4 курс / Лучевая диагностика / Физичеческие,_технич_и_некоторые_радиобиологические_и_мед_аспекты

Рассмотрим в качестве примера сцинтилляционный детектор диаметром 3 мм я толщиной 1 мм, сочлененный со светопроводом из плексигласа длиной 12 мм (достаточной, чтобы поглотить β-излучение практически всех широко используемых радиоактивных изотопов) и фотоэлектронным умножителем ФЭУ-35, диаметр фотокатода которого составляет приблизительно 30 мм. При измерении этим дозиметром дозного поля рентгеновского излучения с эффективной энергией 20 kev отношение сигнала от сцинтиллятора к току, обусловленному взаимодействием излучения с материалами ФЭУ, равно приблизительно единице. Если между светопроводом и фотокатодом поместить свинцовое стекло ТФ-5 толщиной 10 мм (для 20 kev достаточно и 1 мм) «эффект фотокатода» становится практически равным нулю, свечение свинцового стекла составляет 0,1 %, а светопровода - 0,3% полезного сигнала.

120

Сигнальный экземпляр

Таким образом, применение свинцового стекла между сцинтиллятором и фотокатодом обладает рядом преимуществ: 1) позволяет уменьшить эффект фотокатода на 2 - 3 порядка при ослаблении полезного сигнала на 10—30%; 2) дает возможность конструировать малогабаритные датчики, ибо толщина свинцового стекла составляет всего несколько миллиметров; 3) устраняет возникновение различных вторичных эффектов в ФЭУ под действием излучения (ускорение старения и т.д.).

5.4.2.Комбинированный способ снижения шумового сигнала ФЭУ

С целью повышения избирательности измерительного устройства предложен комбинированный способ снижения (подавления) шумового сигнала фото умножителя от радиации.

Для уменьшения воздействия радиации на конструкционные элементы ФЭУ между детектором и окном фото умножителя помещается фильтр из СС. Т.к. для большинства ФЭУ максимум «чувствительности» их материалов (стекло, первые диноды)соответствует энергии 100 КэВ, а СС различных марок эффективно поглощают фотонное излучение именно в этом диапазоне Е, то потребовались относительно тонкие слои СС. Тонкие же слои СС оказались практически прозрачными к излучению в оптическом интервале длин волн, т.е. к излучению пластических сцинтилляторов (λмакс=4500 А) Предложенный способ апробирован для двух марок СС: ТФ-1 и ТФ-5. Исследован характер ослабления гамма- и рентгеновского излучений для ЕХ,γє(20 кэВ,90 кэВ ) пропускания света; вклад радио-ифотолюминесценции; изменениянекоторыхпараметров(например,потемнение)стёколврезультатеоблучения/…/.Основныеисследованиясводятсяк следующему: для ослабления на (2-3) порядка фонового тока ФЭУ при Ех=(2080)КэВ требуется фильтр из СС толщиной (1,5-15) мм; диапазон пропускания длин волн света для этих фильтров соответствует интервалу максимальной чувствительности большинства типов ФЭУ; интенсивность люминесценции можно уменьшить поместив между фотокатодом и Pb-стеклом светофильтр ФС-7.При дозе 20 Гр гамма-излучения, кобальта -60 стекла быстро восстанавливают свою прозрачность, особенно при дневном свете. Стекло ТФ-5 толщиной 2 мм ухудшает интегральное пропускание света всего на 3%.

•Таким образом, применение защитного свинцового стекла позволяет уменьшитьна(2...3)порядкаэффектвоздействиярадиациинаФЭУ;при этомполезныйсигналотсцинтиллятораослабляетсявсегона(10...30)%.

•Как известно, в оптически прозрачных средах при прохождении через них бета-излучения возникает т.н. излучение Вавилова-Черенкова, если при этом выполняется условие.

•Если в расчетах использовать значения n=1.59 для полистирола и 1.49. дляметилметакрилата(прикомнатнойТ;Д-линиянатрия),топороговая для возникновения этого излучения Ее равна ~200КэВ.

121

Вклад излучения В.-Ч. в регистрируемый сигнал сцинтилляционного дозиметра качественно иллюстрируют результаты эксперимента, геометрия проведения которого изображена на рис.4.15. Для разделения эффектов, связанных с тормозным излучением В-Ч, достаточно сцинтилляционную пластмассу заменитьнаплексиглас,афотокатодзаэкранироватьчернойбумагой.Вэтомслучае значение тока через ФЭУ значительно меньше.

122

Сигнальный экземпляр

В последнее время наблюдается определенный застой в разработке аппаратуры для метрологического обеспечения средств измерений ионизирующих излучений.

