CC BY
10
УДК 613.648 : 621.386.82
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОЙ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ ПРИ ВНЕШНЕМ И ВНУТРЕННЕМ ОБЛУЧЕНИИ
1. Внешнее облучение
Г. М. Обатуров
При работе в поле ионизирующих излучений и с радиоактивными веществами человек может подвергаться комплексному внешнему ((3-, у- и нейтронному) и внутреннему облучению, обусловленному радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма. При этом различные органы человека облучаются по-разному.
р-Частицы облучают преимущественно кожу и отчасти жировую и мышечную ткань и хрусталики глаз, если энергия р-излучения достаточно велика. Остальные органы практически не облучаются из-за поглощения р-частиц кожей или облучаются значительно меньше, чем кожа; у- и нейтронное излучение по существу облучает все тело и все критические органы без существенного поглощения слоем ткани, расположенной над данным критическим органом.
Внутреннему облучению подвергаются, как правило, преимущественно отдельные критические органы: кости, щитовидная железа, легкие, желудочно-кишечный тракт, селезенка и в отдельных случаях — весь организм в целом. При этом важно отметить, что различные органы имеют разную радиочувствительность.
Таким образом, облучение зависит от вида и энергии излучения, типа, глубины залегания и радиочувствительности критического органа, а также при внешнем облучении от поверхности облучения.
Практически очень важно определить радиационное воздействие на человека при комплексном внешнем и внутреннем облучении. Для его правильного определения требуется иметь в виду следующее. Суммарное облучение необходимо учитывать по критическим органам человека, а также для всего организма, причем нельзя механически суммировать разные типы облучения и относить их к организму в целом.
В качестве примера рассмотрим случай, когда человек облучается одновременно внешним излучением в дозе 0,1 рад и интегральным потоком частиц, создающим максимальную поглощенную дозу в коже 0,1 рад. При этом внутрь организма поступил радиоактивный йод, распад которого привел к облучению щитовидной железы в дозе 0,1 рад. В этом случае нельзя утверждать, что человек облучился в дозе 0,3 рад. В действительности ни один из критических органов, в данном случае кожа и щитовидная железа, а также, как всегда при действии р-излуче-ния, хрусталики глаз не получат более 0,2 рад. Облучение остальных
органов человека не превысит одной предельно допустимой дозы.
Дозу у~°блучения обычно выражают в рентгенах и интегральный поток р-частиц и нейтронов в числе частиц на 1 см2. На основании этих измерений, зная энергию излучения, можно расчетным путем определить поглощенную дозу этих излучений в разных критических органах.
К сожалению, в настоящее время нет индивидуальных дозиметров, измеряющих интегральный поток промежуточных нейтронов, однако измерение этих нейтронов можно производить косвенно, как об этом будет сказано в дальнейшем. Ниже предлагаются способы определения поглощенных доз у> р-, нейтронных излучений на основании измерения доз ^-излучения и интегральных потоков, р-частиц, тепловых или быстрых нейтронов.
Определение поглощенной дозы ^"излУчения- В настоящее время дозу у- и рентгеновского излучения определяют методами
индивидуального фотоконтроля (ИФК), индивидуального контроля с помощью малых ионизационных камер (ИДК) и индивидуального люминесцентного контроля (ИЛК).
Поглощенная доза в разных критических органах, выраженная в радах, будет отличаться от выражаемой в рентгенах и измеряемой дозиметром дозы у-излучения в воздухе. Это является следствием частичного поглощения излучения «слоем ткани, расположенным над данным критическим органом, а также различий коэффициентов поглощения у-излучения и торможения вторичных электронов в воздухе и ткани. Кроме того, 1 рад соответствует поглощенной энергии 100 эрг/г ткани, alp — 87,7 эрг/г воздуха. Поэтому в зависимости от энергии у-излуче-ния, типа и глубины залегания критического органа и некоторых других факторов данной дозе у_излУчения могут соответствовать различные поглощенные дозы в тканях. Однако с достаточной степенью точности в широком диапазоне энергий (0,08—3 Мэв) для облученйя всего тела человека и важных критических органов 1 поглощенная доза у_излУче~ ния в радах составляет 0,96—0,98 дозы ^-излучения, измеренной в рент-
генах, т. е. практически равна последней.
Определение поглощенной дозы нейтронов. Ныне применяют разнообразные приборы, позволяющие измерять поток нейтронов всего спектра энергий, выраженный в бэр/сек (например, ДН-А-1 и др.), и потоки быстрых и тепловых нейтронов (например,
РН-3, КПН-2 и др.).
Однако индивидуальных дозиметров, измеряющих выраженный в бэрах интегральный поток нейтронов всего спектра энергий (аналогичных, например, уД°зиметРам ИФК), в настоящее время не существует. Имеются дозиметры тепловых нейтронов: ИФКТН, ИЛКТН индикаторные фольги. Интегральный поток быстрых нейтронов можно измерять с 'помощью толстослойных эмульсий и пороговых детекторов. Методы индивидуального контроля промежуточных нейтронов до сих пор не разработаны.
