CC BY
112
Калибровка радиометров для массового контроля инкорпорированных нуклидов 131!, 134Cs и 13 Cs, выполненная с помощью добровольцев
Кайдановский Г.Н., Долгирев Е.Н.
Научно-исследовательский институт радиационной гигиены ГКСЭН РФ, С.-Петербург
Описаны результаты измерений переносными сцинтилляционными радиометрами шести добровольцев ¡различного телосложения, принявших перорально по 370 кБк (10 мкКи) смеси 134Cs и 1 7Cs. Измерения проводились на протяжении более 20 суток при различном расположении детектора относительно тела обследуемого. Содержание радионуклидов цезия в каждом добровольце в интервале времени от 1 до 7 суток после введения определяли как разность между введенным и выведенным количеством. Выделения также собирались в течение 7 суток и контролировались методом у-спектрометрии.
Показано, что цезий равномерно распределяется в организме спустя 20 дней после введения. Неравномерность его распределения в первые несколько суток может привести к значительным погрешностям при измерениях in vivo с помощью простых радиометров.
Калибровку радиометров по 131I в щитовидной железе производили на пациентах, которым был введен 131I в диагностических целях. В работе приводится методика определения 131I в щитовидной железе в присутствии мешающего излучения радионуклидов цезия, равномерно распределенных по организму человека.
В результате проведенного исследования создана методика экспресс-определения содержания 134Cs и 137Cs в организме человека, по которой выполнено более 300 тысяч измерений в районах радиоактивного загрязнения Брянской, Тульской и Орловской областей после чернобыльской катастрофы.
Calibration of radiometers for mass-scale monitoring of incorporated nuclides of 131I, 134Cs and 137Cs conducted with involvement of volunteers
Kaidanovsky G.N., | Dolgirev E.N. |
Research Institute of Radiation Hygiene, St Petersburg
The paper describes the study in which six volunteers of different built took perorally 370 kBq (10 |xCi) of 134Cs and 137Cs mix each. Results are presented of in vivo measurements performed with portable scintillation radiometers during more than 20 days with the detector arranged differently with respect to the body. The content of cesium radionuclides in each volunteer within 1 to 7 days was determined as a difference between the amounts of the radionuclides taken in and excreted. Urine and feces was collected during 7 days and studied by gamma spectrometry.
The cesium has been shown to be uniformly distributed in human organism 20 days after introduction. Non-uniformity in its distribution in the first several days can lead to considerable errors in vivo measurements using ordinary radiometers.
The calibration of radiometers by thyroid 131I was performed with patients administered 131I for diagnostic purposes. The paper present the methodology for 131I determination in thyroid in the presence of interfering irradiation of cesium radionuclides uniformly distributed in human organism.
The completed study has made it possible to develop a methodology for prompt determination of 134Cs and 137Cs in human body. This methodology has been used for more than 300 thousand measurements in the Chernobyl contaminated areas of Bryansk, Tula and Orel regions.
Введение
Основную роль в формировании доз внутреннего облучения населения после аварии на Чернобыльской АЭС играют инкорпорированные радионуклиды 1311, 134Сэ и 137Сэ. Особенностями определения в организме человека указанных радионуклидов при крупных радиационных авариях
являются: необходимость обследования больших контингентов лиц, удаленность от места обследования стационарных спектрометров излучения человека (СИЧ), низкая их производительность, а также большой диапазон возрастных и антропометрических показателей обследуемых лиц.
С первых дней аварии для измерения содержания радионуклидов, испускавших у-излучение, в
теле жителей зоны радиоактивного загрязнения использовались сцинтилляционные у-радиометры или одноканальные спектрометры различного назначения. С целью обеспечения максимальной достоверности и единого методического подхода при измерениях в НИИРГ (С.-Петербург) в 1986 г. было проведено специальное исследование на добровольцах, которое позволило разработать методику массового контроля внутреннего облучения населения.