Внедрение Методики может привлечь внимание разработчиков к технециевым источникам для метрологии, для медицины (лучевая терапия и аттестация бета-источников),другихнужднародногохозяйства(определениесодержания угольной пыли в воздухе шахт и т.д.)

Впервые предложен и затем совместно с ИФХ АН СССР и ВНИИМ реализовать набор образцовых дозиметрических источников бета-излучения (ОДИБИ) первого поколения, являющихся мерами МПД бета-излучения.

Источникивыполняютсясрадионуклидами99Tc,204Tl,90Sr+90Y,106RU+106Rh; граничные энергии их бета-излучения Егр, в 300, 3500 кэВ; номинальные значения МПД — 20 и 200 сГр/мин. Границы суммарной погрешности результата измерений МПД не превышает (4-7)% при Р=0,95.

ИсточникиОДИБИобеспечиваюттребуемыенормати¬вными документами условия хранения, передачи единиц ПД и МПД от эталонов образцовым и рабочим средствам изме¬рения МПД бета-излучения.

ОДИБИ удобны также при решении некоторых задач радиационной безопасности, в частности, для поверки (гра¬дуировки) дозиметрических приборов.

Набор является составной частью отраслевой схемы поверки средств измерения дозиметрических параметров ЗТИБИ.

Источники типа ОДИБИ использованы при работах по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС.

Сравнительные измерения МПД бета-излучения на государственном эталоне единицы МПД ГЭТ9-82 (Инсти¬тут метрологии, Спб) и на вторичном эталоне ВЭТ9-2-84 ИБФ), проводимые в течение 20 лет имели отклонения в пределах (0,3....2,5)5 — 5 измерений и одно -5%.

Источники типа ОДИБИ выпускались малыми сериями в соответствии с техническими условиями на них. Апроба¬ция экспериментальных образцов ОДИБИ проводилась на предприятиях: СНИП приборостроения, Институт Геохимии АН СССР (г. Иркутск), в/ч 55215

123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.С использованием разработанной аппаратуры, метода фантомного моделирования и расчетных методик, проведены полномасштабные расчеты и эксперименты и получена новая информация о дозных полях в органах и тканях человека, облучаемого контактными радионуклидными источниками.

2.Создана система дозиметрических измерений при работе с бета-источ- никами типа ЗТИБИ. Рекомендуемая система базируется на применении единойунифицированнойсистемыединиц,эталонныхметодовиустановок,атакже методов относительных измерений с помощью образцовых излучателей и поверочной схемы.

124

Сигнальный экземпляр

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ДОЗИМЕТРЫ

1.Химический дозиметр на основе водного раствора бензоата кальция

Для правильного использования радиоизотопных источников для терапии необходимо знание мощности дозы в биологической ткани. В связи с этим удобным дозиметром могут служить некоторые химические системы. Для дозиметриизаслуживаютвниманияразбавленныеводныерастворытехилииных веществ. Такие системы близки к биологическим тканям по характеру поглощения излучения. Кроме того, жидкие химические системы удобны при исследовании дозных полей радиоизотопных источников относительно сложной конфигурации: игла, скрепка и т.д. Учитывая вышесказанное, мы используем для аттестации дискретных радиоизотопных источников гамма- и бетаизлучения такие химические дозиметры как ферросульфатный и дозиметр на основе водного раствора бензоата кальция, предложенный Армстронгом.

В результате облучения в водном растворе бензоата кальция образуется салициловая кислота, которая будучи возбуждена ультрафиолетом (при 290 нм) флуоресцирует в области 400 нм. Использование для анализа концентрации образующегося вещества одного из самых чувствительных методов, - спектрофлуорометрического - повышает чувствительность метода дозиметрии, что особенно ценно, учитывая, что дискретные медицинские источники создают относительно низкие значения мощностей доз. Кроме того, указанная дозиметрическая система является практически нейтральной, и это позволяет при измерениях большинства источников помещать их непосредственно в раствор без каких-либо дополнительных фильтров или предварительных сложных обработок поверхностей.

Концентрацию С.К. в облученном растворе определяют путём сопоставления интенсивностей свечения облученного раствора и стандартного, т.е. раствора с известной концентрацией салициловой кислоты. Для определения поглощённой дозы, необходимо знать величину радиационно-химического выхода G данной реакции (число молекул салициловой кислоты на 100 эВ поглощённой энергии).

Мы определили значения G для бета-излучения радиоизотопов 147Pm(Ēβ=64 кэВ), 204Tl(238) и 90Y(930); для характеристического излучения, сопровождающего распад 55Fe(E=5,9 кэВ), рентгеновского излучения с эффективной энергией 75 кэв и для гамма-излучения 60Co[3,…,].

