Все о радиобиологии

1.Дозиметрия и радиометрия (средства и методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений, дозиметрические и радиометрические приборы, принцип их работы и назначение.)

Дозиметрия- раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для его качественного и количественного измерения.

Радиометрия– раздел прикладной ядерной физики, который разрабатывает теорию и практику измерения радиоактивности и идентификацию радиоизотопов.

Несмотря на различие задач радиометрии и дозиметрии, базируются они на общих методических принципах обнаружения и регистрации ионизирующих излучений.

Биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической среды. На процесс ионизации излучения растрачивают свою энергию (ионизационные потери). В результате взаимодействия излучений с биологической средой живому организму передается определенная величина энергий. Часть поступающего излучения, которая пронизывает облучаемый объект (без поглощения), действия на него не оказывает. Поэтому основная величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от количества поглощенной энергии.

Радиоактивные излучения не воспринимаются органами чувств. Эти излучения могут быть обнаружены (детектированы) при помощи приборов и приспособлений, работа которых основана на физико-химических эффектах, возникающих при взаимодействии излучении с веществом. Практике наиболее употребительны ионизационные детекторы излучений, которые измеряют непосредственные эффекты взаимодействия излучения с веществом- ионизация газовой среды ( ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера- Мюллера, а также коронные и искровые счетчики).

Другие методы предусматривают измерение вторичных эффектов, обусловленных ионизацией- фотографический, люминесцентный, химический, калориметрический и др.

Ионизационные детекторы излучения представляют собой заполненную воздухом или газом камеру с электродами для создания в ней соответствующего электрического поля.

2 3 4

1

6 5

Рис.1. Схема работы ионизационной камеры:

1. камера, заполненная воздухом или газом; 2. анод; 3. катод; 4. изолятор; 5.прибор для измерения ионизационного тока камеры; 6. источник питания.

Ионизационная камера- один из распространенных детекторов излучения. Ее применяют для измерения всех типов ядерных излучений. По конструктивному оформлению ионизационные камеры могут быть плоские, цилиндрические и сферические с объемом воздуха 0,5-5 л. Есть миниатюрные ионизационные камеры - наперстковые, смонтированные в футляре, по форме похожей на авторучку. Их используют как индивидуальные дозиметры (ДК-0,2, КИД-1 и КИД-2, ДП-22В, ДП-24 и др.). Воздушный объем таких камер колеблется от нескольких кубических сантиметров до их долей.

Камеры с большим объемом более чувствительны, поэтому для измерения малых доз излучения используются камеры с большим объемом.

В плоской ионизационной камере электроды имеют вид пластин. Они заключены в корпус и разделены газовым слоем. Цилиндрическая ионизационная камера состоит из плоского цилиндра, по оси которого расположен металлический стержень – собирающий электрод. Высокое напряжение подводят к собирающему электроду, а цилиндрический корпус заземляют.

Ионизационные камеры в зависимости от назначения и конструкции могут работать в импульсном и токовым (интегральном) режимах. Импульсные камеры используют для регистрации отдельных тяжелых заряженных частиц (α - частиц, протонов и т.д.). удельная ионизация легких частиц (электронов, позитронов) сравнительно мала, поэтому регистрация их в импульсном режиме неэффективна. Токовые камеры применяют для измерения интенсивности всех типов излучения, которые пропорциональны среднему току, проходящему через камеру. Величина ионизационного тока пропорциональна энергии излучения, то ионизационные камеры измеряют ток насыщения в единицу времени, т.е. мощность дозы данного излучения. Поэтому они могут быть отградуированы в единицах мощности дозы. Ионизационные камеры могут быть использованы не только для измерения дозы излучения, но и ее мощности.

Пропорциональные счетчики выгодно отличаются от ионизационной камеры тем, что начальное усиление первичной ионизации происходит внутри самого счетчика (Кгу=10 в 3й -10 в 4й степени). Наличие пропорциональности усиления в счетчиках позволяет определить энергию ядерных частиц и изучать их природу. Пропорциональные счетчики изготовляют и торцового типа, например САТ-7 и САТ-8 (счетчик α- частиц торцовый0, СИ-3Б и др. Чтобы обеспечить проникновение в плоскость счетчика α – частиц, входное слюдяное окно делают очень тонким (4-10 мкм). Наполняют счетчик смесью неона с аргоном почти до уровня атмосферного давления. Есть счетчики открытые, рабочая полость которых сообщается с внешним воздухом. Такие счетчики работают при атмосферном давлении, они допускают непрерывные протекание или циркуляцию наполняющего их газа и поэтому их часто используют для регистрации активности газовых проб.