Объект и методика исследования
Принципиально важными аспектами создаваемой методики массового обследования населения явились:
- выбор места расположения детектора и позы обследуемых людей;
В начале исследования (осень 1986 г.) каждому добровольцу перорально было введено 50 мл дистиллированной воды с растворенной в ней смесью хлорида 134Сэ и 137Сэ общей активностью 370±10 кБк (10±0.3 мкКи). Отношение активности 134Сэ к активности 137Сэ составляло 0.45±0.1, что близко к отношению активности этих нуклидов в аварийном выбросе Чернобыльской АЭС. Раствор был предварительно метрологически аттестован по активности каждого радионуклида с точностью ± 3% во Всесоюзном институте метрологии. Перед введением раствора в организме каждого из добровольцев было определено начальное содержание радионуклидов с помощью стационарного спектрометра излучения человека (СИЧ) [1]. После введения радионуклидов в течение недели все добровольцы получали одинаковый рацион, причем содержание радионуклидов в продуктах тщательно контролировали. В дальнейшем каждый доброволец питался самостоятельно, но в течение трех месяцев используемые ими продукты контролировали на содержание радионуклидов цезия. На протяжении первой недели ежедневно, а далее через 8, 15, 22 и 78 суток осуществляли полный сбор суточных выделений мочи. Суточные выделения кала собирали в первые 6 суток, а затем через 15, 22 и 78 суток. Активность радионуклидов в выделениях контролировали с помощью
- выбор антропометрического параметра, учитывающего влияние телосложения людей на показания приборов;
- определение момента калибровки приборов на добровольцах, соответствующего достижению равномерного распределения инкорпорированных радионуклидов цезия в тканях организма;
- учет вклада мешающего излучения радионуклидов цезия в результаты определения содержания 1311 в щитовидной железе.
Для решения намеченных задач были привлечены проживающие в С.-Петербурге добровольцы
- мужчины в возрасте (А) - от 43 до 62 лет, различающиеся по массе тела (М) - 49-96 кг, росту (Н) -165-185 см, окружности груди (В) - 81-115 см и окружности талии (— - 66-104 см - таблица 1.
сцинтилляционного у-спектрометра с кристаллом Ыа!(Т!) размерами 150x200 мм, имеющего колодец объёмом 200 см3. Текущее содержание 134Сэ и 137Сэ в организме добровольцев определяли как прямыми измерениями с помощью СИЧ, так и косвенным методом по разнице введенного и выведенного их количества. По истечении трехнедельного срока и на протяжении последующих трех месяцев содержание радионуклидов цезия в организме добровольцев контролировали с помощью СИЧ как в НИИРГ, так и в Институте гигиены морского транспорта (С.-Петербург), ГНЦ РФ "Институт биофизики” и др. учреждениях. Отклонения результатов измерений, выполненных с помощью различных СИЧ, не выходили за пределы 10%.
На протяжении первых трех недель и через 78 суток измеряли потоки у-излучения от тела каждого добровольца с помощью переносных у-радиометров и одноканальных спектрометров при различных вариантах геометрии “человек-детектор”.
В качестве переносных средств измерения, подлежащих калибровке, применяли: сцинтилля-ционный радиометр СРП-68-01 с цилиндрическим кристаллом Ыа!(Т!) размерами (диаметрхвысота) 30x25 мм, имеющим только нижний энергетический порог дискриминации у-излучения вблизи
Таблица 1
Антропометрические данные и возраст добровольцев
N Ф.И.О. М, кг Н, см М/Н, кг/см В, см — см А, лет
1 Р.П.В. 96 169 0.57 114.5 104 57
2 К.В.А. 90 185 0.49 105 91 48
3 К.Ю.Н. 78 178 0.44 102 90 47
4 К.Г.Н. 68 175 0.39 89 80 43
5 Д.Е.И. 52 167 0.31 82 72 62
6 П.Д.К. 49 174 0.28 81 66 62
энергии 60 кэВ, а также одноканальные сцинтил-ляционные у-спектрометры: отечественный ГТРМ-01 Ц с кристаллом 40x40 мм и ЯРТ-20046 фирмы Роботрон (ГДР) с кристаллом NaI(Tl) 25x25 мм и 40x40 мм, имеющие регулируемые нижний и верхний уровни энергетического диапазона регистрации у-излучения. В соответствии с техническим паспортом этих приборов энергетическое разрешение (на линии 662 кэВ) составляло: ГТРМ-
01 Ц - 10%, ЯРТ-20046 с малым кристаллом - 8%, а с большим - 9%. Все приборы прошли метрологическую аттестацию в региональном центре стандартизации. При калибровке спектрометров с целью определения содержания радионуклидов цезия во всем организме энергетический диапазон регистрации выбирали от 500 до 1000 кэВ. В этот диапазон попадает у-излучение 137тВа, образующееся при распаде 137Сэ с энергией 662 кэВ (выход - 0.85 1/распад) и 134Сэ с энергией 563, 569, 605, 796 и 802 кэВ (0.24, 0.98 и 0.94 1/распад соответственно). Для оценки вклада мешающего излучения инкорпорированных радионуклидов
131
цезия в результат измерения I в щитовидной железе границы энергетического диапазона были установлены в интервале 250-450 кэВ (основная
линия у-излучения 131! с энергией 365 кэВ с выходом 0.81 1/распад). Такие относительно широкие энергетические интервалы были выбраны для компенсации возможной нестабильности спектрометра.