Дозу нейтронов всего спектра энергий можно определить следующим образом. Составляют картограмму мощности доз нейтронов всего спектра энергий в рабочем помещении. Параллельно в зависимости от наличия дозиметров тепловых или быстрых нейтронов снимается картограмма мощностей доз тепловых или быстрых нейтронов. В отсутствие индивидуальных дозиметров тепловых или быстрых нейтронов, но при наличии индивидуальных у-дозиметров снимается картограмма мощности доз у-излучения. На основании полученных данных соответственно строят картограмму коэффициентов:
т N и б Ни V Ми
К =——; К =—К = —. . (1)
н т н б н N
N N у
н н
где А1 м ,/Ут, , М* — мощности доз нейтронов всего спектра энер-
ы ы ы
гий, тепловых, быстрых нейтронов и у-излучения, соответственно, которые могут быть непосредственно измерены приборами, например рН-3, КПН-2 и др. Зная один из коэффициентов К™, КбНУ К?н, можно определить дозу нейтронов всего спектра энергий по формулам:
Ок = Ктн-Втн , (2 а) Он = Кбн.йбн, (2 6) Эн = • Ву9 . . . (2 в),
где £> н » ^н' — измеренные соответствующими дозиметрами дозы тепловых, быстрых нейтронов и у-излучения.
1 Поглощением у-излучения в ткани над этими органами можно пренебречь (на-
пример, для хрусталиков глаз и гонад).
Доза нейтронов, определенная указанным способом, будет совпа-
»• п
дать с максимальном поглощенной дозой нейтронов в организме согласно определению предельно допустимого потока ¡нейтронов. Однако, создавая одинаковую максимальную поглощенную дозу, как правило, на различной глубине организма, одинаковые предельно допустимые потоки нейтронов разных энергий будут образовывать различные поглощенные дозы в органах человека. Указанное различие в поглощенных дозах зависит от энергии нейтронов, глубины залегания и типа критического органа (М. И. Шальнов). Вследствие этого одинаковые измеренные дозы нейтронов разных энергий будут создавать разный биологический эффект.
Однако так же, как и для у-излучения, поглощенная доза нейтронов в наиболее чувствительных и важных районах человека не будет отличаться очень сильно от максимальной поглощенной дозы для любых энергий нейтронов. Поэтому можно считать в первом приближении, что измеренная доза нейтронов определяет в целом биологический эффект, не зависящий от энергий нейтронов, а только от величины измеренной дозы.
Определение поглощенной дозы р-излу чения. Связь# между интегральным потоком р-частиц и поглощенной дозой в критических органах довольно сложна и ее математическое выражение требует знания энергии р-излучения. Однако задачу определения поглощенных доз р-частиц в критических органах можно упростить.
Известно, что р-частицы проникают на небольшую глубину; по существу они облучают только кожу и в меньшей степени жировую, мышечную ткань и хрусталики глаз. При этом, как будет видно из дальнейшего, а также как следует из работы автора, опасность при облучении р-частицами существует главным образом для кожи и хрусталиков глаз ввиду малой предельно допустимой дозы для последних. Облуче-
о " tß
нием мышечной и жировои ткани по сравнению с кожей можно пренебречь.
Поэтому если фотопленку поместить в кассету с 2 отверстиями, в которые вставлены фильтры из тканеэквивалентного материала толщиной 7 и 300 мг/см2 (эти величины соответствуют весу ороговевшего слоя кожи и ткани, расположенной над хрусталиками глаз, — см. «Рекомендации международной комиссии по защите от излучений»), то отградуированная фотопленка будет непосредственно определять поглощенную дозу р-частиц в коже и хрусталиках глаз. Так как доза на одну р-частицу (соответственно p-спектр) с толщиной поглотителя практически не меняется (Дадлей), то применение фильтров указанной толщины не повлияет практически на точность измерения. Таким образом, если фотопленка вне кассеты правильно измеряет дозу падающих на тело р-частиц, то в кассете с такими фильтрами она будет правильно измерять поглощенную дозу в коже и хрусталиках глаз. Кассеты такого рода описаны Jones.
При употреблении фотопленки вне кассеты или в кассете с открытым окном необходимо учитывать поглощение в тканях, расположенных над критическими органами. В этом случае поглощенная доза в критическом органе Dßn будет выражаться через измеренную дозу Dß0 с помощью формулы (см. таблицу):
<3>
где К — коэффициент, учитывающий поглощение в слое ткани, расположенной над данным критическим органом.
В таблице приведены значения К в зависимости от максимальной энергии р-частиц для 3 критических органов (кожи, мышечной и жировой ткани и хрусталиков глаз), глубина расположения которых от по-
верхности равна 7, 100 и 300 мг/см2 соответственно1. Облучение ных органов практически равно мулю.
