Климанов Дозиметрия ионизируюшчикх излучениы 2015

ные последствия облучения. Величина ОБЭ зависит от биологического теста и от уровня дозы. В 1954 г. Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ) рекомендовала конкретные значения коэффициента ОБЭ как функцию средних линейных потерь энергии в воде. В качестве образцового излучения в настоящее

электронами с энергиями более 200 кэВ. Международная комиссия по радиационным единицам (МКРЕ) в 1962 г. ввела понятия эквивалента дозы и коэффициента качества. Эквивалент дозы определяется как произведение поглощённой дозы, коэффициента качества и других модифицирующих коэффициентов. Таким образом, на базе экспериментальных, часто противоречивых значений ОБЭ, появились установленные экспертами значения коэффициента ка-

вокруг данной точки, через который проходят частицы определённого вида и энергии. В настоящее время были внесены уточнения, и рекомендовано пользоваться вместо таблицы непрерывной функцией (cм. формулу( 6.57)).

котором Q = 1; Q уменьшается при ЛПЭ более100 кэВ/мкм.

571

На рис. 16.8 показано значение коэффициента качества для протонов с начальной энергией , проходящих через тонкий слой воды, когда изменением энергии протона можно пренебречь (1). На том же рисунке показаны значения , рассчитанные Leuthold для нейтронов с учётом всех взаимодействий (2), приведённые в МКРЗ (Публикация 60).

Наряду с протонами отдачи возникают ядра отдачи, для которых принято считать коэффициент качества равным 20. В расчётах методом Монте-Карло в каждом выделенном объёме фантома получали спектр протонов и ядер отдачи. По ним рассчитывали эквивалент дозы.

В табл. 16.7 приведены некоторые данные Оксье для цилиндрического тканеэквивалентного фантома, относящиеся к центральному блоку цилиндра, аналогично оценкам поглощённой дозы, приведённым в табл. 16.5. Там же даны коэффициенты качества, усреднённые по объёму сегмента, соответствующего табл. 16.5.

572

Для быстрых нейтронов максимумы эквивалентов доз находятся в переднем элементе фантома (толщина 5 см). Максимальное значение коэффициента качества, полученное из анализа полных таблиц Оксье, находится в пределах10,3 ÷ 10,8 и относится к нейтронам с энергиями (0,5 ÷ 1) МэВ. Отметим также, что наибольшие значения коэффициента качества связаны с наружными элемента-

ми (№ 1 и 11).

573

В области промежуточных энергий максимальные эквиваленты доз находятся во втором элементе (5 ÷ 10) см от поверхности цилиндра, обращённой к пучку нейтронов. Коэффициенты качества не превосходят значения 2,26. Это связано с значительным вкладом в дозу фотонов от реакции захвата на водороде.

Необходимо, однако, иметь в виду, что в 1990 г. в рекомендациях МКРЗ [11] сформулировано предупреждение «… вследствие недостаточности радиобиологических данных Комиссия считает неоправданным стремление к детализации и точности при использовании формальной зависимости от для модификации поглощённой дозы с целью отразить большую вероятность ущерба, возникающего от воздействия компонентов излучения с большой ЛПЭ. Вместо или Комиссия выбирает весовые множители , основанные на рассмотрении биологической информации». Для

МКРЗ рекомендовала использовать функции от энергии Е первичных, падающих нейтронов, приведённых в главе 6 (формула

(6.60)).

Приведённая функция не устанавливает жёсткой зависимости между и , т.е. совершенно единого подхода к эффективной дозе и операционным величинам не существует. Во всяком случае, при расчёте эквивалентной дозы на органы или ткани, должны

органу Т. При этом, если в фантоме вклад в дозу дают рассеянные

Однако для целей радиационной защиты более важно, чтобы операционные величины при проведении мониторинга внешнего облучения давали надёжную и консервативную оценку эффективной дозы при большинстве условий облучения.