Геометрию измерений при калибровке приборов, предназначенных для определения содержания радионуклидов цезия во всем организме, выбирали с учетом точности и чувствительности измерений, а также комфортности обследуемого человека. Исследования проводили при трех положениях детектора: перпендикулярно животу, груди и спине обследуемого, а также при трех позициях человека: стоя, сидя и сидя согнувшись. Основное внимание было уделено двум выбранным вариантам геометрии - рисунок 1. Как будет показано ниже, первый из них (детектор перпендикулярно животу, позиция обследуемого -сидя согнувшись) обеспечивает наивысшую чувствительность, а второй (детектор на спине на уровне талии стоящего или лежащего человека) обеспечивает большую точность, комфортность и возможность измерения людей с любым телосложением, включая детей, беременных, пожилых и больных.
Оценку вклада мешавшего излучения радионуклидов цезия при определении 131! в щитовидной железе производили при двух вариантах геометрии:
1 - детектор вплотную к шее в месте расположения щитовидной железы;
2 - детектор вплотную к наружной стороне бедра на середине его длины.
Второй вариант расположения детектора выбран из допущения о том, что выход у-излучения инкорпорированных радионуклидов цезия, относительно однородно распределяющихся в мышечной ткани, на поверхности тела в области шеи и середины бедра, имеющих примерно одинаковую толщину, практически одинаков. у-излучение 131!, депонированного в щитовидной железе, из-за значительного расстояния от бедра до шеи практически не регистрируется детектором, расположенным в области бедра.
Для распространения результатов исследования на детский контингент были использованы два фантома. Один из них с параметрами L=57 см, М=24,3 кг соответствовал ребенку восьми лет, а второй с параметрами L=43 см, М=10,8 кг - ребенку двух лет. Фантомы созданы совместно Институтом гигиены морского транспорта и Всесоюзным институтом метрологии [2]. Они изготовлены из блоков тканеэквивалентной пластмассы в форме прямоугольных параллелепипедов различных размеров. Блоки могут быть соединены между собой в различных комбинациях, что позволило
имитировать людей различного телосложения. Внутри блоков имеются продольные каналы, в которых размещали метрологически аттестованные радиоактивные источники 134Сз и 137Сз. Конструкция фантомов позволила воспроизводить как геометрии измерения "стоя”, так и близкую к варианту "сидя согнувшись”.
Результаты и обсуждение
Основные результаты наблюдения за экскрецией радионуклидов цезия и удержанием их в организме 6 добровольцев представлены в таблице
2 как средняя суточная скорость экскреции с мочой и калом в процентах от введенной активности 134Сз+137Сз. Функцию удержания в организме Я(г) в течение 22 суток после введения вычисляли как разность между активностью О0, введенной в начальный момент времени, и активностью, выведенной с экскретами к моменту г, отнесенную Оо:
г_________
Я = 1 -0.1|(й+Г)сП, (1)
0
где и(г) - функция выведения 134Сз+137Сз из организма с мочой, %-сут"1 (табл. 2);
1(г) - функция выведения 134Сз+137Сз из организма с калом, %-сут"1 (табл. 2).
Таблица 2
Средние значения функций выведения 1340э + 1370э с мочой и(г), калом (), мочой и калом (и+1) и функции удержания в организме Я
г, сут и *, %-сут"1 1 *, %-сут'1 Я, отн.ед.
и + 1 *, %-сут1
1 4.8±0.8 0.80±0.22 5.6±0.8 0.94
2 1.92±0.25 1.11 ±0.39 3.0±0.5 0.91
3 1.42±0.19 0.39±0.05 1.81 ±0.20 0.90
4 1.25±0.17 0.31 ±0.14 1.56±0.22 0.88
5 1.1 0±0.13 0.18±0.04 1.28±0.14 0.87
6 0.85±0.38 0.15±0.04 1.01 ±0.38 0.86
8 0.79±0.14 0.14±0.03 0.93±0.14 0.84
15 0.64±0.05 0.12±0.02 0.76±0.05 0.76
22 0.58±0.09 0.11 ±0.05 0.69±0.10 0.74
78 0.31 ±0.04 0.07±0.02 0.38±0.05 0.46
* - среднее значение ± стандартное отклонение.
Начиная с 22 суток после введения добровольцам калиброванной активности активность 134Сз+137Сз в теле определяли с помощью СИЧ. Такие измерения были произведены через 22, 38, 78 и 112 суток.
