4 курс / Лучевая диагностика / Физичеческие,_технич_и_некоторые_радиобиологические_и_мед_аспекты

19.«Физико-дозиметрическое обоснование возможности терапевтического применения новых типов рдиоактивных аппликаторов. Отчет по разделу 5 темы91планаНИРза1968-69г.//БочкаревВ.В.,ТимофеевЛ.В.идр.,ИБФМЗ

СССР , №32-88, с.40.

20.Машкович В.П., Панченко А.М. Основы радиационной безопасности. М. ЭнергоатомИздат. 1990 , с.164.

21.Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П., Ковалев Е.Е. Защита от ио-

низирующих излучений. // Энергоиздат, Т.2, М., 1983.

22.Тимофеев Л.В., Бочкарев В.В., Дегтярев С.Ф. Уменьшение тока фотоэлектронного усилителя при воздействии гамма-или рентгеновского излучения.

//Медицинская радиология №9, 1970, с. 73-77.

23.Михайлов Л.М., Арефьева З.С. Таблицы для расчета толщины защиты из свинцовых стекол от «широкого пучка» g-лучей. // Атомная энергия. т.12, вып 1, 1962 , с.58-62.

24.Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. // Энергоатомиздат, М.. 2011 , с 227.

25.Крючков В.П., Кочетков О.А., Тимофеев Л.В. и др. - Авария на ЧАЭС:

дозы облучения участников ЛПА. М., 2011.

26.Радиационная медицина. Т.2 . Под ред. Академика РАМН Л.А.Ильина. ИздАт. 2001.

27.Тимофеев Л.В., Семикова Т.С. Предложение на разработку и освоение медицинского изделия – Заключение МЗ СССР о целесообразности разработки. Протокол №6 от 02.11.89г.

28.Тимофеев Л.В. , Бочкарев В.В., Орлова Т.С., Шагаев В.А. – Некоторые

дозиметрические характеристики офтальмоаппликаторов для лучевой терапии внтуриглазных опухолей.// Сб.н.труд. Международный симпозиум, 1984. МЗ РСФСР, МНИИ ГБ им. Гельмгольца, М.,1986. 130с.

29. Линник Л.Ф., Семикова Т.С., Тимофеев Л.В. – Опыт использования офтальмоаппликаторов с рутением-106+родий-106.//Материалы Всероссийской научной конференции «Методы получения и применения …терапевтических источников излучения». МЗ СССР, ИБФ, М., 1989, 1991.

620

Сигнальный экземпляр

2. О защите от тормозного излучения радиоактивных изотопов

1.В медицине и биологии все шире применяют радиоактивные препараты, как в исследовательских, так и в клинических целях. Особое местозанимает использованиебета-излучателей, главным образом в радиотерапии. Это объясняется свойством бета-излучениясравнительно легко поглощаться в небольшом слое ткани и возможностью, таким образом, локального воздействия на нее. Вместе с тем при использовании и хранениибета-излучателей по сравнению с γ-источниками значительноупрощаетсяпроблемазащиты от воздействияизлучения.

2.Поэтому, когда необходимо воздействовать на поверхностные ткани или проводить облучение на глубину до нескольких миллиметров, часто применяют именно бета-излучатели. В зависимости отконкретной задачи и возможностей используют различные аппликаторы с изотопами РЗ2, Sr89, Sr90 (в равновесии с Y90), Y91, Tl204, Pm147и др. Подобные кожные аппликаторы иногда готовят непосредственно влечебных учреждениях, смачивая фильтровальную бумагу или салфетки с раствором, содержащими бета-радиоактивные вещества, или изготавливают серийно путём введения бета-излучателя в эластичную пластмассу. В офтальмологии применяют источники с фосфором и стронцием полусферической формы.

3.Радиоактивность отдельных бета-аплликаторов зачастую достигают сотенmC.Внекоторыхмедицинскихприборах,атакжевспециальныхоблучателях применяют источники и значительно большей активности. В настоящей статье рассматриваются некоторые проблемы организации защиты при работе

сбета-излучателями, в частности защиты от тормозного излучения.

