Иванов В.И (1)

ПРЕДИСЛОВИЕ К ЧЕТВЕРТОМУ ИЗДАНИЮ

Учебник «Курс дозиметрии» предназначен для студентов физиче­

ских и физико-технических специальностей вузов, связанных с раз­ личными аспектами применения атомной энергии, а также с обес­ печением радиационной безопасности человека и окружающей его природной среды. Противорадиационная защита человека и при­ родной среды требует особой заботы в связи с широким и крупно­

масштабным использованием человеком атомной энергии. Важ­ нейшее значение поэтому приобретают количественные характери­ стики поля ионизирующего излучения, формируемого различными источниками, а также физические величины, определяющие по­

следствия воздействия ионизирующего излучения на объекты жи­ вой и неживой природы, методы и средства их измерения, что и составляет предмет дозиметрии ионизирующих излучений.

Укрощенная и применяемая человеком атомная энергия, при­ нося несомненную пользу, таит в себе, к сожалению, потенциаль­ ную опасность, реализуемую в аварийных ситуациях, источником

возникновения которых оказываются либо недостаточная квалифи­ кация персонала, либо преступная небрежность, либо недостаточ­

ная надежность ядерно-технических установок. Анализ радиацион­ ных инцидентов и аварий, случившихся в различных странах, по­ казывает, что большая часть из них вызвана ошибками персонала. Это подтверждают и наиболее крупные аварии, такие, как авария на американской АЭС «Трехмильный остров» (1979 г.) и авария на Чернобыльской АЭС (1986 г.).

В этой связи острым является вопрос об уровне профессиональ­ ной культуры, необходимым элементом которой должно быть пони­ мание природы опасных факторов, сопутствующих развитию новых технологий, и тех реальных последствий, которые они могут вы­ звать. Пути повышения профессиональной культуры разнообразны, но применительно к специалистам, работающим с источниками ионизирующих излучений, все они связаны с подготовкой, перепод­ готовкой и повышением квалификации кадров в области радиа­ ционной безопасности, важнейшей составляющей которой явля­ ется дозиметрия ионизирующих излучений.

Дозиметрия в аварийных ситуациях часто приобретает жизнен­

но важное значение, ибо от полученных ею данных зависит выбор

правильных действий, тактики поведения, направленных на ликви­

дацию последствий аварии, включая сохранение здоровья людей. Правильность принятых решений на основе дозиметрических дан­

ных как в аварийных ситуациях, так и при нормальной эксплуата­ ции источников ионизирующих излучений существенно зависит от точности и адекватности дозиметрии. Эти вопросы рассмотрены в

проблемных лекциях, включенных в четвертое издание учебника. Как и в предыдущих изданиях, значительное место в учебнике отведено выявлению общих закономерностей физических процес­ сов, протекающих в дозиметрических детекторах, установлению

связи между откликом детектора и характеристиками радиацион­ ного поля, формированию дозиметрических величин; в отдельной главе изложены элементы микродозиметрии.

Используемые в учебнике терминология и единицы физических

величин основаны на Международной системе единиц (СИ), при­

излучений и радиоактивности являются «Методические указания РД 50-454-84», вступившие в силу 1 января 1985 г.

Величины и единицы, применяемые в области ионизирующих излучений и радиоактивности, непрерывно совершенствуются, со­ став их расширяется в соответствии с развитием практических приложений ионизирующих излучений и результатами исследова­ ний. До введения СИ широкое распространение получили единицы, которые сейчас оказались внесистемными (рад, бэр, рентген и др.). Существенное изменение размеров единиц, необходимость исполь­ зования иногда непростых коэффициентов связи между внесистем­ ными единицами и единицами СИ могут быть причиной многочис­ ленных ошибок. Поспешное изъятие из употребления внесистемных единиц оказалось бы ущербным для практики. Поэтому предусмо­ трено постепенное внедрение единиц СИ с определенным переход­ ным периодом, установленным упомянутым руководящим докумен­ том до 1 января 1990 г. Нельзя исключить, что жизнь может внести

коррективы в практически реализуемую длительность переходного

периода. Во всяком случае время, в течение которого могут встре­

титься на практике внесистемные единицы, окажется, надо пола­ гать, достаточно длительным. Это требует того, чтобы соответст­ вующие специалисты свободно владели как единицами СИ, так и внесистемными единицами. По этой причине в учебнике можно встретить единицы физических величин, которые уже отнесены к внесистемным.

Четвертое издание книги выходит в свет, когда в нашей стра­ не осуществляется коренная перестройка высшего образования, важным звеном которой выступает развитие навыков самостоя­ тельной работы студентов. Многолетний опыт преподавания дози­ метрии убеждает автора в том, что значительная часть установив­ шегося материала курса при соответствующем методическом обес­ печении может быть изучена самостоятельно по учебнику. Полез­ ные методические рекомендации читатель найдет сразу после вве­ дения.