Анализ полученных данных показывает, что в среднем 6% активности радионуклидов цезия выводится из организма за первые сутки, а за после-
дующие 20 суток выводится еще около 20%. Значение функции удержания Я через 112 суток оказалось равным 0.35. Эффективные периоды "долгой” компоненты выведения смеси 134Сз и 137Сз определяли по наклону индивидуальных кривых удержания на участке от 38 до 112 суток. У шести добровольцев эти периоды изменялись в интервале (74-108) суток, а в среднем составляли 88±12
■
79
■
суток. Дальнейший анализ кривых удержания состоял в вычитании из них "долгой” компоненты и анализе полученной разности. При этом было установлено, что ни для одного из шести добровольцев остаток функции удержания не может быть аппроксимирован одной экспонентой. В связи с этим мы аппроксимировали остаток суммой двух экспонент. Таким образом было установлено, что период "промежуточной” компоненты изменялся по добровольцам в интервале (3.5-7) суток, а период "короткой” - составил менее одних суток. На наличие "промежуточной” компоненты указано также в работе [3]. Вклад "долгой” компоненты функции удержания составил около 88%, а "промежуточной” - 5-7%.
При оценке поглощенной дозы от инкорпорированных радионуклидов цезия наличием "короткой” и "промежуточной” компонент функции удержания можно пренебречь без внесения заметной погрешности. С другой стороны, в процессе измерений мы обнаружили, что калибровочные коэффициенты использованных приборов изменяются со временем, причем их величина становится стабильной только по истечении около 2 недель после введения нуклидов. Следует особо отметить, что эта зависимость от времени имеет
различный характер при различной геометрии измерений. Максимальное различие в характере изменения калибровочных факторов было обнаружено для двух вариантов расположения детектора относительно стоящего человека: со стороны живота и со стороны спины на уровне талии. Эти зависимости приведены в качестве примера для добровольца N 4 на рисунке 2. Здесь и далее калибровочный коэффициент К, кБкс/имп, определяли как отношение активности радионуклидов цезия в организме О к "чистой” (за вычетом фона) скорости счета импульсов N. Из рисунка 2 видно, что в первые несколько суток после введения нуклидов значения К для разных геометрий измерения отличаются незначительно, в то время как по истечении трех недель они могут различаться почти в два раза. В дальнейшем, как показали измерения, выполненные через 78 суток, это различие сохраняется. По нашему мнению, изменение калибровочных факторов со временем отражает перераспределение радионуклидов между органами и тканями организма, причем стабильное распределение наступает только по истечении трех недель после поступления радионуклидов в организм.
0 5 10 15 20 25
Интервал времени 1 после введения радионуклидов, сут.
Рис. 2. Зависимость калибровочного коэффициента от величины интервала времени после введения радионуклидов цезия: 1 - детектор со стороны живота (см. рис. 1 - вариант 1), 2 - детектор со стороны спины (вариант 2 геометрии измерения).
По результатам проведенных измерений были сделаны два практических вывода:
1) при измерении содержания радионуклидов цезия в теле человека с помощью простых радиометров с одним детектором могут иметь место значительные ошибки, если время между однократным поступлением и измерением не превышает 3-х недель;
2) калибровку аппаратуры с помощью добровольцев следует считать корректной, если она проведена не ранее, чем через 3 недели после введения радионуклидов.
Учитывая изложенное выше, калибровка приборов была проведена через 21 день после введения радионуклидов. В таблице 3 приведены значения калибровочных факторов для каждого из
добровольцев, полученные с помощью двух одноканальных спектрометров с детекторами Ыа!(ТІ) размерами 25x25 и 40x40 мм, работающих в энергетическом диапазоне 0.5-1 МэВ и радиометра с
Для нахождения статистической связи между коэффициентом калибровки радиометра с антропометрическими показателями или их комбинацией мы оценили коэффициент корреляции по данным таблиц 1 и 3. В качестве таких показателей рассматривались: масса тела M (кг), рост Н (см), окружность груди В (см), окружность талии L (см), а также (М/Н) и (М/Н)1/2. Анализ результатов показал, что калибровочный коэффициент, полученный во втором варианте геометрии измерения (рис. 1), наилучшим образом связан с окружностью талии L (коэффициент корреляции для различных приборов находился в интервале 0.93-0.98). Почти такие же значения коэффициента корреляции получены и для зависимости калибровочного коэффициента от параметра (М/Н)1/2. При использовании других антропометрических показателей коэффициент корреляции оказался существенно меньше: 0.74-0.81. Нетрудно заметить, что оба параметра - L и (М/Н)1/2 в отличие от других характеризуют линейный размер поперечного сечения тела человека в зоне расположения детектора, в связи с чем надежная корреляция с ними калибровочного коэффициента представляется вполне закономерной. При проведении массовых
детектором 30x25 мм, имеющего нижнюю границу энергетического диапазона около 60 кэВ. Результаты приведены для двух вариантов геометрии измерений, показанных на рисунке 1.
