При внешнем облучении организма фо­тонным и бета- излучением максимальные значения эквивалентных доз формируются в приповерхностных тканях — коже и хрусталике. В Нормах радиационной безопасности НРБ-99/2009 [1] принято, что экви­валентная доза в коже соотносится с крити­ческим — базальным слоем толщиной 5 мг/см². находящимся на глубине 5 мг/см², за исключением кожи ладоней, для которых толщина экранирующего слоя составляет 40 мг/см². Эквивалентная доза в хрусталике глаза соотносится с таковой на глубине 300 мг/см².

В [1] введены дозы аварий­ного облучения за двое суток, при которых необходимо срочное медицинское вмеша­тельство — 3 Гр и 2 Гр для кожи и хрусталика глаза соответственно, определяемые на ука­занных глубинах.

При современном уровне знаний о ради­ационных поражениях хрусталика данный норматив может быть обоснован тем, что хрусталик представляет собой прозрачное двояковыпуклое полутвердое тело внутри глаза, не снабжаемое кровью, имеющее среднюю толщину 3,6 — 4,2 мм, массу 200 мг и находящееся на глубине 0,3 — 0,4 см. Наи­более радиочувствительной областью при­нято считать зону роста эпителия, находя­щуюся у поверхности хрусталика, т.е. на глу­бине ≈ 300 — 350 мг/см² [2].

Согласно [3], допустимые суммарные погрешности определения индивидуальных эквивалентных доз при внешнем фотонном и бета- (электронном) облучении с учетом нелинейности, энергетической зависимости и т.д. не должны превышать значений, указанных в таблице.

Таблица

Допустимые суммарные погрешности определения индивидуальных эквивалентных доз при ИДК внешнего фотонного и бета- (электронного) облучения

Там же показано, что для определения доз слабопроникающего излучения в приповерхностных тканях наиболее приемлемым является инструментальный способ (под слабопроникающим излучением подразумевается бета- и электронное излучение, а также рен­тгеновское и фотонное излучение с энергией <. 30 кэВ [3]). Детекторы излу­чения должны моделировать энергопогло­щение в чувствительных слоях ткани и от­вечать следующим требованиям: тканеэквивалентность, широкий диапазон регистриру­емых доз фотонного и бета-излучения во всем «практическом» диапазоне энергий, приемлемую для условий хронического и аварийного облучения погрешность измере­ния, автономность, удобство ношения при выполнении производственных операций и многократность ис­пользования. Из всех известных методов дозиметрии: ионизационный, сцинтилляционный, фотографический, радиофотолюминесцентный и термолюминесцентный, пос­ледний в наибольшей степени удовлетворя­ет перечисленным требованиям.

Учитывая необходимость оценки степени поражения кожи при остром аварийном облучении, дозиметр должен обеспечивать определение доз до глубины ≈ 500 мг/см². Для этого дозиметр должен содержать несколько детекторов, расположенных за слоями тканеэквивалентного поглотителя.

Корпус дозиметра для измерения доз на открытых участках кожи (за исключением кожи пальцев рук и ладоней) должен иметь размеры передней плоскости не более 4×4 см. быть тканеэквивалентным, жёстким, гладким, ударопрочным, иметь зажим для крепления и цифровую нумерацию. Дозиметр для измерения доз в коже пальцев рук и ладоней должен быть гибким, эластичным, легко закрепляемым и не должен создавать неудобств при выполнении производствен­ных операций. Корпуса дозиметров должны быть пыле-влаго-светозащищенными и лег­ко дезактивироваться при радиоактивном загрязнении.

Исходя из изложенных требований, ГНЦ РФ ИБФ совместно с НПО «Люминофор» были разработаны гибкие эластичные термолюми­несцентные детекторы ТТЛД-580 толщиной ≈10 мг/см² и диаметром 15 и 9 мм из гомо­генной композиции мелкодисперсного термо­люминофора МgВ₄0₇ и полиамидной смолы марки ПМ-1.

