Обеспечение единства измерений в дозиметрии фотонного излучения. Учебно-методический модуль

Поглощенная доза гамма-излучения Д — отношение энергии, переданной гамма-излучением веществу в элементарном объеме к массе вещества в этом объеме. Единица 1 Гр = 1 Дж/кг. Временно допускается к использованию единица 1 рад = 10–2 Гр.

Мощность поглощенной дозы Д — приращение поглощенной дозы в единицу времени. Единица 1 Гр/с = 1 Вт/кг.

Эквивалентная доза гамма-излучения Н — произведение поглощенной дозы Д в биологической ткани на коэффициент качества К излучения в данном элементе объема биологической ткани стандартного образца. Единица 1 Зв. Временно допускается к применению единица 1 бэр = 102 Зв.

Мощность эквивалентной дозы Н — приращение эквивалентной дозы в единицу времени. Единица 1 Зв/с.

Временно допускается к использованию экспозиционная доза фотонного (гамма) излучения Х — отношение суммарного заряда всех ионов одного знака, созданных в воздухе, когда все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в элементарном объеме воздуха, полностью остановились в этом объеме, к массе воздуха в указанном объеме. Единица 1 Кл/кг. Внесистемная едини-

ца 1 Р = 2,58 · 10–4 Кл/кг или 1 Кл/кг = 3,88 · 103 Р.

Список литературы

1. РД 50-454–84. Методические указания. ГСИ. Единицы физических величин в области ионизирующих излучений.

Ф Р А Г М Е Н Т 4. ПОГЛОЩЕННАЯ И ЭКВИВАЛЕНТНАЯ

ДОЗЫ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА

ФРАГМЕНТ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

Поглощенная доза фотонного излучения. Энергетическая зависимость чувствительности дозиметров. Чувствительность дозиметров фотонного излучения к другим видам ионизирующих излучений. Клинические дозиметры. Технологические дозиметры.

Эквивалентная доза фотонного излучения. Амбиентный эквивалент дозы. Рекомендации международных и национальных организаций. Нормы радиационной безопасности.

11

Экспозиционная доза фотонного излучения.

Методы и средства поверки дозиметрических средств измерений. Поверочные установки. Метод подобия радиационных полей. Определение погрешности эталонных и рабочих дозиметров.

Термолюминесцентные дозиметры. Методы и средства поверки термолюминесцентных дозиметров. Методы и средства поверки индивидуальных конденсаторных дозиметров.

Методы и средства поверки эталонных источников гаммаизлучения по мощности поглощенной, эквивалентной и экспозиционной дозы. Определение погрешности результатов поверки источников гамма-излучения.

Поверка эталонных измерителей дозы фотонного излучения

(ДКС-101, PTW-VNIDOS, ДКС-АТ5350 и др.).

При изучении темы следует обратить внимание на различные методы поверки дозиметров, на различие в поверочных установках гамма- и рентгеновского излучения.

Изучение должно завершиться проработкой систематических погрешностей при поверке дозиметров.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ФРАГМЕНТУ

1.Каковы пределы допускаемых относительных погрешностей рабочих дозиметров?

2.Что понимается под мерой экспозиционной дозы гаммаизлучения?

3.Назовите нормативы, регламентирующие передачу размеров единиц поглощенной и экспозиционной доз гамма-излучения.

4.Каково назначение передвижных поверочных дозиметрических установок?

5.Перечислите методы, используемые при поверке дозимет-

ров.

6.Опишите метод подобия радиационных полей.

7.Как определяются размеры однородного поля поверочных установок?

8.Что понимается под «минимальным расстоянием» от центра источника до детектора?

9.Перечислите средства поверки поверочных установок фотонного излучения.

12

10.Укажите разницу между эквивалентной и поглощенной дозой излучения.

11.Какова предельно допустимая доза при облучении всего тела человека?

12.Какие дозиметры получили наибольшее распространение при измерении эквивалентной дозы?

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

С введением ГОСТ 8.417–90 «ГСИ. Единицы физических величин» основными величинами в области дозиметрии являются поглощенная доза (ПД), мощность поглощенной дозы (МПД), эквивалентная доза, мощность эквивалентной дозы. Однако временно допускаются к использованию следующие величины: экспозиционная доза (ЭД) и мощность экспозиционной дозы (МЭД).