измерений удобнее использовать антропометрический параметр L, так как для его определения не нужно использовать весы и ростомер, а можно измерить окружность талии L простой гибкой измерительной лентой.
В качестве иллюстрации на рисунке 3 показаны линии регрессии, связывающие калибровочный коэффициент K с параметром L для прибора с детектором N81(1!) размерами 40x40 мм.
Может показаться не вполне корректным "закрепление” линий регрессии в начале координат. Строго говоря, они должны проходить через точку, отмеченную прямоугольным значком на оси ординат при L = 0 и полученную экспериментально с помощью точечного источника. Перенос линий регрессии в начало координат сделан из соображений упрощения формулы для определения калибровочного фактора, что не приводит к заметной погрешности. Точки на рисунке 3, обозначенные +, получены с помощью описанных выше фантомов, соответствующих по антропометрическим параметрам детям в возрасте двух и восьми лет. Как видно на рисунке 3, в втором варианте геометрии измерения (линия 2) точки, полученные с помощью фантомов, незначительно отклоняются
Таблица 3
Калибровочный коэффициент К, кБк/(имп/с) использованных приборов для добровольцев и коэффициент к, кБк/((имп/с)см) в уравнении регрессии K=к^ для смеси радионуклидов цезия в соотношении 1340в/1370з: в = 0.45 - кты и для “чистого” 1370э - 137k
Тип прибора; размеры детектора (диаметрхвысота); энергетический диапазон регистрации у-излучения
RFT-20046 RFT-20046 СРП-68-01
N добровольца 25x25 мм; 40x40 мм; 30x25 мм;
0.5 - 1.0 МэВ 0.5 - 1.0 МэВ > 0.06 МэВ
1* 1 2* 1* II 2* 1* II 2*
1 10.5 15.2 2.44 3.85 0.63 1.67
2 8.5 13.3 2.07 3.59 0.48 1.30
3 7.8 12.0 1.85 3.07 0.52 1.37
4 7.4 12.2 1.78 3.03 0.52 1.22
5 6.7 9.3 1.41 2.48 0.52 1.26
6 5.2 9.3 1.22 2.33 0.48 1.07
kmix 0.089 0.14 0.022 0.037 0.0058 0.015
137k 0.133 0.21 0.033 0.056 0.0087 0.022
- вариант геометрии измерения - 1 или 2 (рис. 1);
- отсчет показаний СРП-68-01 ведется в режиме измерения потока у-излучения.
от линии регрессии, а в геометрии 1 (линия 1) -соответствующие точки лежат ниже линии регрессии. Это объясняется сложностью моделирования геометрии типа 1 с помощью фантомов. Если при натурных измерениях детей пользоваться калибровочными факторами, полученными с помощью
фантомов, то существует опасность занизить результаты измерений на 20-40%. В связи с этим на практике используются калибровочные факторы, соответствующие линии регрессии, полученной в исследованиях на взрослых добровольцах.
^2
1_0
0 20 40 60 80 100 120
1_, см
Рис. 3. Зависимость калибровочного фактора для прибора с кристаллом Ыа! (ТІ) 40x40 мм от окружности талии I..
Цифры у линий регрессии указывают номер варианта геометрии измерений (рис. 1). Прямоугольные точки - измерения добровольцев (кроме значка в начале координат);
+ - измерения фантомов.
В данной работе изучены еще два частных вопроса:
1. - зависимость калибровочного коэффициента К от размеров сцинтилляционных кристаллов;
2. - зависимость К от соотношения активностей 134Сэ и 137Сб в смеси радионуклидов.
Оба исследования проведены с помощью фантома - эллиптический цилиндр с размерами полуосей 20, 15 см и высотой 40 см. При изучении зависимости К от размеров кристаллов использованы также данные, полученные на добровольцах. В качестве параметра, характеризующего размер кристалла, принят его объём V. Результаты приведены на рисунке 4, где значения калибровочного коэффициента даны в относительных единицах -за единицу принято значение К для кристалла Ыа!(Т!) размерами 40x40 мм объемом 50.3 см3.
