Основные физические свойства ионизирующих излучений

Вид излучения	Природа излучения	Заряд и обычные пределы энергии	Ионизирующая способность в воздухе на 1 см пути	Проникающая способность В воздухе В тканях чело века	Скорость распространения
Альфа-	Ядра гелия	+2\4-6МэВ	Несколько десятков тысяч пар ионов	Несколько см	Несколько микронов	10000-2300
Бета-	Поток электронов Позитронов	-1 +1\несколько кэВ до 3 МэВ	Около 100 пар ионов	Несколько м	До 1см
Гамма-	Поток квантов	0\то же	Несколько пар ионов	Десятки и сотни м		То же
Рентгеновские	То же	0\1 кэВ-1 МэВ	То же	То же		То же
Нейтроны	Частицы ядра	0\около 2 МэВ	То же	То же		То же

Альфа-излучение является потоком ядер гелия, содержащих по два нейтрона и протона и имеющих заряд две еденицы, возникает при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях.

Корпускулярное излучение, представленное заряженными частицами, является непосредственно ионизирующим. Фотонное, нейтронное излучения, состоящие из нейтральных элементарных частиц, относится к косвенно ионизирующему, так как ионизация атомов и молекул в этих случаях осуществляется опосредованно через высвобождаемые в процессе взаимодействия этих видов излучения со средой заряженных частиц.

Таким образом, ИИ сопровождают радиоактивный распад, ядерные реакции и превращения частиц. Их источником являются такие генераторы и ускорители частиц. Ядерные превращения могут протекать спонтанно в связи с особенностями внутреннего строения ядра и вынужденно в результате воздействия потоков частиц на ядра атомов облучаемой среды. Процесс спонтанных превращений ядер атомов в неустойчивом состоянии, содержащих избыточное количество энергии, нейтронов или протонов, сопровождающийся ИИ, называется радиоактивностью или радиоактивным распадом. Радиоактивный распад носит вероятностный характер, при этом в равные промежутки времени распадается одна и та же доля активных ядер (закон радиоактивного распада). Время, в течение которого распадается половина всех атомов данного радионуклида, называется периодом полураспада (Т1\2).

Мерой количества радионуклида (радиоактивности) служит активность (А) – число спонтанных ядерных превращений в еденицу времени. Еденицей активности является беккерель (Бк) – одно ядерное превращение в секунду (обратная секунда, с), специальной еденицей –кюри (Ки), равная 3,7х10 Бк.Широко используются дольные (милликюри, микрокюри) и кратные (килобеккерель, мегабеккерель) еденицы. Существует понятие удельной (объемной) активности, выражающееся в еденицах активности, отнесенной к еденице массы, объема, площади.

Поле ИИ характеризуется потоком, переносом (флюенсом) и плотностью потока частиц и энергии. Поток частиц и энергии – это число частиц или энергии ИИ, проходящего через данную поверхность в еденицу времени. Перенос частиц и энергии определяется числом частиц или энергией ИИ, проникающих в объем элементарной сферы через еденицу площади поперечного сечения этой сферы (частица\кв.м, квант\кв.м).

Плотность потока частиц и энергии – это число частиц или энергии ИИ, проходящих через еденицу площади в еденицу времени (частиц\кв.м х с, фотон\кв.м х с).

Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

Поврждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям. Количество такой переданной организму энергии называется дозой (поглощенная доза, доза на орган, эквивалентная доза, эффективная доза, ожидаемая эффективная доза – в зависимости от контекста). Термин не слишком удачный, поскольку первоначально он относится к дозе лекарственных препаратов, т. е. дозе, идущей на пользу, а не во вред организму. Дозу излучения организм может получить от любого радионуклида или их смеси независимо от того, находятся ли они вне организма или внутри него (в результате попадания с пищей, водой, воздухом). Дозу можно рассчитывать по-разному, с учетом того, каков размер облучаемого участка и где он расположен, один ли человек подвергся облучению или группа людей и в течение какого времени это происходит.