Учебник снабжен контрольными заданиями, апробированными автором многолетней практикой в МИФИ; эти задания могут быть полезными для закрепления и проверки знаний, особенно при са­ мостоятельном изучении материала.

Как показали предыдущие три издания, учебник может быть эффективно использован не только студентами дневного отделения, но и студентами-вечерниками, слушателями факультетов повыше،

ния квалификации и курсов по переподготовке кадров.

Не будет преувеличением сказать, что в развитии рентгеномет­ рии советским ученым принадлежит ведущая роль. В 1924 г.

П. И. Лукирский провел анализ возможностей ионизационных из­ мерений. Работы П. И. Лукирского, а также Д. Н. Наследова и В. М. Дукельского явились серьезным вкладом в установление ионизационной единицы дозы рентгеновского излучения. В 1928 г. эта единица, получившая название «рентген», была рекомендована

на Втором международном конгрессе радиологов как основная единица дозы.

В 30-х годах И. В. Поройков разработал групповой эталон рент­

гена, обеспечивший прецизионное измерение дозы рентгеновского излучения средней жесткости. В 1934 г. был принят ОСТ ВКС

7623 на единицы рентгеновского излучения, устанавливающий еди­ ницу рентген. Этим в СССР было положено начало единству изме­ рений ионизирующих излучений. Большой вклад в дальнейшее развитие теоретической и экспериментальной рентгенометрии внес­ ли К٠ К. Аглинцев, А. Н. Кронгауз, И. В. Поройков, М. Ф. Юдин.

Фундаментальные работы К٠ К٠ Аглинцева и И. В. Поройкова ста­ ли настольными книгами дозиметристов.

До 1942 г. дозиметрия обслуживала в основном медиков-радио­

логов. В 1942 г. был пущен первый ядерный реактор; с этого вре­ мени начались интенсивные работы в области ядерной техники, было организовано широкое производство радиоактивных нукли­

дов. Вопросы радиационной безопасности стали приобретать огром­ ное значение, затрагивая интересы как работников атомной про­

мышленности, так и широких слоев населения. Постепенно дози­

метрия становится нужной не только физикам и медикам, но и био­ логам, химикам, работникам промышленности и сельского хозяй­

ства, связанным с использованием ионизирующих излучений.

Круг задач, решаемых дозиметрией, непрерывно расширяется. Если первоначальной ее задачей было в основном обеспечение ра­

диационной безопасности, то сейчас все большее значение приоб­

ретает дозиметрия в радиационно-физических, радиационно-хими­

ческих и радиобиологических исследованиях; новые требования к дозиметрии предъявляет радиационная технология. Без грамот­ ного, научно обоснованного дозиметрического обеспечения невоз­

можно эффективное применение ионизирующих излучений и радио­ нуклидов в медицине, сельском хозяйстве и др.

Важный аспект приложений дозиметрии — охрана окружающей

природной среды, неотъемлемым компонентом которой являются

радиационные поля и рассеянные радионуклиды естественного и искусственного происхождения. Дозиметрический контроль окру­ жающей среды и связанные с ним прогнозы радиационной обста­ новки требуют создания оптимизированных дозиметрических си­ стем, развития новых методов дозиметрии, решения вопросов, свя­ занных с определением необходимого объема и точности дозимет­

рической информации.

Успехи дозиметрии предопределяются новыми идеями, научны­ ми и практическими разработками. В этой связи уместно назвать

Н. Г. Гусева, Б. М. Исаева, И. Б. Кеирим-Маркуса, О. И. Лейпунского, Ю. В. Сивинцева, А. Д. Туркина, широко известных своими трудами в области дозиметрии.

С пуском мощных ускорительных установок возникли новые проблемы в дозиметрии, связанные с измерением излучений, со­ стоящих из частиц очень высоких энергий. Освоение космического пространства и развитие космической медицины невозможны без совершенствования методов измерения дозы ионизирующих излу­ чений, распространяющихся в космосе. Объем задач, решаемых дозиметрией в настоящее время, настолько велик, что их трудно؛ перечислить в кратком введении.

Техническими средствами дозиметрии являются приборы для измерений ионизирующих излучений. Техника дозиметрических измерений интенсивно развивается в наши дни, и существенный

вклад в ее развитие вносят советские ученые и специалисты

(В. В. Матвеев, Б. И. Хазанов и др.).

Важный раздел дозиметрии — метрология ионизирующих излу­ чений— призван обеспечивать стандартизацию измерений в обла­ сти ионизирующих излучений и радиоактивности. Метрология тре­ бует разработки прецизионных и воспроизводимых методов изме­ рения. Однако специфика предмета измерения (ионизирующие излучения) оказывает влияние на точность дозиметрических мето­ дов. Никого не удивит возможность простым способом измерить разность потенциалов с точностью до десятых долей процента.