Зависимость калибровочного коэффициента Кт!х для смеси 134Сэ и 137Сэ от соотношения их активностей в весьма значительна. Нетрудно показать, что Ктх может быть найден по формуле:
К =
Ктіх
137
К
1+в
137
К
, кБк/(имп/с), (2)
134
К
где 137К и 134К
калибровочные коэффициенты для инкорпорированных в теле обследуемого 137Сэ и 134Сэ соответственно;
в - отношение активности 134Сэ к активности
137Сэ.
Величина 137К/134К была определена с помощью фантомов в виде описанных выше эллиптических цилиндров, заполненных: один - водным раствором хлорида 137Сэ, а другой - 134Сэ. Экспериментально установлено, что для всех использованных в работе приборов отношение 137К/134К равно 2.6±0.2, что соответствует отношению выходов у-квантов при распаде этих радионуклидов.
В частном случае при в = 0.45 формула (2) запишется:
Ктіх = 1-5 ‘ К0.45
кБк/(имп/с),
1 + в
1 + 2.6 в'
(3)
■
82
■
где Ко,45 - калибровочный коэффициент, полученный при измерении добровольцев.
Таким образом, полученные результаты могут быть использованы на практике при значениях в,
отличных от 0.45, или при использовании приборов с сцинтилляционными детекторами, размеры кристаллов которых отличаются от тех, что применялись авторами данной работы.
о
ю
и
>
З?
50
100
150
200
250
V, см3
Рис. 4. Зависимость калибровочного коэффициента К от объёма V кристалла Ыа!(Т1), нормированная на значение К (V = 50 см3) для кристалла размерами 40x40 мм объемом 50.3 см3.
Результаты данной работы послужили основой разработки методического документа [4] по экспресс-определению содержания 134Сэ и 137Сб в организме человека. Согласно этому документу, у каждого обследуемого человека измеряют длину окружности талии, а затем с помощью одного из описанных приборов или аналогичного им измеряют скорость счета импульсов N в геометрии 1 или 2 (рис. 1). Второй вариант геометрии предпочтителен при измерениях тучных и пожилых людей, а также беременных женщин. До и после серии измерений производится измерение скорости счета ^ в помещении в отсутствии измеряемого человека. Оценка суммарной активности О радионуклидов цезия в организме обследуемого затем производится по формуле:
Q = kL(N-х• Nb), кБк
(4)
где к - коэффициент в уравнении регрессии для калибровочного фактора К=к^ (табл. 3);
X - коэффициент экранирования телом человека, не содержащего инкорпорированных радионуклидов цезия, у-излучения в точке измерения.
Коэффициент экранирования зависит от геометрии измерений, антропометрических по-
казателей обследуемого, пространственных и энергетических характеристик поля у-излучения в помещении, где проводятся измерения. Величина X изменяется в интервале от 0.5 (полный человек массой 85-100 кг) до 0.9 (ребенок массой 10-15 кг) в геометрии типа 1 (рис. 1) и в интервале 0.75-0.95 в геометрии типа 2.
Минимально определяемую активность 134Сз+137Сз при использовании описанной выше переносной аппаратуры рассчитывали с доверительной вероятностью 0.95 при условии, что время измерения фона в 4-5 раз превосходит время измерения Лt человека, по формуле:
Q.in = 2 • *•
1 + 71 + Nb S2 At
S2 At
(5)
где S - заданная с доверительной вероятностью 0.95 относительная погрешность измерения.
Величина Qmin зависит как от геометрии измерений, так и от антропометрических данных человека, поскольку калибровочный коэффициент является линейной функцией L. Так, Qmin для детей может быть в 2-3 раза меньше, чем для взрослых. Зависимость Qmin от потока у-излучения в помещении, где проводятся измерения, также мо-
■
83
■
0
жет быть значительной, если обследуемые проживают в зоне радиоактивного загрязнения.
В таблице 4 представлены значения минимально определяемой с относительной погрешностью 30% активности 134Cs+137Cs в организме условного человека (L=85 см) [5]. Значения Qmin рассчитаны в зависимости от уровня внешнего у-излучения в помещении, где проводятся измере-
ния (из-за того, что величина Nь в формуле (5) различна для разных радиометров, в таблице 4 дана мощность поглощенной дозы в помещении) для двух вариантов геометрии измерения и времени измерения 100 с. При измерениях СРП-68-01 использована постоянная времени интегрирования, равная 5 с.