Эффективную дозу, , можно рассчитать, но невозможно измерить или передать единицу измерения по метрологической цепочке. Поэтому были введены операционные величины для мониторинга внешней среды и индивидуального контроля. При проведении штатного мониторинга значения этих величин принимаются в

574

качестве достаточно точных оценок эффективной дозы. Для мониторинга внешней среды необходимы значения в точке, они не должны зависеть от распределения падающего излучения по направлениям. Оборудование для радиационного мониторинга должно быть калибровано в единицах физической величины, для которой существуют калибровочные эталоны.

В документах МКРЕ (Доклад 51, 1993 г.) и МКРЗ [10] величина

где = / .

При проведении мониторинга на рабочем месте, установлении зон контроля и наблюдения измерения проводят, как правило, «в

575

воздухе». Индивидуальные дозиметры носят на поверхности тела, преимущественно на груди. Индивидуальный дозиметр, с одной стороны, частично защищён телом человека, с другой стороны, подвержен альбедо от тела. Были введены две операционные величины: амбиентный эквивалент дозы и индивидуальный эквивалент дозы . При облучении нейтронами, как сильно проникающим излучением, применяют дозиметры с энергетической эффективностью регистрации, соответствующей зависимости эквивалента дозы на глубине (или за экраном) 10 мм тканеэквивалентного вещества.

Определения амбиентного (для внешней среды) и индивидуального эквивалента доз были даны ранее. Напомним, что энергетическая зависимость эффективности регистрации нейтронов должна соответствовать эквиваленту дозы, измеренному в точке на глубине 10 мм в тканеэквивалентном шаре радиусом 150 мм, расположенной по радиусу-вектору, противоположному широкому мононаправленному пучку нейтронов.

Дозиметр индивидуального эквивалента дозы должен иметь зависимость энергетической чувствительности регистрации, такую как эквивалент дозы в точке, расположенной на поверхности тканеэквивалентной пластины, прикрытой тканеэквивалентным экраном толщиной 10 мм. Никаких ограничений на направленность потока нейтронов не вводится. Амбиентный и индивидуальные эквиваленты доз являются операционными величинами, они должны в практической дозиметрии заменить эффективную дозу без введения каких-либо поправок.

На рис. 16.10 приведены расчётные значения амбиентного и индивидуального эквивалентов доз, а их отношения на рис. 16.11. Видно, что они близки друг к другу. Максимальное отличие наблюдается в области промежуточных нейтронов, 17 %, в то время как основной вклад в эквиваленты доз и эквивалентную дозу создают быстрые нейтроны. В области быстрых нейтронов различие не превосходит 8 %.

576

Насколько различаются значения амбиентного эквивалента дозы от эффективной дозы нейтронов видно из рис. 16.10. При расчёте эффективной дозы нейтронов по необходимости учитывают ослабление потока нейтронов частями тела (фантома), предшествующими данному органу. Чем выше энергия нейтронов, тем меньше, как

577

правило, сечение взаимодействия. При промежуточных энергиях существенный вклад в эффективную дозу вносят фотоны захватного излучения. В поле доз от этих фотонов прослеживается максимум не на поверхности, а в глубине фантома. Совокупность всех факторов приводит к сложному ходу зависимости от энергии

2,5 МэВ они сравниваются, и при больших энергиях эффективная

На том же рис. 16.10 приведён график зависимости эффективной дозы для изотропного падения нейтронов. Этот график идёт ниже и амбиентного эквивалента дозы и эффективной дозы от мононаправленного пучка нейтронов, настолько сильно сказывается экранировка внутренних органов телом человека. Отношение эффективных доз в рассмотренных геометриях близко к двум.

Несколько особенно стоит полевая эквивалентная доза нейтронов. Она приведена из-за возможности передачи единицы эффективной дозы от эталона к нижестоящим по поверочной схеме устройствам. Напомним, что для определения полевой эквивалентной дозы можно использовать сферическую гомогенную камеру из тканеэквивалентного материала с толщиной стенок 1 г/см2 и счётчик Росси для определения среднего значения ЛПЭ и последующего учёта среднего коэффициента качества. Измеритель полевой дозы входит в комплект устройств Государственного эталона России

[15].

