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
Условия определения |
фотоны |
электроны |
на уровне основных пределов дозы |
+50 % -33 % |
+100% -50% |
на уровне 1/5 основных пределов дозы |
+100% -50% |
+170% -65 % |
на уровне регистрации дозы |
+180% -64 % |
+273 % -73 % |
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 (Егр= 150 кэВ), TI-204 (Егр= 672 кэВ), Sr-90+Y-90 (Егр= 2270 кэВ) и фотонного излучения Fe-55 (Егр= 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 (Eгр=150 кэВ) и фотонного излучения Fe-55 (Eгр=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
(Егр= 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 (Eгр=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 Еγ ≈ 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 Егр =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 Егр=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 Нт,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.