Таблица 4
Минимально определяемая активность От,„, кБк 134Сз+137Св в организме взрослого человека радиометрами с детектором Маі(ТІ) различных размеров в двух вариантах геометрии измерения
Мощность поглощенной Тип прибора; размеры детектора (диаметрхвысота); энергетический диапазон регистрации у-излучения
дозы в помещении, где проводятся измерения инкорпорированной активности, мкГр/ч RFT-20046; 25x25 мм; 0.5 - 1.0 МэВ RFT-20046; 40x40 мм; 0.5 - 1.0 МэВ СРП-68-01; 30x25 мм; > 0.06 МэВ
1* 1 2* * 1 2* * 1 2*
0.1 8 13 3.3 5.7 6.9 17
0.2 11 18 4.6 8.0 9.8 24
0.5 16 26 6.4 12 15 35
1.0 22 35 9.8 17 20 49
2.0 31 49 14 24 28 68
- вариант геометрии измерения - 1 или 2 (рис. 1).
Разработка методики определения содержания 1311 в щитовидной железе в присутствии радионуклидов цезия во всем организме стала возможной в результате проведения описанного выше исследования на добровольцах. Эта методика [6] предусматривает измерения при помощи радиометров или одноканальных спектрометров скорости счета излучения обследуемого человека при двух положениях детектора без коллиматора: вплотную к шее напротив щитовидной железы и вплотную к середине бедра. Активность й 1311 в щитовидной железе можно оценить затем по формуле:
G = K • [N1 - N2
Kl
K1
- (1 - Kl) Ks Nb], кБк, K1
(6)
где 131К - калибровочный коэффициент для 1311 в щитовидной железе, кБк/(имп/с);
Ы1 и Ы2 - показания прибора при поочередном расположении детектора вплотную к шее и бедру, соответственно, имп/с;
К2/К1 - отношение калибровочных коэффициентов, полученных с помощью добровольцев -
носителей радионуклидов цезия при расположении детекторов на шее и бедре, соответственно, в режиме измерения 1311;
Кэ - коэффициент экранирования детектора телом обследуемого при регистрации внешнего у-излучения в помещении, достоверно не отличающийся для шеи и бедра и равный 0.93 ± 0.03.
Средние значения этих факторов, а также стандартные отклонения приведены в таблице 5 вместе с набором 131К. Отношение К2/К1 оказалось одинаковым для всех 6 добровольцев и почти не зависит от типа прибора и размеров детектора:
К2/К1 = 0.85 ± 0.05.
Таким образом, формула для расчета содержания йода в щитовидной железе может быть записана в виде:
G=131K • (N1 - 0.85 • N2
- 0.15 • KsNb), кБк.
(7)
Формула (7) и ее параметры получены при измерениях взрослых добровольцев и, следовательно, применима только для взрослых людей. Исследование отношения К2/К1 у детей было проведено Корелиной Н.Ф. [7]. В процессе массовых измерений содержания радионуклидов цезия
■
84
■
в организме детей, живущих в загрязненных районах Брянской области, были выявлены те из них, у кого содержание цезия превосходило 10 кБк. Измерения проводились в июле 1986 года, когда 1311 практически полностью распался. У этой группы измерили скорость счета у-излучения при расположении детектора вплотную к шее и к сере-
дине бедра. Дети были разбиты на две возрастные группы: 1-8 лет (16 детей) и 8-16 лет (12 детей). Величина отношения К2/К1 составила для младшей группы 0.87±0.15, а для старшей -
0.9±0.16, т.е. не отличалась достоверно от результатов аналогичных измерений у взрослых.
Таблица 5
Калибровочный коэффициент 131К для 131і и смеси радионуклидов цезия.
К1 - при расположении детектора вплотную к шее и К2 - у бедра
Тип прибора; размеры детектора (диаметрхвысота); энергетический диапазон регистрации 131К, кБк/(имп/с) для возрастной группы: К1, кБк/(имп/с) К2, кБк/(имп/с)
1-8 лет 8-16 лет более 16
ЯРЇ-20046; 25x25 мм; 0.25 - 0.45 МэВ 1.95 ± 0.31 2.30 ± 0.29 2.85 ± 0.44 22 ± 2.5 19 ± 2.1
ЯРЇ-20046; 40x40 мм; 0.25 - 0.45 МэВ 0.57 ± 0.10 0.62 ± 0.11 0.67 ± 0.12 6.2 ± 0.6 5.1 ± 0.6
СРП-68-01; 30x25 мм; 0.037 ± 0.007 0.043 ± 0.007 0.049 ± 0.008 1.6 ± 0.2 1.3 ± 0.2
> 0.06 МэВ 3.4 ± 0.6* 4.0 ± 0.6* 4.5 ± 0.7* 140 ± 20* 120 ± 20*
- значения калибровочного коэффициента даны в единицах нКи/(мкР/ч).