Мощностьдозыбета-излученияизмеряласьспомощьюионизационнойэкс- траполяционной камеры ЭК-2; калибровка системы на фотонном излучении производилась с помощью ферросульфатного дозиметра Фрикке. При этом использовались соответствующие значения G(Fe3+) из литературы.

125

Полученные значения G приведены в таблице ниже, где также представлены и данные из литературы.

Значения G (с.к.) для 1.10-3 М раствора бензоата кальция

Были исследованы также зависимость показаний от дозы, мощности дозы, пострадиационноый эффект и др.

Рис. 37. Зависимость флуоресценции от поглощенной дозы бета-излучения.

126

Сигнальный экземпляр

Привлекая данные литературы и собственные результаты наблюдений можно констатировать, что химический дозиметр на основе водного раствора бензоата кальция позволяет измерять дозы в диапазоне 1.102-5.103 рад в широком интервале мощностей доз с погрешностью (5-10)%.

2. Цветовые гибкие твердотельные химические дозиметры

Глубинные распределения доз в тканеэквивалентном материале, создаваемые бета-излучением офтальмоаппликаторов, изучались с помощью плёночных дозиметров. В эксперименте использовались детекторы, основанные на окрашивании пластиков под действием излучения. Плёнки изменяют свою оптическую плотность и цвет ( с жёлтого на красный) и по - зволяют регистрировать ионизирующее излучение в интервале доз 1,5*102 Гр -103 Гр. Информация хранится в течение трёх лет считывание её путём использования спектрофотометра или микроденситометра может производиться многократно. Толщина плёночных дозиметров составляла 10 - 180 мкм. Погрешность однократного измерения дозы не превышает 15 %, а по - грешность относительных измерений может быть уменьшена до 5 % путём предварительного отбора плёнок. Пространственное разрешение одного поля при использовании этих дозиметров определятся толщиной плёнки и диаметром луча считывающего оптического прибора. В нашем случае при использовании микроденситометра фирмы Jouce диаметр луча составлял 0,16 мм. Плёночные дозиметры по своему составу близки к оргстеклу, поэ - тому их размещение в этом материале (который с неплохим приближением моделирует мягкую биологическую ткань) не нарушает гомогенность такой дозиметрической системы, т.е. не приводит к искажению прохождения в ней бетачастиц. В дальнейшем, переход от дозных полей в оргстекле к по - лям в мягкой биологической ткани осуществляется с учётом радиационного подобия этих материалов.

Измерения с плёночными дозиметрами проводились следующим образом.

Фантом глаза был выполнен, в виде шара из оргстекла, диаметром 28мм, с цилиндрическим углублением диаметром 3 мм. В это углубление помещался набор плоских детситоров (того же диаметра) в виде стойки, прослоенный, в случае необходимости, тонкими кружками из оргстекла. Офтальмоаппликатор накладывался непосредственно на фантом. С целью сокращения времени облучения на больших глубинных применялись более толстые ( до 180 мкм) нежели вблизи аппликатора ( 10-30 мкм), а, следовательно, более чувствительные плёнки. Экспозиции плёнок на больших глубинах составляли 3 + 5 суток. И зозозные кривые от офтальмоаппликаторов по центру его активной части имеют приблизительно сферическую форму. Учитывая относительно малый

127

диаметр детекторов и характер дозного поля, можно было считать, что плёнки располагались примерно по изозозным поверхностям.

Сцелью проверки тонкости измерения эксперимент был выполнен также

внесколько иной геометрии. Плёнка располагалась между двумя полушариями другого фантома глаза из оргстекла перпендикулярно рабочей поверхности аппликатора. Измерение оптической плотности проэкспонированных пленок проводилось в диапазоне длин волн около 530 мм, который был выбран с целью максимального выделения «полезного сигнала» над фоном. На рис. ???

приведена запись оптической плотности пленок, расположенных перпендикулярно поверхности двух источников – офтальмоаппликатора и такого же, но плоского по форме. Отметим, что оба варианта расположения детекторов дали согласие результатов в пределах погрешности эксперимента.

Кроме цветных пленочных дозиметров дозные поля офтальмоаппликаторов изучались также и с помощью термолюминисцентных детекторов на основе LiF. Эти дозиметры представляют собой пленку толщиной 35 мкм (4,2 мг/см2) и позволяют измерять дозы в диапазоне 1-102 Гр с погрешностью, не превышающей 15%. Пленочные дозиметры с LiF использовались в основном для оценки доз вблизи от поверхности офтальмоаппликаторов. И применялись согласно первому варианту расположения диаметров – в виде стопки кружков в углублении фантома глазf. Результаты измерений с помощью двух типов пленочных дозиметров – цветовых и термолюминисцентных, хорошо совпали между собой.