Для оценки корректности измерений дозовых распределений с помощью данных детекторов требовалось сопоставить ре­зультаты измерений с данными эталонной экстраполяционной камеры. На рис. 1 — 3 представлены результаты измерений дозовых распределений бета-излучения Тс-99 (Е_гр= 150 кэВ), TI-204 (Е_гр= 672 кэВ), Sr-90+Y-90 (Е_гр= 2270 кэВ) и фотонного излучения Fe-55 (Е_гр= 5,9 кэВ), полученных с помощью эталонной экстраполяционной камеры ЭК-2М из состава вторичного эталона единиц поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы бета-излучения ВЭ-28 и детекторов ТТЛД-580 [4]. При постро­ении дозовых распределений значение дозы соотносилось с серединой толщины детек­тора. Дозовые кривые в диапазоне гранич­ных энергий бета-излучения 150 — 2270 кэВ и фотонного излучения с энергией 5,9 кэВ с погрешностью < 10 % совпадают, что свиде­тельствует о возможности измерения доз на различной глубине детекторами ТТЛД-580 вне зависимости от граничной энергии бета-излучения.

Рис. 1. Распределения доз по глубине тканеэквивалентного поглотителя, измеренные с помощью экстраполяционной камеры и детекторов ТТЛД-580 от

бета-излучения Tc-99 (E_гр=150 кэВ) и фотонного излучения Fe-55 (E_гр=5,9 кэВ)

Рис. 2. Распределение доз по глубине тканеэквивалентного поглотителя, измеренное с помощью экстраполяционной камеры и детекторов ТТЛД-580 от бета-излучения TI-204

(Е_гр= 672 кэВ)

Рис. 3. Распределение доз по глубине тканеэквивалентного поглотителя, измеренное с помощью экстраполяционной камеры и детекторов ТТЛД-580 от β-излучения Sr-90+Y-90 (E_гр=2270 кэВ)

На рис. 4 представлена зависимость показаний детекторов от дозы излучения в диапазоне 2·10^-3 - 9·10¹ Гр. Видно, что в ука­занных пределах эта зависимость может быть аппроксимирована степенной функци­ей, т.е. возможен её учёт процессором счи­тывающей аппаратуры.

Определение зависимости дозовой чув­ствительности детекторов от энергии фотон­ного излучения показало, что максимальное отклонение чувствительности составляет + 25 % при Е_γ ≈ 30 кэВ. Различие в чувстви­тельности по поглощённой (эквивалентной) дозе бета-, гамма-излучения в указанных диапазонах энергий не превышало 10 %.

В соответствии с действующими норма­тивными требованиями и на основании по­лученных данных по детекторам ТТЛД-580 были разработаны индивидуальные дози­метры двух типов: для кожи лица и хруста­лика и кожи пальцев рук, которые примени­мы для условий как хронического, так и ава­рийного облучения и не мешают при выпол­нении производственных операций.

Рис. 4. Зависимость показаний детекторов от дозы излучения

Дозиметры позволяют не только определять дозы в критическом слое 5 мг/см² за покров­ными слоями 5 мг/см² и 40 мг/см² и на глуби­не 300 мг/см², но и при необходимости оце­нивать распределение доз по толщине приповерхностных тканей.

На рис. 5 представлено устройство индивидуальных дозиметров для измерения эквивалентных доз в коже лица и хрустали­ке (А), а также для измерения доз в коже пальцев рук (Б), апробированных на произ­водственных технологических участках.

Дозиметр типа (А) представляет собой составную кассету из ударопрочного, хими­чески и радиационно устойчивого, тканеэк­вивалентного материала арилокс марки 2128. Внутри имеются вращающиеся на од­ной оси подложки-поглотители толщиной 50, 90 и 110 мг/см², на которые помещаются де­текторы ТТЛД-580 диаметром 15 мм. Толщи­на защитного входного окна, за которым на­ходится первый детектор, составляет 2 мг/см². Последний детектор-монокрис­талл фтористого лития ДТГ-4 расположен на глубине 300 мг/см² и служит для измерения доз в хрусталике глаза. Дозиметр может кре­питься на шапочке, воротнике халата или комбинезона.