4.Обычно для защиты от бета-излучения используют экраны изпластмасс, стекла, алюминия, дерева и других материалов. При выборе толщины защитного экрана в большинстве случаев руководствуются формулами для расчета максимального пробегаэлектронов в веществе или специальными таблицами значений таких толщин для бета-излучателей различныхэнергий- ,приведенных во многих руководствах и справочниках (Н. Г. Гусев). Однако во многих случаях экспериментатор или врач, принимая защитные меры при работе сбета-излучателями, ошибочно основывается только на подборе экрана, толщины которого достаточно для поглощения бета-частиц независимо от активности препарата. Недооценивается при этом тот факт, что впроцессепоглощения бета-частиц всегда возникает так называемое тормозное излучение, аналогичное рентгеновскому, образующееся при торможении бета-частиц в веществе.

5.Таким образом, при устройстве защиты отбета-излучателей, особенно при работе с препаратами большой активности, приходится считаться именно с наличием тормозного излучения, значительно более проникающего, чем бета-излучение. В этом случае возникает необходимость дополнительной за-

621

щиты, ибо интенсивность тормозного излучения при больших активностях источников может достигать величин, значительнопревышающих допустимые уровни.

6.Для правильной организации защиты, в частности для выбора толщины защитного экрана, обеспечивающей снижение мощности физической дозы излучения до допустимого уровня, надо знать энергию и выход тормозного излучения от различных бета-источников, находящихся в различной среде, а также закономерность его ослабления в зависимости от толщины защиты из различных материалов.Однако не только многие врачи и исследователи, работающие в области медицинской радиологии, но и гигиенисты и другие лица, ведущие работу по охране трудаперсонала, применяющего радиоизотопы, в ряде случаев не располагают достаточной информацией по этим вопросам или затрудняются в еепрактическом использовании, в силу чего зачастую допускают грубые ошибки в создании необходимых защитных устройств.

7.Какизвестно, образующиеся в рентгеновской трубке при торможении электронов кванты электромагнитного излучения (если не затрагивать характеристического излучения) обладают непрерывным спектром, т.е. всевозможными значениями энергии от нулевого до некоторого максимального, равного кинетической энергии электрона.

8.Доля энергии, превращающаяся в рентгеновское излучение, может быть выражена в виде соотношения:

11.Заметим при этом, что лучевая отдача обычной рентгеновской трубки на 200 kV с вольфрамовым антикатодом составляет около 2%.

12.Как уже упоминалось, с физической точки зрения аналогичныепроцессыпротекают и при прохождении бета-излучениярадиоактивных изотопов че- резвещество.Тормозноеизлучение,связанноесбета-распадомрадиоактивных изотопов, разделяют на внутреннее и внешнее. Внутреннее тормозное излучение возникает в результате взаимодействиябета-частиц с ядром, котороеони покидают, внешнее - от взаимодействия с ядрами атомов окружающей среды. Таким образом, прохождениебета-излучения черезвеществ всегдасопровождаетсянепрерывнымспектром рентгеновских лучей с максимальной энергией, равной максимальной энергиибета-частиц, и каждый бета-излучатель можно рассматривать как генератор рентгеновского излучения.

13.Теория тормозного излучения была разработана Bete и Гайтлером и развита впоследствииВеtе и Migdal. Согласно этой теории, дляэлементарного акта торможения электронов интенсивность тормозного излучения пропорциональна квадрату атомного номера веществапоглотителя - Z2, в то время как интенсивность излучения, соответствующаяполному торможению электронов,пропорциональна Z. Эта теория с известной точностьюсправедлива только для моноэнергетических электронов. В работе Wyardприведена формула вы-

622

Сигнальный экземпляр

ходатормозного излучения длябета-активныхизотопов с учетомспектрального состава бета-излучения. Согласно данной работе, интенсивность тормозного излучения, измеряемая в MeV на распад, может быть рассчитана поформуле:

14.В = 1,23·10-4 (Zэфф+3) Е2βMeV/pacп., (2)

15.где Еβ-максимальная энергияэлектронов, выраженная в MeV;Zэфф.-эф- фективный атомный номер поглотителя, определяемый формулой:

16. эфф ∑ (3)

17.где i - доля атомов поглотителя спорядковым номером; Zi-от общего числаа томов.

18.Формула (2) выведена для случаяполногопоглощениябета-частиц. Цифра 3 в скобках уравнения (2) характеризует внутреннеетормозное излучение, не зависящее от атомного номера веществапоглотителя. Рассчитанный пo формуле (2) выход тормозногоизлучения припоглощениибета-излученияради-

оактивногоизотопа Р32.(Еβmax=1,7MeV) в случае использования в качестве поглотителя алюминия равен 0,8% и свинца – 4%.