Важно отметить, что более адекватными эффективной дозе в диапазоне энергий от 20 кэВ до 10 МэВ является керма в мышечной ткани и полевая поглощённая доза, умноженные на коэффициент качества, равный 12 [14].

5.Способы измерения амбиентного эквивалента дозы нейтронов

Для всех видов внешнего облучения операционные величины для мониторинга рабочих мест, производственных и жилых помещений, окружающей среды определены на основе значения экви578

валента дозы в точке внутри простейшего фантома – шара МКРЕ. Он представляет собой сферу, заполненную стандартным тканеэквивалентным материалом, аналогом мышечной ткани, с плотностью 1 г/см2. Диаметр шара 300 мм. Предполагается, что поле излучения должно быть мононаправленным. Коэффициенты перехода, связывающие величины поля излучения и операционные величины, рассчитываются в предположении вакуума за пределами фантома. Для мониторинга сильно проникающего излучения выбирают точку внутри фантома на глубине 10 мм по радиусу-вектору, противоположному потоку частиц. Зависимость амбиентного эквивалента дозы в этих условиях от энергии нейтронов приведена на рис. 16.10. По смыслу, любой дозиметр, предназначаемый для измерения амбиентного эквивалента дозы, должен иметь такую же энергетическую зависимость чувствительности, и при этом анизотропия чувствительности должна быть минимальна.

Однако прямых физических методов, учитывающих коэффициент качества излучения нет, поэтому прибегают к искусственным приёмам экспериментальной подгонки чувствительности. Используемый метод регистрации должен отвечать требованиям адекватности измерений в широком интервале: от тепловых энергий до, хотя бы, 14 МэВ. Учёные ряда стран независимо друг от друга обратили внимание на возможность предварительного замедления быстрых и промежуточных нейтронов и последующей регистрации тепловых нейтронов. В качестве замедлителей используются вода, парафин, полиэтилен. Пожалуй, первыми приборами такого типа были шаровые устройства «РУС-4» (радиометр универсальный сцинтилляционный), разработанный объединёнными усилиями учёных Института биофизики, Института химической физики пол руководством И. Б. Кеирим-Маркуса, и нейтронный дозиметр D. E. Hankins из Лос-Аламосской научной лаборатории. РУС-4 затем неоднократно модифицировался. В настоящее время выпускается прибор РУС-У8. Детектором тепловых нейтронов является дисперсный сцинтиллятор на основе ZnS(Ag) с добавкой борной кислоты. Тепловые нейтроны взаимодействуют c бором, а ZnS(Ag) регистрирует α-частицы. В большинстве зарубежных приборов и частично в отечественных применяют сцинтилляционный детектор LiI(Eu) или LiI(Tl). Так, в государственном эталоне используют монокристалл LiI диаметром и высотой 8 мм. Кристаллы LiI имеют практически

579

100 % эффективность регистрации нейтронов, но они, являясь «чёрным» телом «выедают» поток многократно рассеянных нейтронов в окрестности кристалла. Зависимость чувствительности шаровых детекторов от энергии нейтронов приведены на рис. 16.12. Параметром является диаметр шара. Диаметр сферического дозиметра амбиентного эквивалента дозы принят повсеместно равным ~ 240 мм полиэтилена.

Рис. 16.12. Чувствительность детекторов тепловых нейтронов в шаровых замедлителях различных диаметров, см [16]

На рис. 16.13 показана схема детектора тепловых нейтронов, покоящегося на световоде, окружённого шаровыми замедлителями. Световод оптически соединён с ФЭУ, находящимся вне замедлителя. Импульсы с ФЭУ поступают на усилитель, а затем на спектрометр.

Из-за атомов йода детектор чувствителен к фотонам и необходимо программное выделение пика тепловых нейтронов из общего спектра.

За рубежом в ряде приборов применяют защиту таких детекторов из чистого свинца, который почти прозрачен для тепловых

580