Калибровка переносных приборов по у-излу-чению 1311 проводилась в С.-Петербурге в лаборатории радиоизотопной диагностики, использующей 1311 для исследования функции щитовидной железы. Количество введенного 1311 и его доля в щитовидной железе контролировалась отечественными приборами ГТРМ-01Ц и другими приборами, аттестованными региональной метрологической службой Госстандарта. Для оценки калибровочного коэффициента 131К привлекались только те пациенты, у которых не было обнаружено патологии щитовидной железы. Полученные значения 131К и стандартной ошибки для трех возрастных групп приведены в таблице 5. В нижней (затемненной) строке таблицы 5 приведены значения 131К для СРП-68-01 в единицах нКи/(мкР/ч). В первой возрастной группе (1 -8 лет) было обследовано 12 детей, во второй (8-16 лет) - 24 ребенка, а в третьей (более 16 лет) - 45 человек. Из таблицы 5 видно, что калибровочный фактор 131К имеет возрастную зависимость, игнорирование которой может привести к неточности в определе-
131 I
нии ! в организме человека.
В заключение данного раздела отметим, что в реальных условиях радиоактивного загрязнения регионов России после чернобыльской аварии и при проведении массовой радиометрии 1311 в щитовидной железе жителей во второй
половине мая-июне 1986 г. учет вклада излучения радионуклидов цезия в скорость счета от щитовидной железы, как это предложено в данной работе, предупреждает значительную, в 1.5-5 раз, переоценку активности 1311 и дозы в щитовидной железе (выделено ред.).
Заключение
В исследовании на добровольцах, пациентах радиодиагностической лаборатории, жителях зоны радиоактивного загрязнения и на фантомах человека выполнена калибровка переносных радиометров и одноканальных у-спектрометров, обеспечивающая возможность их использования для массового контроля за внутренним облучением населения радионуклидами 1311, 134Сэ и 137Сэ в период после чернобыльской аварии. При этом показано:
1) оптимальным местом расположения детектора относительно тела обследуемого на содержание радионуклидов цезия человека является: детектор перпендикулярно спине на уровне талии в положении стоя или лежа; детектор в области пупка, а обследуемый сидит согнувшись вперед;
2) параметром, наиболее точно отражающим связь между активностью 134Сэ, 137Сэ в теле, показаниями радиометра и антропометрическими дан-
ными обследуемого, является длина окружности талии;
3) учет вклада мешающего у-излучения ра-
1311
дионуклидов цезия при измерениях I в щитовидной железе может быть осуществлен по описанной в настоящей работе методике, предусматривающей дополнительное измерение с помощью детектора, располагаемого на бедре обследуемого.
На основании результатов работы изданы и используются для массового дозиметрического контроля населения "Методические указания по экспресс-определению содержания 134Cs и 137Cs в организме человека” [4]. Только в районах радиоактивного загрязнения Брянской и Тульской областей России в 1986-1994 гг. по этой методике выполнено более 300 тыс. измерений содержания радионуклидов в организме лиц всех возрастов.
Литература
1. Lebedev O.V. and Yakovlev V.A. The correlation between 137Cs half-time and age body mass and height in individuals contaminated from the Chernobyl accident.
In Chernobyl papers. Vol. 1/Ed. by S.E.Merwin, M.N.Balonov. - Research Enterprises, 1993.
2. Kovtun A.N., Firsanov V.B., Fominyh V.I. et al. Specification of collected stantardized block calibration phantom. In: “Phantoms and computation models in radiation therapy diagnosis and protection”, ICRU RC (in press).
3. Legget R.V. Predicting the retention of Cs in individu-1986. - V. 50, N. 6. - P. 747-759.
Кайдановский Г.Н., Попов Д.К. и др. Временные методические указания по экспресс-определению содержания 134Cs и 137Cs в организме человека. - Москва, 1987.
5. Человек. Медико-биологические данные. Доклад рабочей группы Комитета МКРЗ по условному человеку. Публ. 23. Перевод с англ. - М.: Медицина, 1977.
6. Korelina N.F., Bruk G.Ya., Kaidanovsky G.N. et al.
Control and interpretation of radiometric survey data for determination of personal doses internal exposure of the thyroid after the Chernobyl accident. Proceedings of the Russian-Hungarian seminar on radiation protection. 11-13 March 1991, Budapest, St.-Petersburg, 1992.
7. Корелина Н.Ф. Частное сообщение.
als//Health Phys. -Долгирев Е.И.,