Количество энергии излучения, поглощенное (переданное) еденицей массы облучаемого тела (тканями организма) называется поглощенной дозой (Д) (дозой на орган) и измеряется в системе СИ в джоуль на килограмм, еденица имеет специальное название грей (Гр), специальной еденицей является рад.

Но поглощенная доза не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее бета- или гамма-излучений (в 20 раз). Если принять во внимание тот факт, что разные излучения имеют разный риск опасности, то поглощенную дозу следует умножить на взвешенный коэффициент, отражающий способность излучений данного вида повреждать ткань организма. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой (Н), ее измеряют в системе СИ в Дж\кг, имеющей специальное наименование зиверт (Зв), специальной еденицей эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада).

ВЗВЕШЕННЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ РАСЧЕТЕ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗЫ

ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЙ	Коэффициенты
Фотоны любых энергий
Электроны и мооны любых энергий
Нейтроны энергий менее 10 кэВ
От 10 кэВ до 100 кэВ
От 100 кэВ до 2 Мэв
Более 20 Мэв
Протоны, кроме протонов отдачи, энергия более 2 МэВ
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра

Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие к действию радиации. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения рак в легких более вероятен, чем рак щитовидной железы, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и систем (тканей) также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентную дозу в органе на соответствующие взвешенные коэффициенты для данного органа или ткани и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную дозу (Е), отражающую суммарный эффект облучения для организма. Она также измеряется в Дж\кг (Зв), бэрах.

Эти три понятия описывают только индивидуально получаемые дозы.

Просуммировав индивидуальные эффективные дозы, полученные группой людей, мы придем к коллективной эффективной дозе (S), которая измеряется в человеко-зивертах (чел х Зв). Например, если 1 миллион человек в среднем получили дозы по 0,03 Зв, то коллективная доза составит 3 х 10 в четвертой степени человеко-зиверт.

Следует, однако, ввести еще одно определение, поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и остаются радиоактивными и в отдаленном будущем. Коллективную эффективную или эквивалентную дозу, которую получают многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования (за время после поступления радионуклида в организм или ткань, если время неизвестно, то его следует равным 50 годам для взрослых и 7 годам для детей), называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной или эквивалентной дозой (Нт) (Sт).

Такая иерархия на первый взгляд может показаться слишком сложной, но тем не менее она представляет собой логически последовательную систему и позволяет рассчитывать согласующиеся или сопоставимые друг с другом дозы облучения.

НЕПОСРЕДСТВЕННО ИЗМЕРИТЬ ПОГЛОЩЕННУЮ ДОЗУ В КАКОЙ-ЛИБО МАССЕ ВЕЩЕСТВА (ТЕМ БОЛЕЕ В ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА) довольно трудно. Поэтому для оценки действия гамма- и рентгеновского (т. е. электромагнитных видов) излучения вводят понятие экспозиционной дозы облучения – количество энергии излучения, поглощаемой еденицей массы воздуха, а измеряют ее величиной заряда образовавшихся ионов(т. е. ионизационный эффект излучения в воздухе). Основной еденицей экспозиционной дозы облучения является кулон на килограмм (Кл\кг), специальной еденицей – рентген (Р).

Доза, отнесенная к еденице времени, называется мощностью дозы; мощность экспозиционной дозы (Кл\кг х с =А\кг), мощность поглощенной дозы (Гр\с = Дж\кг х с=Вт\кг), мощность эквивалентной и эффективной дозы (Зв\с=Дж\кг х с=Вт \кг). В практике за еденицу времени может приниматься минута, час, сутки, год.

Гамма-излучение радионуклидов часто оценивают по их гамма-активности, измеренной в стандартных условиях. Для обозначения количествагамма-активных радионуклидов используется гамма-эквивалент (М), еденицей которой является кг.-экв.радия (мг.-экв.радия). 1 мг.-экв.радия – это количество радионуклида, гамма-излучение которого при данной фильтрации и тождественных условиях измерения создает такую же мощность экспозиционной дозы, как и гамма-излучение 1 мг государственного эталона радия при использовании платинового фильтра толщиной 0,5 мм. Гамма-постоянная радионуклида характкризует излучение 1 Бк (1 мКи) радионуклида, показывает мощность экспозиционной дозы на расстоянии 1 см в стандартных условиях.