19.джКак видноиз приведенногопримера, процентный выходтормозного излучения обычной рентгеновской трубкии от поглощения бета-излученияра- диоактивного изотопаРЗ2о свинце примерно одинаков. Из этого же примера видно, что выход тормозногобета-излученияприполномпоглощении бета-из- лучениярадиоактивных изотопов для поглотителей с малым порядковымномеромZ (алюминий) значительно меньший, чемдляпоглотителя с большим Z (свинец). Естественным, поэтому казалось бы, с целью уменьшения выхода тормозного излучения при работе с бета-излучающимипрепаратами применять защитуиз легких материалов.

20.Однако легкий материал, поглощаябета-лучии создавая относительно небольшую интенсивность тормозного излучения, в то же время плохо поглощает последнее. Если же использовать для защиты от бета-излучения тонкие экраныиз тяжелых материалов (свинец и т. д.), то, легко поглощая бета-лучи, они в то же время будут создавать значительно большую интенснвность тормозногоизлучения,что в свою очередь требует дополнительной защиты. Поэтому во многих случаях для больших источников бета-излучения целесообразно применять комбинированную защиту, состоящую из двух слоёв: первый слой - алюминий (или любой другой материал с малым атомным номером Z

,целиком поглощающийбета-излучениеисоздающий при этом относительно малый выход.тормозного излучения), второй слой -свинец (или другой материал с большим Z), эффективно ослабляющий интенсивность возникающего тормозного излучения.

21.Однако даже зная выход тормозного излучения на основе расчетов или непосредственно измерив мощность дозы создаваемого им тормозного излучения, нельзя правильно построить защиту без знания характера ослабления этого излучения в материале защиты.

22.Дозный выход тормозного излучения из некоторых бета-источников

623

мы изучали экспериментально с изотопами Р32, Sr90 (в равновесии сY90) и Tl204.

23.Для определениядозного выхода тормозного излучения радиоизотопа Р32 были использованы следующие соединения, содержащие Р32, с разными

значениями Zэфф:фосфор красный (Zэфф=15) , пятиокись фосфора P205 (Zэфф = 11), фосфорная кислота Н3РО4 в водном растворе (Zэфф=6,6). Источники -фос- фор красный ипятиокисьфосфора - при измерениях находились в тех же авиалевыхблочках, в которых производили облучение исходного сырья в потоке тепловых нейтронов.

24.Как показалипоследующиеизмерения, дозный выход γ-излучения каждого из отдельных авиалевыхблочков после извлечения облученного сырья составил не более 2% ранее измеренной мощности дозы тормозного излучения.

25.Радиоактивность и размеры источников, использованных в экспериментах, были.следующие: вес каждогоисточника Р32 в виде красного фосфора

ипятиокиси фосфора был равен 20г; активность источников была соответственно равна 24,3 и 13,8 С.

26.Кроме того, в измерениях использовали также фосфорную кислоту с содержанием фосфора 20 мг/мл общей активностью 200mC (объем источника

10 мл).

27.При определении выхода тормозного излучения радиоизотопа Sr90+Y90 использовали три источника хлористого стронция в растворах суммарной активностью 3,35Си с удельной активностью 10,6 mС/мл. Толщина стенок каждой из ампул 1,5 мм. Пpи определении выхода тормозного излучения радиоактивногоизотопаТl204источникомслужилметаллическийталлийактивностью 2,5С, заключенный в стеклянную ампулу с толщиной стенок 2 мм. Удельная активность источника 0,69 C/г. При определении дозного выхода тормозного излучения, в тех случаях, когда толщина стенки ампулы была недостаточной-

для полного поглощения бета-излученияизотопа (Н3РО4 и SrС1 в растворах), источники окружалидополнительным слоем алюминия толщиной, достаточной для полного поглощения бета-частиц.

28.

29.

624

Сигнальный экземпляр

*Точность определения величины γ-эквивалента составляет 3-5%.

30.

31.Измерение мощности дозы тормозного излучения проводили прибором типаПМР-1, предварительноградуированным по эталонному источнику Со60активностью 30 мг-кэв Ra, и электрометромтипаСГ-1 М с серийной алюминиевой камерой объемом, равным 1 л. При этом точность измерений была не менее 5%. Поглощением тормозного излучения в воздухе пренебрегали.

32.Полученные экспериментальные данные по величине выхода тормозного излучения, выраженного в миллиграмм -эквивалентах радия в расчете на 1 С, приведены втаблице.

