году поступления, хотя для фактического накопления тканями этой дозы может потребоваться много лет.
Измерение
[ редактировать ]Не существует прямого способа измерения ожидаемой дозы. Оценки можно сделать путем анализа данных подсчета всего тела , проб крови, проб мочи, проб фекалий, биопсии и измерения потребления.
Подсчет всего тела (WBC) является наиболее прямым подходом, но имеет некоторые ограничения: он не может обнаружить бета-излучатели, такие как тритий ; он не дает никакой химической информации о каком-либо соединении, с которым может быть связан радиоизотоп; это может быть неубедительным в отношении природы обнаруженного радиоизотопа; и это сложное измерение, подверженное множеству источников ошибок измерения и калибровки.
Анализ образцов крови, мочи, фекалий и биопсий может дать более точную информацию о химической и изотопной природе загрязнителя, его распределении в организме и скорости выведения. Образцы мочи являются стандартным способом измерения поступления трития, а образцы фекалий — стандартным способом измерения поступления трансурановых кислот .
Если известны природа и количество поступивших в организм радиоактивных материалов и имеется надежная биохимическая модель этого материала, этого может быть достаточно для определения ожидаемой дозы. В сценариях профессиональных заболеваний или несчастных случаев приблизительные оценки могут быть основаны на измерениях окружающей среды, воздействию которой подвергались люди, но при этом не могут учитываться такие факторы, как частота дыхания и соблюдение правил гигиены. Точная информация о приеме и его биохимическом воздействии обычно доступна только в медицинских ситуациях, когда радиофармпрепараты измеряются в калибраторе дозы радиоизотопов перед инъекцией.
Годовой лимит поступления (ГПИ) — это производный предел количества радиоактивного материала, поступившего в организм взрослого работника при вдыхании или проглатывании за год. ALI – это поступление данного радионуклида за год, которое приведет к:
- ожидаемый эффективный эквивалент дозы 0,02 Зв (2 бэр) для «эталонного человеческого тела», или
- ожидаемая доза, эквивалентная 0,2 Зв (20 бэр) для любого отдельного органа или ткани,
какая бы доза ни была меньше. [ 7 ]
Влияние на здоровье
[ редактировать ]Поступление радиоактивных материалов в организм имеет тенденцию увеличивать риск развития рака и, возможно, других стохастических эффектов. Международная комиссия по радиологической защите предложила модель, согласно которой заболеваемость раком увеличивается линейно с эффективной дозой со скоростью 5,5% на зиверт. [ 8 ] Эта модель широко распространена для внешнего излучения, но ее применение к внутреннему загрязнению оспаривается. Эта модель не может объяснить низкий уровень заболеваемости раком у первых сотрудников Лос-Аламосской национальной лаборатории, подвергшихся воздействию плутониевой пыли, а также высокий уровень заболеваемости раком щитовидной железы у детей после чернобыльской аварии. [ нужна ссылка ] . Неформальный [ 9 ] Европейский комитет по радиационному риску поставил под сомнение модель МКРЗ, используемую для внутреннего облучения. [ 10 ] [ ненадежный источник? ] Однако отчет Национального совета по радиологической защите Соединенного Королевства одобряет подходы МКРЗ к оценке доз и рисков от внутренних источников излучений и соглашается с выводами CERRIE о том, что это должны быть наилучшие оценки и что связанным с ними неопределенностям следует уделять больше внимания. [ 11 ]
Истинная связь между ожидаемой дозой и раком почти наверняка нелинейна. [ нужна ссылка ] Например, йод-131 примечателен тем, что высокие дозы изотопа иногда менее опасны, чем низкие дозы, поскольку они имеют тенденцию убивать ткани щитовидной железы , которые в противном случае стали бы раковыми в результате радиации. Большинство исследований использования очень высоких доз I-131 для лечения болезни Грейвса не выявили какого-либо увеличения заболеваемости раком щитовидной железы, хотя существует линейное увеличение риска рака щитовидной железы при абсорбции I-131 в умеренных дозах. [ 12 ]
Внутреннее облучение населения контролируется нормативными пределами содержания радиоактивности в продуктах питания и воде. Эти пределы обычно выражаются в беккерелях на килограмм, при этом для каждого загрязняющего вещества устанавливаются разные пределы.