Для практики важно четко разделять источники ИИ (устройства или РБ, испускающие или способные испускать ИИ) на закрытые и открытые источники.

Закрытый источник – такой источник излучения, устройство которого исключает поступление содержащихся в нем радионуклидов в окружающую среду в условиях применения и износа, на которые он рассчитан. Следовательно, он опасен для человека воздействием внешнего радиационного облучения.

Открытый источник – такой радионуклидный источник, при использовании которого возможно поступление содержащихся в нем радионуклидов в окружающую среду, следовательно и в организм человека. Он опасен воздействием радиации как от источников, находящихся вне человека (внешнее облучение), так и от источников, попавших внутрь его организма (внутреннее облучение).

В медицинских радиологических отделениях применяются для целей диагностики и лечения как закрытые источники ИИ (рентгеноскопия, флюорография, дистанционная рентгено- и гамма-терапия, терапия с помощью излучения высоких энергий, внутриполостная, внутритканная и аппликационная терапия), так и открытые (лучевая терапия с помощью радионуклидов в виде порошков, растворов).

Применение того или иного метода дистанционной лучевой терапии в значительной мере зависит от локализации патологического процесса, т. к. в зависимости от вида излучения происходит неодинаковое распределение максимума поглощенной дозы в тканях по глубине. В качестве источников излучения применяются рентгеновские аппараты (источник излучения – рентгеновская трубка), линейные и циклические ускорители электронов (источник излучения – вакуумные камеры), гамма-установки различных типов (источник – радионуклиды кобальт-60, цезий-137 и др.).

Лечебные процедуры при использовании различных типов установок складываются из следующего. После укладки больного на процедурный стол к выходному отверстию защитного кожуха рентгеновской трубки или гамма-терапевтического аппарата прикрепляется тубус-ограничитель, позволяющий точно установить площадь облучения и расстояние.

Далее производится облучение. Контроль за работой установок и дозами облучения осуществляется на пульте управления, а наблюдение за состоянием и поведением больного – с помощью перископических и телевизионных систем или (в случае использования рентгеновских аппаратов) непосредственно через окно со свинцовым стеклом.

Внутриполостная лучевая терапия проводится при лечении рака шейки и тела матки, опухолей пищевода, носоглотки, мочевого пузыря и др. Для каждой локализации опухоли применяются радионуклиды различной конфигурации. Например, при опухолях пищевода в него вводят резиновый зонд, внутри которого находятся линейные или шаровидные радиоактивные источники, облучение производится в течение 5-6 часов. При выполнении процедуры применяют специальный двухканальный резиновый зонд, в один канал которого помещают радионуклидные препараты, а в другой, меньший по диаметру, заканчивающийся баллоном из тонкой резины, после введения радиопрепарата вводят воздух с целью создания некоторого расстояния между источником излучения и слизистой оболочкой. Число и активность вводимых в зонд препаратов устанавливает врач в зависимости от протяженности и глубины опухолевого процесса. Перед процедурой введения подбираются в нужном количестве препараты, которые в защитном контейнере переносятся на радиоманипуляционный стол. Медицинская сестра смазывает просвет зонда вазелиновым маслом и накладывает зажим для ограничения продвижения препаратов, зонд фиксирует дистанционным пинцетом. Другим пинцетом извлекает из контейнера препарат и вводит в зонд, металлическим стержнем проталкивая до зажима, затем производят введение второго препарата и т.д. Приготовленный зонд помещают в контейнер. Перед введением активного зонда больному врач, используя аналогичный зонд (с иммитационными препаратами), определяет при при контрольном рентгенологическом исследовании глубину, на которую следует вводить зонд. Введение активного зонда в полость пищевода производится в процедурной комнате. Больной с введенным зондом переходит в палату, где находится в течение всего срока облучения. После его окончания зонд извлекают в процедурной комнате.