33.Эффективный атомный номер поглотителя рассчитывался пo формуле

(3).Так как объемы источников былидостаточновелики,естественно предположить,чтовыходтормозного излучения былобусловленвосновном самопоглоще- ниембета-излученияв источнике.

34.Изанализа полученных данных для различныхсоединений Р32видно,

35.что дозовый выход тормозного излучения пропорционаленэффективному атомному номеру поглотителяв пределах рассмотренных измененийZ.

36.Расчетγ-эквивалентапроизводили поформуле:

М= ǡ мг-кэв·Rа

37.Где М – γ-эквивалент 1С изотопа (мг-экв·Rа); R - расстояниеот источникадо детектора в сантиметрах; 8,4 - γ-постоянная радияв r/час;Р µC/ceк - мощность дозытормозного γ-излучения нарасстоянииRсмотисточника, создаваемая тормознымизлучением бета-источникаактивностью1 С.

38.Для определения характераослабления мощностидозытормозногоизлучения защитнойизразличныхматериаловбылипроведенысоответствующие экспериментысперечисленнымивыше изотопами.Приэтомбылиспользован такжеисточникР32безносителя.Эксперименты проводили приследующей геометрии.Источник -пятиокисьфосфора,красныйфосфор, таллий металлическийрасполагалинарасстоянии25смотцентра защиты и на расстоянии50смотдетектора.Защиту наращивали состороныдетектора.Размер свинцовых плит, используемыхдляснятиякривыхослабления,75х75см2.Минимальнаятолщи-

625

на свинцовых плит 5 мм. Размеры листов железа и алюминия, использованных в эксперименте, были соответственно 80х80 и 100х100 см2.

.

39.При измеренияхсфосфором безносителяисточникрасполагалинарасстоянии3 см от защиты и 28 см от центра детектора, в качестве которогоиспользовали серийнуюалюминиевуюкамеруобъемом, равным1 л.

40.Нарисункеэкспериментальныеданные приведены в виде кривых зависимости кратностиослабления мощностидозытормозногоизлученияоттолщины защиты. Результаты измерений ослабления мощности дозы тормозного излучения,полученные для различных бета-источников Р32вразличной геометриисовпали впределах точности эксперимента(10-20%).Этоговоритотом,что- принятая геометрия измерений отвечает требованиям «широкогопучка».

41.Анализ полученных результатов показывает, что при увеличении кратностиослаблениямощностидозытормозногоизлученияслойполовинногоослабления увеличивается. Предельное значение слоя половинного ослабления тормозногоизлученияравновеличинеслояполовинногоослабленияγ-квантов

сэнергией, равноймаксимальной энергии бета-спектра.

42.Полученные значениядозноговыхода тормозного излучения различных бета-источниковиослабленияегозащитойизразличныхматериаловпозволяют правильно определить необходимую толщинузащиты при работе с бета-актив- ными изотопами.

43.Нижеприведен пример, когдаимеетсяисточникс радиоактивнымизотопом РЗ2суммарной активностью 1,5 С. Требуется определитьтолщину защитного экрана, обеспечивающего снижение мощности дозытормозного излучения на расстоянии 25 см от источника додопустимогоуровня,всоответствии ссанитарнымиправиламиработы срадиоактивными веществами.

44.Согласно правилам, предельно допустимая мощность дозы γ-излуче- ния при условии работы втечение 36 часов внеделю составит2,8 mr/час.

45.Рассмотрим случай, когда защитарасполагается внепосредственной

626

Сигнальный экземпляр

близости от источникабета-излучения. Такое расположение защитного экрана может иметь место, например, прихранениии транспортировкеданныхаппликаторов. В этом случае существенное значение имеет Zэффматериала защиты. Поэтомуцелесообразно применить защиту, состоящую издвух слоев. С целью уменьшения выхода тормозного излучения вкачестве первого слоя необходимо использовать материал с малым атомным номером Z, например, алюминий, органическое стекло н т. п. Толщина первого слоя должна бытьдостаточной дляполногопоглощениябета-излучения источника.Внашемслучае достаточно применитьвкачествепервого слоя защитыалюминий толщиной не менее3 мм. Приближенно можно считать, что дозный выходтормозногоизлучения вэтом- случаебудетэквивалентенвыходуγ-излучениярадиоактивногоизотопавеличи- ной:

46.М=А·М0(Z)=1,5·6,8=10,2 мг-кэв·Ra,

47.где А - активность источника, выраженнаяв кюри;Mo(Z) – γ-эквива- лент1 Сбета-источника вмиллиграмм-эквивалентахRaвзависимостиот Z-по- глотителя.