Поступление очень больших количеств радиоактивного материала может вызвать острый лучевой синдром в редких случаях (ОЛС). Примеры включают отравление Александра Литвиненко и Leide das Neves Ferreira . Хотя нет сомнений в том, что причиной ОЛБ в этих случаях было внутреннее загрязнение, недостаточно данных, чтобы установить, какие количества ожидаемой дозы могут вызвать симптомы ОЛБ. В большинстве случаев, когда ОРС вызывает беспокойство, эффективная доза внешнего облучения обычно гораздо более опасна, чем внутренняя доза. Обычно наибольшую озабоченность при внутреннем облучении вызывает то, что радиоактивный материал может оставаться в организме в течение длительного периода времени, «обрекая» субъекта на накопление дозы еще долго после прекращения первоначального облучения. Более ста человек, включая Эбена Байерса и радиевых девушек , получили ожидаемые дозы, превышающие 10 Гр, и впоследствии умерли от рака или естественных причин, тогда как такое же количество острой внешней дозы неизменно привело бы к более ранней смерти от ОЛБ. [ 13 ]
Примеры
[ редактировать ]Ниже приведен ряд примеров внутреннего облучения.
- Торотраст
- Воздействие калия-40 присутствует и у нормального человека.
- Воздействие при проглатывании растворимого радиоактивного вещества, такого как 89 Ср в коровьем молоке .
- Человек, который лечится от рака с помощью метода лучевой терапии с открытым источником , при котором радиоизотоп используется в качестве лекарственного средства (обычно в виде жидкости или таблетки). Обзор на эту тему был опубликован в 1999 году. [ 14 ] Поскольку радиоактивный материал тесно смешивается с пораженным объектом, часто бывает трудно обеззаразить объект или человека в случае внутреннего облучения. Хотя некоторые очень нерастворимые материалы, такие как продукты деления в матрице диоксида урана , возможно, никогда не смогут по-настоящему стать частью организма, вполне нормально рассматривать такие частицы в легких и пищеварительном тракте как форму внутреннего загрязнения, которое приводит к внутреннему облучению. .
- Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) включает введение химического вещества, меченного бором-10 , которое преимущественно связывается с опухолевыми клетками. Нейтронам ядерного реактора придается с помощью замедлителя нейтронов энергетический спектр нейтронов, подходящий для лечения БНЗТ. Опухоль избирательно бомбардируется этими нейтронами. Нейтроны быстро замедляются в организме, превращаясь в тепловые нейтроны низкой энергии . Эти тепловые нейтроны захватываются введенным бором-10, образуя возбужденный бор-11, который распадается на литий-7 и гелия-4, альфа-частицу обе из которых производят близко расположенное ионизирующее излучение. Эта концепция описывается как бинарная система, использующая два отдельных компонента для терапии рака. Каждый компонент сам по себе относительно безвреден для клеток, но в сочетании для лечения они оказывают сильное цитоцидное ( цитотоксическое ) действие, которое приводит к летальному исходу (в пределах ограниченного диапазона 5-9 микрометров или примерно одного диаметра клетки). Клинические испытания с многообещающими результатами в настоящее время проводятся в Финляндии и Японии.
Сопутствующие количества
[ редактировать ]Комиссия по ядерному регулированию США определяет некоторые величины, не входящие в систему СИ, для расчета ожидаемой дозы для использования только в рамках системы регулирования США. Они носят названия, отличные от тех, которые используются в Международной системе радиационной защиты ICRP, а именно:
- Эквивалент ожидаемой дозы (CDE) — это эквивалентная доза, полученная конкретным органом или тканью из внутреннего источника, без учета чувствительности тканей. По сути, это промежуточный результат расчета, который нельзя напрямую сравнивать с окончательными дозиметрическими величинами.