Внастоящее время для обеспечения единства измерений в дозиметрии действуют следующие основные стандарты:

ГОСТ 8.034–82 «ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений ЭД, МЭД и потока энергии рентгеновского и гамма-излучений»;

ГОСТ 8.070–96 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений поглощенной и эквивалентной дозы и мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения»;

ГОСТ 8.203–76 «ГСИ. Государственный специальный эталон

иобщесоюзная поверочная схема для средств измерений поглощенной дозы рентгеновского излучения с максимальной энергией фотонов от 3 до 9 фДж (от 20 до 60 кэВ)»;

ГОСТ 8.070–96 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений поглощенной и эквивалентной доз и мощности поглощенной и эквивалентной доз фотонного и электронного излучений»;

МИ 2261–93 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений внешнего гамма-излучения данной энергии (активности) в диапазоне энергий 60…3500 кэВ».

Вкачестве эталонных средств измерений 1-го разряда применяются установки с коллимированным и диффузным полями излучения, дозиметры с ионизационными камерами и сцинтилляционными блоками детектирования, калориметры, термолюминесцентные дозиметры, химические и твердотельные дозиметры.

13

Доверительные относительные погрешности результата поверки эталонных средств измерений 1-го разряда при доверительной вероятности 0,95 составляют от 2,5 до 15,0 %.

Вкачестве эталонных средств измерений 2-го разряда применяются установки с коллимированным и диффузным полями излучения, дозиметры с ионизационными камерами и сцинтилляционными блоками детектирования, химические и твердотельные дозиметры.

Доверительные относительные погрешности результата поверки эталонных средств измерений 2-го разряда при доверительной вероятности 0,99 составляют от 5 до 15 %.

Вкачестве эталонных средств измерений только экспозиционной дозы и мощности дозы 3-го разряда поверочная схема устанавливает только передвижные поверочные установки с пределами доверительных относительных погрешностей от 8 до 12 % при доверительной вероятности 0,99.

Вкачестве рабочих средств измерений применяют: дозиметрические установки; дозиметры терапевтические, аварийные, техники безопасно-

сти, повышенной точности, технологические; измерители потока энергии и источники потока энергии

рентгеновского излучения.

Пределы допускаемых относительных погрешностей рабочих дозиметров от 8 до 50 %, источников гамма-излучения от 3 до 18 %, рабочих источников и дозиметрических установок от 6 до

10 %.

При передаче размера единицы от высшего разряда к низшему установлены следующие соотношения пределов допускаемых погрешностей: 1:1,6 для эталонных средств измерений 1 и 2-го разрядов; 1:1,5 для эталонных средств измерений 2 и 3-го разрядов и рабочих средств измерений.

Государственная поверочная схема для средств измерений поглощенной и эквивалентной доз допускает применение эталонных средств измерений 1-го разряда, заимствованных из поверочной схемы для средств измерений экспозиционной дозы.

В качестве рабочих средств измерений применяются терапевтические, аварийные и технологические дозиметры, дозиметры техники безопасности, основанные на калориметрическом, иони-

14

зационном, твердотельном, химическом и люминесцентном методах, и рабочие установки.

Пределы допускаемых относительных погрешностей рабочих средств измерений от 2 до 50 %.

Эквивалентная доза H определяется как произведение поглощенной дозы D мягкой биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества излучения К в данном элементе объема биологической ткани.

Предельно допустимая годовая доза при облучении всего тела лиц, непосредственно работающих с источниками ионизирующих излучений, равна 0,05 Зв (5 бэр). Для удобства использования новых единиц РД 50-454–84 рекомендует в качестве предпочтительной дробную единицу миллизиверт (мЗв) и допускает также использование единицы микрозиверт (мкЗв). В этом случае допустимая годовая доза будет равна 50 мЗв, а допустимая доза за рабочую неделю близка к 1 мЗв, что удобно для нанесения на шкалу индивидуального дозиметра, рассчитанного на недельную экспозицию.

Эквивалентная доза определяет уровень радиационной опасности при облучении человека в малых дозах, т.е. дозах, не способных вызывать лучевую болезнь. Поэтому область применения величины — эквивалентная годовая доза — ограничивается значением 250 мЗв (при полном облучении организма).

Средние значения коэффициента качества К для разных излучений

Мощность эквивалентной дозы Н определяется как отношение приращения эквивалентной дозы Н за интервал времени t к этому интервалу:

15

Н = Н / t.