Термолюминисцентные детекторы в следствии их высокой чувствительности использовались также для оценки доз тормозного излучения офтальмоаппликаторов, возникающего при прохождении бета-частиц через корпус источника и ткани глаза. В этом случае применялись термолюминисцентные детекторы «ТЕЛДЕ» в виде таблеток диаметром 3 мм и толщиной 1,5х2 мм. Так, например, было проведено измерение дозы тормозного излучения на хрусталикотОА,расположенногосзаднейстороныглаза.Приэтомоказалось,что для различных типов ОА средняя по объему хрусталика доза в (1,5/4)х104 раз меньше дозы бета-излучения на поверхности источника.

В связи с этим мы применили в эксперимент цветовые пленочные дозиметры – твердотельный химический дозиметр ЦДП-Ф-5 (разработка Гринева

М.П. с соавторами) и термолюминесцентные детекторы на основе Mg В407. ПленкаЦДП-Ф-5толщиной70мкмприоблучениименяетокраскусжелтой

на оранжевую в пределах (0,500÷10) кГр. Изменение окраски регистрировалось спектрографом СФ-26 при λ = 520 мм.

ТЛД из MgB407 были выполнены в виде тонких (12 мг/см ) дисков диаметром 9мм. Из этих детекторов и полиэтиленовых фильтров набиралась относительно (6-13 штук) гибкая стопка толщиной ~ 600 мг/см2, которая прижималась к сферическому источнику на (4÷5) мин. При такой геометрии облучения первый детектор набирал дозу в 100 сГр.

ЧтокасаетсяпленкиЦДП-Ф-5,тоееможнобылорасположитьвдвухвзаимно перпендикулярных плоскостях. Максимальная экспозиция равнялась 6 суткам.

128

Сигнальный экземпляр

3. Термолюминесцентные дозиметры

Экспериментальная оценка некоторых дозиметрических характеристик детекторов на основе LiFпо отношению к бета-излучению.

Впоследнее время в радиобиологии и радиационной медицине широко используются термолюминисцентные детекторы на основе LiF. Очень удобными могут стать первые отечественные детекторы в виде тонких лент, разработанные в Ленинградском институте гигиены морского транспорта. Интересны работы сотрудников Рижского медицинского института по применению отечественных детекторов “ТЕЛДЕ” в медицинской практике /15,15/.Однако для того, чтобы применить эти детекторы непосредственно для изучения дозных бета-игамма-полейисточниковсложнойгеометриинеобходимобылоизучить некоторые их дозиметрические характеристики и отработать методику измерений. Это и составило один из этапов нашей работы.

Кроме того, как уже отмечалось во введении, принимая во внимание, что реальные источники в конкретных условиях их применения представляют собой гетерогенные среды, в настоящее время нельзя с хорошей точностью рассчитывать дозное поле от такого источника бета излучения. Необходимо проводить исследования, позволяющие оценить дозное распределение в гетерогенных средах от реальных радионуклидных источников излучения. В этой главе изложены некоторые результаты работы, выполненной в указанном направлении.

Экспериментальная оценка некоторых дозиметрических характеристик детекторов на основе LiF по отношению к бета-излучению.

Термолюминисцентные детекторы “ТЕЛДЕ” представляют собой таблетки из люминофора LiF, упакованные в тонкий защитный пакет из полиэтилена. Толщина этих таблеток 1,5 мм, диаметр-3,5 мм, толщина пакета- 5 мг/cм2. Детекторы успешно применяются для дозиметрии рентгеновского и гамма-из- лучений. Во многих случаях детекторы “ТЕЛДЕ”могут быть использованы и дляизмеренийсисточникамибета-излучения,например,сихпомощьюможно определить среднюю по объёму хрусталика глаза дозу излучения. Во всех случаях необходимо знать дозиметрические характеристики детекторов по отношению к бета-излучению. Эти характеристики могут быть полезны и для случаев, когда детекторы попадают в смешанные поля ионизирующих излучений.

Всвязи с тем, что доступных данных литературы по интересующим нас вопросамбылонедостаточно,мыпровелиследующуюэкспериментальнуюработу: для бета-излучения в интервале энергий от 225 кэВ до 2,24 МэВ определили характер зависимости интенсивности термолюминесцеции (I) от величины (Д) дозы излучения в диапазоне (1-103) рад и кроме того изучили глубинные распределения доз бета-излучения в кристаллах LiF. Зависимость I=f (Д) была определена также и для гамма-излучения с энергией E±1,25 МэВ (кобальт-60).

Измерения с гамма-излучением радионуклида кобальт-60 проводилось на градуированной по мощности дозы (±5%) облучательной экспериментальной

129