Внутритканевая лучевая терапия заключается в том, что в пораженную ткань вводят иглы кобальта-60, золота-198 диаметром 0,6 мм и длиной 3 мм с активностью каждого отрезка, равной 0,3-0,5 мг.экв.радия, которыми предварительно наполняют полость нейлоновой нити (золото-198 внедряют в опухоль в виде отрезков тонкой проволоки с помощью пистолетного приспособления). Внутритканевая лучевая терапия применяется при опухолях, требующих острого локального облучения, например, при раке зева, внутреннего угла глаза, при лечении подвижных органов, при раке мочевого пузыря.

Процедура введения и удаления (при использовании золота-198 с помощью пистолетного приспособления препараты не извлекаются) радиоактивных препаратов требует соблюдения обычных правил хирургической асептики и производится в операционной. Подготовка препаратов для введения осуществляется в радиоманипуляционной.

Сущность аппликационного метода лучевой терапии заключается в том, что радиоактивные препараты располагаются на поверхности кожи или слизистых оболочек или укрепляется вблизи них с помощью аппликаторов (чаще применяются при опухолевых заболеваниях кожи).

Все манипуляции по подготовке и наложению бета-аппликаторов проводятся за защитными экранами из плексигласа с применением дистанционного инструментария.

В виде открытых источников ИИ в клинике применяется натриевая или калиевая соль йода-131 (водный раствор), назначаемая внутрь при лечении больных тиреотоксикозом, раком щитовидной железы. Радиоактивное золото (коллоидный раствор) применяется при лечении метастазов рака в лимфоузлах, рецидивов злокачественных опухолей, рака предстательной железы и др., вводят в плевральную и брюшную полости при распространенных опухолевых процессах. Радиоактивный фосфор применяется для лечения заболеваний кроветворных органов (полицитемия, миелоидная и лимфоидная лейкемия и др.), для лучевой терапии опухолей при введении в них в виде растворимой соли двухзамещенного фосфорнокислого натрия (прием внутрь) и нерастворимого соединения-фосфата хрома (коллоидный раствор). Указанные радионуклиды поступают в лечебные учреждения в ампулах или флаконах. Разведение и фасовка их осуществляется с помощью дистанционных пипеток, а само введение – с помощью защитных шприцев.

Профилактика лучевых поражений в радиологических отделениях и в рентгеновских кабинетах больниц (в дальнейшем – в медицинских радиологических объектах) осуществляется проведением целого комплекса мероприятий, включающих нормирование облучения различных групп населения, строгое соблюдение санитарных требований к устройству, оборудованию, эксплуатации радиологических объектов, радиационный контроль и санитарный надзор за ними, медицинский контроль за состоянием здоровья персонала.

НОРМЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ (РБ) И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИХ ПРЕМЕНЕНИЯ ПРИ НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕДИЦИНСКИХ РАДИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

НРБ –96 являются основополагающим документом, регламентирующим требования закона РФ «О радиационной безопасности населения» в форме основных дозовых пределов, допустимых уровней воздействия ИИ и др. требований по ограничению облучения человека.

Для обеспечения РБ при нормальной эксплуатации необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

- непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ИИ (принцип нормирования)

- запрещение всех видов деятельности по использованию источников ИИ, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучения (принцип обоснования)

- поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ИИ (принцип оптимизации).

Для расчета вероятностных потерь и обоснования расходов на радиационную защиту при реализации принципа оптимизации принимается, что облучение в коллективной дозе в 1 чел. – Зв приводит к потере 1 чел. – год жизни населения.

Установлены следующие категории облучаемых лиц:

- персонал-лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б)

- все население, включая лиц из персонала вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливается три класса нормативов: основные дозовые пределы, допустимые и контрольные уровни.

Основные дозовые пределы – это величины эффективной (или эквивалентной дозы) техногенного облучения, которые не должны превышаться за год; пределы дозы устанавливаются на уровнях, которые должны быть признаны в качестве предельно допустимых в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.

Дата добавления: 2015-07-13