Счетчики Гейгера – Мюллера (газоразрядные счетчики) конструктивно мало чем отличаются от пропорциональности счетчиков цилиндрического торцового типа.

Основное отличие состоит в том, что внутренний объем счетчика Гейгера наполнен инертным газом при пониженном давлении (15-75 гПа), а работа осуществляется в области Гейгера, т.е. в режиме самостоятельного газового разряда.

Счетчики для регистрации гамма – излучения имеют некоторую особенность в конструкции. Регистрация гамма – излучения возможна в результате выбивания вторичных электронов из катода счетчика на основе известных трех механизмов взаимодействия этого излучения с веществом: фотоэффекта, компотонэффекта, образования электронно – позитронных пар.

Вторичные электроны (фотоэлектроны, электроны отдачи, электронно-позитронные пары), попадая чувствительный объем счетчика, вызывают газовый разряд (ударную ионизацию), который и регистрируется радиометрическим устройством.

Сцинтилляционный (люминесцентный) метод регистрации излучений.

В некоторых веществах (сцинтилляторах, фосфорах0 под действием излучений происходят ионизация и возбуждение атомов. При переходе атомов из ионизированного и возбужденного состояний в основное высвечивается энергия в виде вспышки света (сцинтилляции), которая может быть зарегистрирована различными способами. Лучший из них состоит в преобразовании энергии света в электрический сигнал с помощью оптически связанного со сцинтиллятором фотоэлектронного умножителя (ФЭУ).Сцинтилляционные счетчики обладают более высокой эффективностью счета (до 100%) и разрешающей способностью по сравнению с газоразрядными счетчиками.

Полупроводниковые детекторы (ППД) ионизирующих излучений представляют собой твердотельную ионизационную камеру, в которой роль носителей электрического заряда выполняют электроны и так называемые дырки. Действие ППД основано на свойствах полупроводников проводить электрический импульс под действием ионизирующих излучений. Из всех полупроводников наиболее пригодны для детекторов монокристаллы германия и кремния.

Фотографический метод исторический был первым способом обнаружения ядерных излучений, позволивших открыть радиоактивность. Он основан на том , что излучение, взаимодействуя с галогенидами серебра (АgВr или АgСl) фотоэмульсии, восстанавливает металлическое серебро подобно видимому свету, которое после проявления выделяется в виде почернения. Степень почернения фотоэмульсии (фотопластинки) пропорциональна дозе излучения. В настоящее время фотографический метод широко применяется в ядерной физике при исследовании свойств самых различных заряженных частиц, их взаимодействий и ядерных реакций.

При химических методах регистрации излучений учитывают те или иные химические изменения, возникающие под влиянием излучения (например, изменение цвета растворов или кристаллических тел, выделение газов, осаждение некоторых коллоидов и т.п.), степень изменения пропорциональна поглощенной энергии излучения.

Приборы для измерения ионизирующих излучений можно условно разделить на три категории: радиометрические (радиометры), дозиметрические (дозиметры), блоки и устройства электронной аппаратуры для ядерно – физических исследований.

Радиометры – эти приборы с газоразрядными, сцинтилляционными счетчиками и другими детекторами, предназначенные для измерения активности радиоактивных препаратов и источников излучения, для определения плотности потока или интенсивности ионизирующих частиц и квантов, поверхностей радиоактивности предметов, удельной активности аэрозолей, газов и жидкостей.

Для более точных измерений активности препаратов и потоков частиц применяют стационарные радиометры, которые осуществляют дискретный счет попавших в детектор частиц и квантов (дифференциальные измерения).

Дозиметры (рентгенометры) – приборы, измеряющие экспозиционную и поглощенную дозы излучения или соответствующие мощности доз. Дозиметры состоят из трех основных частей: детектора, радиотехнической схемы, усиливающей ионизационный ток, и регистрируемого (измерительного) устройства.

По характеру применения дозиметры делятся на стационарные, переносные и приборы индивидуального дозиметрического контроля. Это такие как «Кактус», ПМР-1, РМ-1М, МРМ-2, РП-1, ДП-5А, КИД-1, КИД-2, и т.д.