личины у и г и их соотношения даны для сферической геометрии. Возникает вопрос о распространении результатов измерения со сферическим счетчиком на объемы других форм.

Оценки показывают, что распределения /(у) и /(г) слабо зависят от формы микрообъема. Это обусловлено тем, что ва­риация энергетических потерь заряженных частиц более суще­ственна, чем вариация, связанная с изменением пути частиц в объеме. Это обстоятельство позволяет применять сферические детекторы для получения спектров энерговыделения в микро­объемах произвольной формы.

В экспериментальной микродозиметрии наряду со сфериче­скими счетчиками начинают применять цилиндрические счетчики, так как они имеют некоторые преимущества. В них легко по­лучить пропорциональный режим и проще обеспечить достаточно малые размеры.

Применение цилиндрических счетчиков требует, однако, при­менения численных методов для получения распределения числа частиц по длине пути. Простые аналитические методы, развитые для сферической геометрии, здесь неприменимы..

Экспериментальные методы микродозиметрии непрерывно раз­виваются и совершенствуются. Ионизационно-импульсный метод является основным, и его успешное применение возможно лишь в сочетании с теоретическими методами анализа микродозиметри- ческих функций.

§ 95. Прикладное значение микродозиметрии

Прикладное значение микродозиметрии определяется возмож­ностью предсказания и объяснения радиационных эффектов в тех случаях, когда эти эффекты обусловлены поражением чув­ствительных микроструктур столь малых размеров, что сущест­венными становятся флюктуации поглощенной энергии. Под «чув­ствительными» понимаются такие микроструктуры облучаемого объекта (живая клетка и субклеточные структуры), поражение которых является определяющим в проявлении заданного радиа­ционного эффекта. Например, генетические последствия облуче­ния организма обусловлены поражением отдельных участков хромосом — носителей наследственности. Хромосомы находятся в ядре, которое занимает лишь незначительную часть объема клет­ки. Физическая первопричина процессов, приводящих в конечном итоге к наблюдаемому эффекту, как уже упоминалось, — по­глощенная энергия излучения. В приведенном примере для пред­сказания эффекта необходимо знать, следовательно, энерговыде­ление в хромосоме или, еще лучше, в ее отдельных частях. Вследствие флюктуаций поглощенной энергии знать поглощен­ную дозу недостаточно.

Проиллюстрируем это численными оценками флюктуаций, В живой ткани объемом 1 см³ при дозе фотонного излучения 10² Гр отклонение поглощенной энергии от среднего значения,

297

соответствующего данной дозе, составляет величину порядка де- сятитысячных долей процента. Для объема 1 мкмЗ при тех же условиях флюктуация поглощенной энергии может достигать 100 % среднего значения, при дозе 10-2 Гр фотонного излучения флюктуация поглощенной энергии в живой клетке составляет около 1О٥/о. Однако в поле нейтронного излучения при той же дозе в девяти клетках из деся-ти фактически поглощенная энер- ГИЯ равна нулю, а в 10 % клеток ее среднее значение соответ- ствует дозе 1 Гр. Для более мелких клеточных структур —хро- мосом —при дозе нейтронов 10-2 гр в 999 хромосомах из каждой 1000 поглощенная энергия равна нулю, а в оставшихся хромо- сомах поглощенная энергия в среднем соответствует дозе по- рядка 10 Гр, в то время как для отдельных хромосом она МО- жет быть еще выше. Таким образом, флюктуация поглощенной энергии может значительно превосходить среднее значение. Та- кая ситуация возможна в объектах с выраженной гетерогенно- стью, отдельные структурные части которых несут различную функциональную нагрузку и неодинаковы по своей значимости в проявлении радиационных эффектов, к таким объектам по- мимо живого организма можно отнести электронно-технические устройства с твердотельными элементами, например интеграль- ные схемы.

Отождествляя каждый структурный элемент облучаемого объ- екта с микрообъемом, в котором происходит поглощение энергии излучения, в целом объект можно представить как систему МНО’ жества микрообъемов. Очевидно, отклик на облучение такой системы — наблюдаемый радиационный эффект —будет опреде- ляться не только средней поглощенной энергией в единице мае- сы вещества, но и фак-тическим распределением энерговыделения по микрообъемам. Это распределение описывается функциями типа /(،г; £>), /(е; £>).