Коэффициент К приближенно вычисляют по формуле:
осталь-
К = I
[IX
• •
(4)
где (я
Значения коэффициента К
коэффициент ослабления р-частиц в ткани (в см2/мг); х — толщина ткани (в мг/см2); [I взят из книги Н. Г. Гусева с учетом различия тормозной способности электронов в алюминии и ткани ([х в этой книге дан для алюминия).
Таблица свидетельствует о следующем: 1) облучением р-частиц с <0,1 Мэв можно «пренебречь из-за сильного поглощения (3-частиц в ороговевшем слое кожи; 2) облучение в интервале энергий 0,1 — 2 Мэв наиболее опасно для кожи, для энергии Ер >2 Мэв—для хрусталиков глаз, так как, согласно
о и о Критический орган
Максимальная энергия (в Мэв Слой полопинн ослабления (в мг/см1) 5 Л) ^ СО г^» £ мышечная и жировая ткань (х=100 мг/смг) хрусталик глаза (х=300 мг/см2)
0,020 0, 2 0 0 0
0,050 0,77 0 0 0
0,070 1,11 0,015 0 0
0,100 1.6 0,048 0 0
0,15 2,3 0,12 0 0
0,20 3,5 0,25 0 0
0,30 6,2 0,46 0 0
0,50 15,6 0,73 0,012 0
0,70 26,6 0,83 0,074 0
1,00 47,0 0,90 0,23 0,012
1,20 62,0 0,92 0,33 0,035
1,50 86,0 0,94 0,44 0,089
1,70 103 0,95 0,51 0,13
2,0 124 0,96 0,57 0,19
2,5 153 0,97 0,64 0,26
3,0 186 0,97 0,69 0,33
3,5 216 0,98 0,73 0,38
4,0 248 0,98 0,76 0,43
4,5 • 276 0,98 0,78 0,47
5,0 300 0,98 0,79 0,50
санитарным 'правилам, »предельно допустимая доза для хрусталика равна 100 мбэр/нед, а для кожи — 600 мбэр/нед\ 3) облучением мышечной и жировой ткани во всем интервале энергий можно пренебречь по сравнению с облучением кожи и хрусталиков глаз.
Внешнее облучение р-частица-ми может происходить за счет разных источников: загрязненности поверхностей помещения и оборудования, спецодежды и тела человека, загрязненности воздуха р-ра-диоактивными газами и аэрозолями. Суммарное внешнее облучение всеми указанными источниками может быть непосредственно определено с помощью (3-дозиметра и оно не будет зависеть от типа источника.
Рассмотрим пример определения суммарной поглощенной дозы при внешнем облучении. Сотрудник во время работы в реакторном зале был облучен дозой у-излучения 0,1 р, интегральным потоком тепловых нейтронов (выраженным в бэрах) 0,02 бэр, дозой р-излучения (Е[з =2 Мэв) 0,5 бэр. Отношение К™ (отношение мощности дозы -нейтронов всех энергий Nн к мощности дозы тепловых нейтронов )
в реакторном зале равно 10. Требуется определить поглощенную дозу во всем теле в целом и в критических органах.
Из таблицы для р-частиц с £3 = 2 Мэв находим, что К равно 0,96 для кожи, 0,57 для мышечной и жировой ткани и 0,19 для хрусталика глаз. Поглощенная доза во всем теле равна 0,1 бэр (у) +0,02 -10 (п) бэр = 0,3 бэр, в коже — 0,3 + 0,5-0,96=0,78 бэр, «в мышечной и жировой ткани — 0,3+0,5-0,57 = 0,585 бэр, в хрусталике глаз — 0,3+0,5-0,19= 0,4 бэр.
Таким образом, наибольшему облучению подверглась кожа.
Но так как предельно допустимая доза для кожи в 6 раз, а для мышечной и жировой ткани в 3 раза выше, чем для организма в целом
1 Рекомендации международной комиссии по защите от излучений. М., 1958,
стр. 31, 47.
и хрусталика глаз 1, то наибольшей опасности в данном случае подвергаются глаза.
Следует отметить, что описываемый метод определения поглощенных доз является лишь первым грубым приближением, как об этом отчасти говорилось выше. Более точное определение доз требует учета их глубинного распределения и знания того, как биологический эффект при одинаковой максимальной поглощенной дозе зависит от интегральной дозы в критических органах и целом организме.
В заключение автор выражает глубокую признательность Н. Г. Гусеву за ряд ценных замечаний при выполнении данной работы.
ЛИТЕРАТУРА
Гусев Н. Г. Справочник по радиоактивным излучениям и защите. М., 1956, «тр. 78. — Дадлей. В кн.: Радиационная дозиметрия. М., 1958, стр. 251. — Jones В. Е. В кн.: Proceedings of symposium on Film Badge Dosimetry. Harwell, 1962, p. 47.
Поступила 12/111 1963 r.
4
v.
#
%
*
• '
1 Санитарные правила работы с радиоактивными веществами и источниками излучений. М.» 1960.