Если вольтметр, измеряющий электрическое напряжение, дает по­ казания с погрешностью 5%, то в большинстве случаев мы считаем его плохим прибором. Совсем другие подходы к оценке измери­

ность в доли процента. Вместе с тем в большинстве дозиметриче­ ских методов погрешность, оцениваемая десятками процентов, счи­ тается вполне удовлетворительной. Следует оговориться, что удовлетворение в данном случае обусловлено не отсутствием не­ обходимости в повышении точности измерения, а ограниченностью возможностей измерительных методов. Повышение точности изме­ рений— важнейшая цель совершенствования методов и средств дозиметрии.

Дозиметрические измерения направлены на то, чтобы дать ко­ личественную оценку эффекта воздействия ионизирующих излуче­ ний на облучаемый объект. Однако во многих случаях нет простой связи между поглощенной энергией излучения и наблюдаемым эффектом. Знание дозы недостаточно для предсказания радиацион­ ного эффекта, который определяется также пространственным рас­ пределением поглощенной энергии по облучаемому объекту, фактором времени, видом и энергией ионизирующего излучения.

Возникает необходимость в комплексном измерении нескольких

взаимозависимых физических величин, определенная комбинация

которых могла бы быть связана с ожидаемым радиационным эф­

фектом. Эти связи нельзя установить без понимания механизмов радиационных эффектов. Таким образом, дозиметрия смыкается с радиационной физикой.

Наряду с экспериментальными методами в дозиметрии широко используют расчетные методы определения дозиметрических вели­

чин, основанные на законах взаимодействия излучений с вещест­ вом.

Дозиметрия ионизирующих излучений — прикладная наука, од­ нако ее приложения столь многообразны и нестандартны, что тре­

буются постоянные поиски новых методов и средств дозиметрии, основанные на глубоком понимании физики излучений и явлений, связанных с взаимодействием излучений с веществом. Все это делает дозиметрию увлекательной областью знаний, требующей творческого подхода и применения научного метода исследо­ вания.

Систематика задач дозиметрии (табл^ П2.1) отражает логику курса, которую можно представить последовательностью радметрия->эквидозиметрия~>ЛПЭ٠метрия->микродозиметрия ()*.

Предмет исследования радметрии (в данном случае рад — от англ, rad — radiation absorbed dose)—поглощенная энергия излу­ чения; эквидозиметрии — взвешенная поглощенная энергия, или значение энергопоглощения, умноженное на модифицирующие ко­ эффициенты, в результате чего обеспечивается единая эквивалент­ ная мера радиационно-индуцированного эффекта. Предмет иссле­ дования ЛПЭ-метрии — распределение поглощенной энергии по величине линейной передачи энергии, или ЛПЭ-спектры. В микро­ дозиметрии исследуют флюктуации поглощенной энергии. Микро­ дозиметрия оперирует с микроскопическими величинами, имеющи­ ми стохастическую природу, в то время как в остальных разделах используют усредненные макроскопические величины. Перемеще­

ние слева направо по цепочке (>|<) связано с более детальным описанием взаимодействия излучения с веществом и является пе­ реходом от частного к общему. Эквидозиметрия, однако, требует

привлечение радиобиологических данных, если речь идет о воз­ действии излучений на живые объекты.

5. Анализ физических процессов в дозиметрических детекторах направлен на выявление их дозиметрических характеристик. Спе­ цифика дозиметрических детекторов в том, что их показания со­ поставляются с ожидаемым радиационным эффектом; этим опре­

деляются предъявляемые к ним требования. Важная характери­

стика дозиметрического детектора — энергетическая зависимость чувствительности. При изучении стеночных ионизационных камер

Вы познакомитесь с обобщенным анализом энергетической зависи­ мости чувствительности. Зафиксируйте в своем сознании, что вы­ явленные при этом анализе закономерности справедливы для лю­

бого дозиметрического детектора, в котором реализуется принцип Брэгга — Грея.

6. При изучении методов дозиметрии обращайте особое внима٠ ние на точность определения дозиметрических величин. В имею­ щейся учебной литературе недостаточно сведений по этому вопро­ су, поэтому основные указания Вы получите на лекциях. Важно понять, что точность результата ограничена как погрешностями

измерения, так и флюктуациями самой измеряемой величины. По­ следнее особенно характерно при измерении ионизирующих излу­ чений и радиоактивности. Измеряемые величины в дозиметрии связываются с радиационным эффектом, поэтому вариабельность

эффекта оказывается существенным фактором, определяющим необходимую точность измерения. Тщательный анализ условий измерения, связей дозиметрических величин с ожидаемым эффек­ том в некоторых случаях позволяет установить оптимальные усло­

вия, обеспечивающие заданную точность. С примерами оптимиза­ ции Вы познакомитесь при изучении курса.

7. Обращайте внимание на размерности и единицы измерения

встречающихся в курсе физических величин. Это позволит Вам гра­