Полагая по-прежнему, что поражение данной микроструктуры облучаемого объекта определяется энергией фактически ногло- пенной в соответствующем микрообъеме, введем функцию مل٦(г) — ]вероятность поражения микроструктуры при удельной энергии 2.

Поражение отдельной микроструктуры будем называть эле- ментарным поражением. Тогда معلا (г) отражает зависимость вы- хода элементарных поражений от фактического энерговыделения в микроструктуре 2. другими словами, تك) معلا) равна доле пора- женных микроструктур из числа тех, в которых удельная энер- ГИЯ равна 2. При данной дозе £>, однако, удельная энергия в микроструктурах будет различной, и ее распределение описы- вается функцией ۶(2٥ ,٠). Следовательно, полный выход ٩ эле- ментарных поражений при дозе ٥ определяется следующей фор-

мулой:

(95.1)

298

Поскольку ۶(г; ٥) зависит от дозы, формулу (95.1) можно трактовать как дозовую зависимость выхода элементарных по* ражений. Наблюдаемый радиационный эффект может быть не равен выходу элементарных повреждений, однако в значительной сте٠ пени ими определяется. Функция Ч٣(г) должна обращаться в нуль при 2=0, что означает отсутствие первичного эффекта, если нет энерговыде* ления. Если эта функция непрерывная, то ее можно представ вить в виде степенного ряда 1 (г)٥к	(95.2)
где й„ — коэффициенты разложения. Подставляя формулу в (95.1), получаем 00 ٥0 00 00	(95.2)
.٠ ;تم)لأ2ل „ 2 = 2،И(г; Р)с1г ؛ = 11	(95.3)

Интеграл в правой части формулы- (95.3) представляет собой начальный момент ТО порядка Рп распределения Г(г; ٥). Слет довательно,

ة =٦ а„ь٠ (95.4)

Таким образом, радиационный эффект сопоставляется с мо­ментами распределения микродозиметрической величины г. Из- вестно, что полный набор моментов однозначно описывает функ­цию распределения. Значит, в качестве физических величин, определяющих радиационный эффект, в микродозиметрии вы­ступают' параметры, описывающие функцию распределения /(г; ٥)•

Из формулы (95.4) непосредственно следует, что если огра­ничиться только первым членом ряда, то

т١=а1Ц1=،712=а1٥. (95.5)

В этом случае радиационный эффект пропорционален дозе.

Можно показать, что если ограничиться первыми двумя чле­нами разложения в формуле (95.4), то

٢١=(«1 + «221²/21)Р+٥², (95.6)

где 21² и 21 — средние значения в спектре одиночного события.

Таким образом, дозовое описание радиационного эффекта яв­ляется частным случаем микродозиметрического описания. В тех случаях, когда наблюдаемый радиационный эффект обусловлен поражением чувствительных микроструктур и при этом сущест* венна флюктуация энерговыделения в этих микроструктурах, функции распределения микродозиметрических величин дают

299

больше возможностей для предсказания эффекта и анализа ме­ханизмов его возникновения, чем обычная макроскопическая по­глощенная доза. ٦٠٨٠.

прикладном значении микродозиметрию можно، рассмат­ривать'٦ка٠ ٢инструмент, расширяющий ^,возможности ؛изучения радиационных эффектов на основе физических измерений. Вместе с тем не следует преувеличивать возможности мйкродозиметрии в٩ раскрытии механизма радиационных повреждений. В тех слу­чаях, когда известна или предположительно принята модель радиационного поражения, сопоставление радиационного эффекта с микродозиметрическими величинами и параметрами их рас- цределения позволяет найти значения констант, входящих в теорию.

Теоретическая микродозимётрия устанавливает свойства функ­ций распределения типа Л(81) и /(е;،В) и разрабатывает методы их вычисления при различных условиях облучения.

Экспериментальная микродозиметрия использует физические методы и средства для измерения функций распределения ми- крбдозиметрических величин.

ГЛАВА 14

ДОЗИМЕТРИЯ ИНКОРПОРИРОВАННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