3.8. Радиометрия внутреннего облучения

Крайне важной задачей является определение содержание радиоактивных веществ в организме конкретного человека. Одним из способов решения этой задачи являются радиометрические измерения выделений из организма. Производя радиохимический анализ выде­лений (мочи, кала), можно определить, какие радионуклиды со­держатся в выделениях и произвести оценку их концентрации в ор­ганизме. Из-за индивидуальных биологических различий и суточных колебаний, активности выделений этот способ обладает малой точ­ностью и наиболее пригоден для аварийных случаев попадания в организм больших количеств радиоактивных веществ.

Для некоторых радиоактивных веществ (например, ²⁴Na, ¹⁴C) характерно постоянное соотношение между содержанием радионуклида в организме и его концентрацией в крови. Следовательно, для та­ких радионуклидов возможно определение их активности в организме по измеряемой удельной активности проб крови.

Иногда содержащиеся в организме радиоактивные вещества мо­гут давать газообразные продукты распада или образовывать газо­образные соединения, выделяющиеся с дыханием, В этом случае, производя измерения удельной активности выдыхаемого воздуха, оценивают содержание некоторых радионуклидов в организме.

Наиболее эффективна радиометрия внутреннего облучения для гамма-излучающих радионуклидов. Их идентификацию, накопление, выведение и определение индивидуальной дозы внутреннего облучения осущест­вляют с помощью гамма-спектрометров излучения человека (СИЧ).

Наиболее распространенные установки СИЧ многоцелевого назначе­ния состоят из стальной защитной комнаты, набора сцинтилляционных спектрометрических детекторов, регистрирующей аппаратуры, крес­ла и носилок для помещения исследуемого пациента. Импульсы от детекторов поступают на многоканальный анализатор, с помощью ко­торого выделяются сигналы, соответствующие гамма-квантам опре­деленной энергии. По координате этих импульсов (значение энер­гии) судят о виде радионуклидов, а по их амплитуде - об их кон­центрации в организме. При этих измерениях для анализа резуль­тата из полученной спектрограммы тела человека последовательно вычитают фоновую спектрограмму гамма-излучения, присущую уста­новке, а также учитывают излучение естественных радионуклидов, всегда присутствующих в организме (преимущественно ⁴⁰К). Фоновую спектрограмму снимают с макетом тела человека (фантомом), заполненным дистиллированной водой.

Существуют определенные возможности и для оценки содержания бета-излучающих радионуклидов. Бета-частицы, возникающие из-за распадов внутри организма непосредственно вне тела пациента не могут быть зарегистрированы из-за их малого пробега в живой ткани. Однако, их наличие можно попытаться установить по вторичному эффекту - возникновению тормозного излучения при торможении бета-частиц в живой ткани.

3.9. Естественный радиационный фон и фоновое облучение человека

Естественным радиационным фоном называют излучение, со­здаваемое космическими лучами и естественными радиоактивными веществами, содержащимися в окружающей среде и теле человека.

Рассмотрим компоненты фоновых источников ионизирующих излучений и их вклад в формирование эффективной эквивалентной дозы фонового облучения человека.

Важным источником внешнего облучения является попадающие в атмосферу Земли космическое излучение, которое подразделяется на первичное и вторичное. Первичные космические лучи состоят, в основном, из про­тонов и альфа-частиц высоких энергий (до 10 ¹⁴ МэВ), попадающих в земную атмосферу из космического пространства и проникающих до высоты около 20 км над уровнем моря. В результате их взаи­модействия с ядрами атомов, входящих в состав земной атмосфе­ры образуется вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли и содержащее практически все известные элементарные частицы. Оценки эффек­тивной эквивалентной дозы, получаемой человеком на уровне мо­ря за счет воздействия космических лучей, дают ее значение около 0,31 мЗв в год. Эти данные (как и приводимые ниже) относятся к среднемировым и опубликованы Научным комитетом ООН по действию атомной радиации (НКДАР).

В земной коре содержится ряд долгоживущих радионуклидов, которые при своем распаде порождают ионизирующие излучения. Продукты их распада также радиоактивны, причем их период полураспада меньше (больше активность) и вклад в естественный радиоактивный фон еще выше. Кроме того, под действием космических лучей в атмосфере образуются космогенные радионуклиды. В результате более 60 радионуклидов, содержащихся в биосфере Земли увеличивают фоновую дозу внешнего облучения в среднем до 0,65 мЗв в час. Естественно, что этот фон существенно отличается в различных участках зем­ного шара и зависит от состава горных пород, почвы, наличия вулканических выбросов и т.п.

Внутреннее облучение человека создается радионуклидами, поступающими с воздухом, водой и пищей. Среди естественных радионуклидов наибольший вклад здесь создают ⁴⁰K, ¹⁴С, ²²⁶Ra, ²²⁰Rn, ²²²Rn. Согласно оценкам НКДАР эффективная эквивалентная доза внутреннего облучения от естественных источников земного происхождения вдвое выше, чем внешнего, и составляет 1,35 мЗв в год. Та­ким образом, суммарная среднемировая доза от естественных источников ра­диации составляет 2 мЗв в год.

Производственная деятельность человека (извлечение из недр земли полезных ископаемых, производство минеральных удобре­ний, сжигание топлива и др.) увеличивает в окружающей среде количество естественных радионуклидов и источников ионизирующих излучений. Возникает техногенно измененный есте­ственный радиационный фон, под которым понимают дозу облучения, обусловленную указанной хозяйственной деятельностью. В него не включают увеличение дозы облучения, происходящее из-за испытаний ядерного оружия, работы предприятий в ядерной энергетике, а также применение в медицинских целях рентгеновских и радионуклидных методов диагностики и терапии.

Примеры конкретных значений доз, получаемых по некоторым причинам при облучении всего тела, приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Источник излучения	Средняя мощность эквивалентной дозы облучения всего тела (мкЗв/ч)
Полет на самолете на высоте 8 км	1,35
Цветной телевизор на расстоянии: 5 см от экрана	100
250 см от экрана	2,510-3
Район мощной тепловой электростанции радиусом 20 км	0,610-3

Жилые и производственные здания, защищая человека от внешнего излучения, увеличивают радиационное воздействие на него за счет содержания в строительных материалах естественных радионуклидов. Наименьший фон создается в деревянных домах – до 0,5 мЗв/год. В железобетонных домах он может составлять около 1,7 мЗв/год, значительно увеличивая естественный фон.

Среднемировые значения индивидуальной эквивалентной дозы облучения всего тела из-за производства медицинских процедур оцениваются в 0,4 мЗв/год, что составляет около 20% естественного фона. Естественно, что этот показатель сильно отличается в различных странах.