Рис. 5. Индивидуальные дозиметры для измерения эквивалентных доз в коже лица и хрустали­ке (А), а также для измерения доз в коже пальцев рук (Б)

Анализ глубинных дозовых распределе­ний бета-излучения в тканеэквивалентном материале в диапазоне граничных энергий Е_гр =150 - 2200 кэВ, полученных с помощью эталонной экстраполяционной камеры, свидетельствует о том, что с погрешностью < 7 % распределение дозы в слое 10 мг/см² может быть аппроксимировано прямой даже при Е_гр=150 кэВ. Таким образом, среднее значение дозы в слое 10 мг/см² будет соот­носиться с серединой толщины детектора, т.е. с глубиной 5 мг/см². При толщине вход­ного окна 2 мг/см² значение измеренной дозы первым детектором соотносится с глубиной 7 мг/см², что практически не отличается от нормативной величины в слое 5 мг/см² за экранирующем слоем 5 мг/см².

Дозиметр типа (Б) состоит из набора де­текторов ТТЛД-580 диаметром 9 мм, разде­лённых тканеэквивалентными поглотителя­ми, толщины которых выбраны таким обра­зом, чтобы первые два детектора измеряли дозу на глубине 30 - 50 мг/см², а остальные детекторы на глубинах 90, 130 и 240 мг/см².

Набор запаян в полиэтиленовый конверт и помещён на самоклеющуюся основу, с по­мощью которой он крепится на внутренней стороне фаланг пальцев рук.

Эквивалентная доза Н_т,р, используемая для целей нормирования при хроническом облучении [3], есть произведение поглощённой дозы D на взвешивающий коэффициент вида излучения. Поскольку в соответствии с НРБ-99/2009 [1] для фотонов и электронов всех энер­гий взвешивающий коэффициент равен еди­нице, эквивалентная доза, выражаемая в зивертах, численно равна поглощённой, выра­жаемой в греях. Последняя используется для регистрации доз аварийного облучения. Это обстоятельство упрощает процедуру градуировки средств измерений как по по­глощённой, так и по эквивалентной дозам излучения.

Вплоть до последнего времени оценка уровней облучения кожи персонала предпри­ятий Госкорпорации «Росатом» осуществлялась либо с помощью детекторов ПСТ толщиной 0,4 мм (100 мг/см²) из комплекта ИКС [5], или с ис­пользованием детекторов ДТГ-4 толщиной 1 мм (220 мг/см²), которые, ввиду их особен­ностей, закрепляются на наружной поверх­ности пальцев. Следует отметить, что при наличии фотонного излучения с энергией <50 кэВ погрешность измерения детектора­ми ПСТ увеличивается, т.к. эффективный атомный номер равен 11,7. Результаты из­мерений показаний детекторов интерпрети­руются как дозы в коже. Сопоставление ре­зультатов измерений доз детекторами ПСТ, ДТГ-4 и ТТЛД-580 при выполнении ручных производственных операций по переработ­ке ядерного топлива в «горячих» камерах показало, что в диапазоне энергий бета-излучения 150 - 700 кэВ погрешность измере­ний первыми двумя детекторами может составлять 300 - 500 %.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Санитарные правила и нормативы. -2-е изд. Стереотип. –М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009.

2. Публикация 23 МКРЗ «Человек. Медико-биологические данные» Доклад рабочей группы Комитета 2 МКРЗ по условному человеку. Пер. с англ. Ю.Д. Парфенова -М.: Медицина, 1977.

3. Контроль эквивалентных доз фотонного и бета-излучений в коже и хрусталике глаза. МУ 2.6.1.56-2002// Минатом РФ, -М.: Технорматив, 2009.

4. Т.И. Гимадова, А.И. Шакс, А.В. Семенов, И.О. Васильев «Индивидуальные дозиметры для измерения эквивалентных доз в коже пальцев рук, лица и хрусталике глаза при хроническом и аварийном облучении»// «АНРИ», вып. 3 (26), 2001 г., С. 20-27.

5. И.А. Бочвар, Т.И. Гимадова, И.Б. Кеирим-Маркус и др. «Метод дозиметрии ИКС»// -М.: АИ. 1977, 221 с.