Единицей мощности эквивалентной дозы является зиверт в секунду. В практике, однако, время пребывания человека в поле излучения при низких уровнях радиации измеряется, как правило, часами (6-часовой рабочий день). Поэтому предпочтительной единицей эквивалентной дозы должен быть мкЗв/ч.

Наибольшее распространение для измерения эквивалентной дозы получили термолюминесцентные дозиметры (ТЛД). В методических указаниях РД 50-444–83, регламентирующих методы и средства поверки ТЛД, рекомендуются также поверочные установки, предназначенные для поверки измерителей экспозиционной дозы и ее мощности.

Методы и средства поверки дозиметрических приборов, предназначенных для измерения поглощенной, эквивалентной и экспозиционной доз и мощностей доз

При поверке применяются:

источники гамма-излучения цезий-137, кобальт-60, радий-226; поверочные дозиметрические установки; дозиметрические приборы.

Все средства измерений должны соответствовать требованиям эксплуатационной документации и иметь соответствующий разряд. Поверка заключается в определении погрешности дозиметра и установлении его пригодности к применению. Она включает в себя операции внешнего осмотра и опробования — проверку отсутствия или наличия повреждений, влияющих на показания прибора, и проверку действия органов управления, регулирования и коррекции.

Погрешность дозиметра может быть определена одним из следующих методов:

методом прямого измерения дозиметром дозы или мощности дозы;

методом непосредственного сличения поверяемого дозиметра с эталонным;

методом подобия радиационных полей.

П р и м е ч а н и е. Как исключение, с разрешения органов Ростехрегулирования допускается применять метод подобия нормированных электрических сигналов или метод поэлементой по-

16

верки. Поэлементая поверка средств измерений — поверка, при которой его погрешности определяют по погрешностям отдельных частей.

Метод подобия радиационных полей. При определении погрешности дозиметра методом подобия радиационных полей используется набор источников гамма-излучения с известным соотношением мощности дозы.

При фильтрованном излучении применяют фильтры известной кратности ослабления. При этом методе могут быть использованы лишь приборы, не имеющие существенной энергетической зависимости.

При использовании набора источников гамма-излучения и поверке диапазонов с большими значениями МЭД первичный преобразователь прибора (детектор) устанавливают на любом близком расстоянии от источника. Подбирают такой источник, показание прибора от которого составило бы N = 0,6 – 0,8 конечного значения последнего поверенного диапазона. Затем прибор переключают на следующий диапазон с большим значением МЭД. Заменяют источник на аналогичный, МЭД которого в m раз больше. Показание прибора N должно быть

N = mN.

Значение коэффициента m вычисляют по данным на источники в свидетельстве.

При использовании фильтров и поверке диапазонов с большими значениями МЭД поступают аналогичным образом: устанавливают детектор на близком расстоянии от источника гаммаизлучения. С помощью фильтров известной кратности ослабления подбирают показание прибора, равное 0,6–0,8 конечного диапазона последнего поверенного диапазона, переключают прибор на диапазон с большими значениями МЭД, убирают фильтр, снимают показания прибора.

Эталонные приборы 1-го и 2-го разрядов поверяются в трех точках диапазона: 0,3–0,4, 0,5–0,6 и 0,8–0,9 конечного значения шкалы поверяемого диапазона. Рабочие дозиметры с погрешностями от 8 до 15 % поверяются в двух точках диапазона: 0,4–0,5 и 0,7–0,8 конечного значения шкалы поверяемого диапазона. Рабочие дозиметры с погрешностью свыше 15 % поверяются в точках 0,6–0,7 конечного значения шкалы поверяемого диапазона.

17

Список литературы

1.Кондратенко С.Г. Поверка средств измерений ионизирующих излучений: Учеб. пособие. — М.: Изд-во стандартов, 1989.

2.ГОСТ 8.034–82. ГСИ. Государственный первичный эталон

игосударственная поверочная схема для средств измерений ЭД, МЭД и потока энергии рентгеновского и гамма-излучения.

3.ГОСТ 8.070–96. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений поглощенной и эквивалентной дозы и мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения.

4.ГОСТ 8.087–00. ГСИ. Установки дозиметрические рентгеновского и гамма-излучений эталонные. Методика поверки по мощности экспозиционной дозы и кермы в воздухе.