48.Таккакаппликаторыимеютотносительнонебольшуютолщину,выходтормозногоизлучения обусловленпоглощениембета-частицв самомисточни-

кеиглавнымобразом валюминиевом экране. Поэтомузначение M0(Z)берем дляZэфф= 11(см. таблицу),таккакатомныйномералюминия близокк эффективномуатомномуномеру пятиокиси фосфора.

49.Мощность дозы тормозногоизлучениянарасстоянии 25 смотисточника-

52.Используяграфикослабления мощностидозытормозногоизлучениядляР32 (см. рисунок), находимнеобходимую толщинузащиты. Онадолжнабытьравнапри применении свинца1,8 см,железа - 6,7 см.Ослабление мощностидозывпервом алюминиевом слое неучитываем, таккакдозныйвыходтормозногоизлученияопределялсяприналичииалюминиевогофильтра толщи- ной,равноймаксимальномупробегубета-частиц.

53.Из рассмотренного примера видно, чтоприотносительно большими источникам бета-излучения нив коем случае пренебрегатьзащитойот возникающеготормозного излучения.

54.Прирасположениизащитногоэкранананекоторомрасстоянииотисточника роль первого слоя зашитыуменьшается, так какв этом случае величина потокабета-излучения, падающегонаповерхность экрана,значительно меньше.

55.Приведенныевнастоящейстатьеданныеподозномувыходутормозного-

627

излученияикривыеослаблениямощностидозытормозногоизлучениявзависимости от толщины защиты из различных материалов позволяют рассчитать с достаточной точностью необходимую толщинузащитыдля большинства практическихзадач.

628

Сигнальный экземпляр

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

14.1. Многие разработки, приведенные в монографии демонстрировались на Всесоюзных и международных выставках. Например:

1. Офтальмооблучатель типа АБЕТ-1, Выставка “Ядерные излучения и изотопы в народном хозяйстве СССР”, г. Марибор, СФР Югославия, 10-23 мая

1984 г.

Экспонат “Аппарат бета-терапевтический АБЕТ-1 для офтальмологии”. Международная выставка “Здравоохранение-85”, Москва.

“Офтальмо-облучатель АБЕТ-1”. Отраслевая выставка “Прогресс-87”, г. Сетунь.

АБЕТ-1, выставка “Атомная техника медицине”, ВДНХ, павильон “Атомная энергия”, 1986 г. Экспонат и разработчики удостоены бронзовой медали.

АБЕТ-1,выставка“Советскаянаукаитехниканаслужбемираипрогресса”, 1988 г., Индия.

2. “Комплект терапевтических офтальмоаппликаторов с радионуклидами 90Sr+90Y”, Международная выставка, г. Ганновер, 1987 г., ФРГ.

“Источники для лучевой терапии”, г. Сетунь, выставка “Прогресс-87”. “Комплект стронциевых офтальмоаппликаторов”, Чехословакия, 1988 г.

Экспонат “Радионуклидные источники излучения (аппликаторы) на гибкой неорганической основе”, выставка “Атомная техника медицины”, ВДНХ, павильон “Атомная энергия”, разработчики и экспонат удостоены бронзовой медали, 1986 г.

“Радионуклидные гибкие источники излучения на радиоционностойкой основе”, выставка “Важнейшие достижения АН СССР”, 1985 г., Москва.

 На основе анализа радиобиологических экспериментов на животных, последующихклиническихисследованийзакрытыхтерапевтическихисточников бета– излучения более чем 50 типов для офтальмологии, оториноларингологии, дерматологии и других дисциплин медицины, в широком диапазоне энергии бета – излучения (Егр = 200 кэВ - 3500 кэВ), с радионуклидами

147Pm, 99Tc, 204TI, 32P, 90Sr+90Y, 90Y,106Ru+106Rh, аттестованных на уста-

новках ИБФ по единой, разработанной в Институте методике, впервые проведена систематика по основным радиационно-физическим параметрам ЗТИБИ. До;W;К; Ди. и параметрам, характеризирующих физико-технические условия облучения Др,о; Дс,о; и тд.

Установлены (количественно) диапазоны значений основных и допол- нительныхрадиационно-физическихпараметровЗТИБИ,такжекакмощность дозы, степень неравномерности дозного поля и др.

Определена номенклатура радиационно-физических параметров…. Выделены основные и дополнительные контролируемые……

Конкретизация клинического применения. Совместно с клиницистами

629