- Эквивалент ожидаемой эффективной дозы (CEDE), как определено в Разделе 10, Раздел 20.1003, Свода федеральных правил США. Доза CEDE (HE,50) представляет собой сумму произведений эквивалентов ожидаемой дозы для каждого из органов тела. или тканей, которые подверглись облучению, умноженные на весовые коэффициенты (WT), применимые к каждому из этих органов или тканей. [ 15 ]
Путаница между системами количества доз США и МКРЗ может возникнуть, поскольку термин «эквивалент дозы» используется в системе МКРЗ с 1991 года только для величин, рассчитанных с использованием значения Q (линейная передача энергии - LET), которую МКРЗ называет «оперативные количества». Однако в системе NRC США «эквивалент дозы» по-прежнему используется для обозначения величин, которые рассчитываются с использованием весовых коэффициентов тканей и радиации, которые в системе ICRP теперь известны как «защитные величины», которые называются «эффективной дозой» и «эквивалентной дозой». доза». [ 16 ]
См. также
[ редактировать ]- Внутренняя дозиметрия
- Радиоактивность
- Ионизирующее излучение
- Коллективная доза
- Суммарный эквивалент эффективной дозы
- Кумулятивная доза
- Ожидаемый эквивалент дозы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Публикация МКРЗ 103 - Параграф 83.
- ^ Публикация МКРЗ 103, параграф 140.
- ^ Перейти обратно: а б Публикация МКРЗ 103 – Глоссарий.
- ^ Публикация МКРЗ 103 - параграф B225 и глоссарий.
- ^ Публикация МКРЗ 103 - Параграф 144.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. Проверено 31 октября 2014 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ ICPR: Проект отчета для консультаций. Архивировано 22 июня 2015 г. в Wayback Machine.
- ^ МЦРП (2007). Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 года . Публикация МКРЗ 103. Том. 37. ИСБН 978-0-7020-3048-2 . Архивировано из оригинала 16 ноября 2012 года . Проверено 17 мая 2012 г.
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Блирс, Хейзел (4 марта 2003 г.). «Письменные ответы: Радиация» . Хансард .
ECRR не является официальным научно-консультативным комитетом при Европейской комиссии или Европейском парламенте.
- ^ Европейский комитет по радиационному риску (2010 г.). Басби, Крис; и др. (ред.). Рекомендации ECRR 2010 г.: последствия воздействия низких доз ионизирующего излучения на здоровье (PDF) (под ред. регулирующих органов). Аберистуит: Зеленый аудит. ISBN 978-1-897761-16-8 . Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2012 года . Проверено 18 мая 2012 г.
- ^ Ответ Национального совета по радиологической защите на отчет Комитета по изучению радиационных рисков внутренних излучателей (CERRIE), HPA, Великобритания, 2005 г.
- ^ Ривкис, Скотт А.; Склар, Чарльз; Фримарк, Майкл (1998). «Лечение болезни Грейвса у детей с особым упором на лечение радиоактивным йодом» . Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 83 (11): 3767–76. дои : 10.1210/jcem.83.11.5239 . ПМИД 9814445 .
- ^ Роуленд, RE (1994). Радий в организме человека: обзор исследований в США (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория . Проверено 24 мая 2012 г.
- ^ Винн, Волкерт; Хоффман, Тимоти (1999). «Терапевтические радиофармацевтические препараты афртин=2+3=9000» (PDF) . Химические обзоры . 99 (9): 2269–92. дои : 10.1021/cr9804386 . ПМИД 11749482 .
- ^ Глоссарий NRC
- ^ «Запутанный мир радиационной дозиметрии» - М. А. Бойд, доклад конференции по управлению отходами, 2009 г., Агентство по охране окружающей среды США. Отчет о различиях между дозиметрическими системами США и МКРЗ.
- Глоссарий Комиссии по ядерному регулированию США
- Глоссарий Аргоннской национальной лаборатории
- Ограничение воздействия ионизирующего излучения (Отчет № 116). Национальный совет по радиационной защите и измерениям (NCRP).
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Веб-сайт правительства Великобритании COMARE
- Веб-сайт правительства Великобритании CERRIE
- [1] - «Запутанный мир радиационной дозиметрии» - М.А. Бойд, 2009 г., Агентство по охране окружающей среды США. Отчет о хронологических различиях между дозиметрическими системами США и МКРЗ.