5.МИ 2050–90. ГСИ. Установки поверочные поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения.

6.РД 50-444–83. Методические указания. Приборы дозиметрические для измерения поглощенной и эквивалентной дозы излучения, термолюминесцентные. Методы и средства поверки.

7.РД 50-691–89. ГСИ. Поглощенная доза фотонного (1–50 МэВ) и электронного излучения в лучевой терапии.

8.МИ 1107–86. ГСИ. Дозиметры поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы гамма-излучения кобальта-60, используемые в радиационной терапии. Методы и средства поверки.

9.МИ 1788–87. Методические указания. ГСИ. Приборы дозиметрические для измерения ЭД и МЭД, ПД и МПД в воздухе фотонного излучения. Методы поверки.

10.МИ 1910–88. ГСИ. Дозиметры поглощенной дозы (мощности поглощенной дозы) и эквивалентной дозы (мощности эквивалентной дозы) гамма-излучения. Методика поверки.

11.МИ 1986–89. Источники гамма-излучения — меры мощности экспозиционной дозы (мощности кермы в воздухе). Методика поверки.

12.2050–90. ГСИ. Установки поверочные поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения. Методика метрологической аттестации и поверки.

13.МИ 2213–92. ГСИ. Чувствительность дозиметров фотонного ионизирующего излучения к бета-излучению. Методика выполнения измерений.

18

14.Поверка средств измерений ионизирующих излучений. Методические указания по выполнению лабораторных работ.

—М.: ВИСМ, 1988.

15.Поверка средств измерений ионизирующих излучений. Методические указания по выполнению курсовых работ. — М.:

ВИСМ, 1988.

Ф Р А Г М Е Н Т 5. ПОВЕРОЧНЫЕ УСТАНОВКИ. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

ФРАГМЕНТ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

Методы и средства поверки поверочных установок гаммаизлучения. Устройство, принцип работы и основные требования. Определение метрологических характеристик дозиметрических поверочных установок: размера однородного поля излучения по мощности дозы, минимального расстояния от центра активной части источника до центра детектора поверяемого средства измерения, значения мощности дозы расчетным методом, погрешности значения мощности дозы поверяемой установки.

При изучении темы обратите внимание на использование типовых поверочных установок при поверке дозиметров по мощности поглощенной, экспозиционной и эквивалентной доз. В заключение рассмотрите источники погрешности поверки дозиметров на типовых поверочных установках.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ФРАГМЕНТУ

1.Опишите основные узлы дозиметрических поверочных установок гамма-излучения.

2.Опишите основные узлы рентгеновских поверочных уста-

новок.

3.Опишите метод сличения с помощью компаратора при поверке дозиметрических установок.

4.Укажите диапазоны погрешностей эталонных поверочных установок различных разрядов.

19

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Дозиметрические поверочные установки предназначены для поверки измерителей поглощенной, эквивалентной и экспозиционной дозы и мощности дозы.

Для определения метрологических параметров дозиметрических поверочных установок фотонного излучения используются следующие средства поверки:

источник гамма-излучения; набор полостных ионизационных камер;

установка со свободно-воздушными ионизационными камерами;

эталонные дозиметрические приборы; компараторы.

В качестве компараторов применяются средства измерений, обеспечивающие отсчет показаний с погрешностью не более 0,5 % и нестабильностью работы не более 1 % за время измерений.

При определении размеров однородного поля в месте расположения первичного преобразователя размеры однородного поля определяются методом прямых измерений. Применяемые средства измерений: измерительные установки с набором полостных ионизационных камер и набором свободно-воздушных камер, эталонные дозиметры.

Размеры однородного поля в коллимированных пучках определяются методом прямых измерений.

Минимальное расстояние от центра активной части источника излучения до геометрического центра первичного преобразователя средства измерения для установок, имеющих градуировочную линейку, минимальное расстояние от центра активной части источника, на котором можно помещать первичный преобразователь средства измерения, определяются путем проверки соблюдения закона квадратов. Метод математического расчета значения мощности дозы вдоль градуировочной линейки применим при условии, что источник аттестован в коллиматоре, имеющем одинаковые с коллиматором установки геометрические размеры.

Для поверочных установок 1-го разряда значение мощности дозы в полях направленного или неколлимированного пучка излучения определяется методом прямых измерений. Применяются

20