Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия

Кинетика формирования дозы.

Рассмотрим влияние фактора времени на формирование поглощённой дозы от излучения инкорпорированных радионуклидов.

Пусть, как и в первом случае, в некоторый элемент объёма внутри организма импульсно (однократно) введено некоторое количество радионуклидов, сформировавших активность Q0. Пусть f(t) – функция уменьшения активности за счёт распада и выведения радионуклидов. Если состав радионуклидов неизменен, то мощность поглощённой дозы P(t)=aQ0f(t) пропорциональна активности радионуклидов в этом объёме (a – коэффициент перехода от активности к мощности дозы, или мощность дозы, создаваемая единичной активностью). Поглощённую дозу в этом случае можно определить интегрируя выражение для мощности дозы:

.

Теперь перейдём к ситуации, когда радионуклиды внедряются в этот элемент объёма непрерывно по закону Q(t) (рис. 27).

Подпись:  
Рис. 27. Кинетика формирования дозы излучения инкорпорированных радионуклидов.
За время от t до t+dt прирост активности равен Q(t)dt. Следует определить мощность дозы P(t) через время t=t от начала внедрения радионуклидов, и затем поглощённую дозу за время от t=0 до t=t.

От излучения радионуклидов, внедрённых за время от t до t+dt, мощность дозы в момент времени t=t будет равна

. Спектры излучения атомных ядер возникают подобно спектрам излучения атомов и молекул. Атомы наиболее интенсивно поглощают электромагнитные волны частоты, соответствующей переходу из основного состояния атома в первое возбуждённое состояние. Это явление называют резонансным поглощением.

Если процесс внедрения радионуклидов продолжается от t=0 до t=T, искомая мощность дозы

.

Эта формула справедлива до тех пор, пока T£t (если T>t, то интегрировать надо от 0 до t).

Полную дозу за время от 0 до t, обусловленную излучением радионуклидов, внедрённых за время от 0 до T по закону Q(t), можно получить интегрируя

.

Первое слагаемое в полученном выражении определяет поглощённую дозу, сформированную в элементе объёма внутри организма (органе) за время внедрения радионуклидов, а второе – за время после окончания внедрения до момента исследования (определения дозы).

Экспериментальная дозиметрия излучения инкорпорированных радионуклидов.

Степень опасности радионуклидов как источников внутреннего облучения оценивают путём контроля их содержания в органе или ткани с помощью радиометрических (спектрометрических) и дозиметрических методов. Непосредственные дозиметрические измерения производят либо с помощью ионизационных камер (например, с помощью с помощью плоскопараллельной экстраполяционной с изменяющимся расстоянием между пластинами камеры), либо с помощью сцинтилляционной техники, либо с помощью кожного термолюминесцентного детектора и др. Разработаны методы измерения удельной активности толстослойных и тонкослойных объектов с поправками на схему распада, на самопоглощение, на рассеяние. Однако использование данных методов ограничивается длиной пробега частиц излучающих радионуклидов в биологическом объекте. Но даже, если известны концентрация радионуклида и его распределение в органе, функция выведения из организма, период полураспада, эффективная энергия и схема распада, то и в этом случае расчёт поглощённой дозы будет носить приближенный характер, т.к. трудно строго проконтролировать протекающие процессы (выведение, саморассеяние, обратное рассеяние, поглощение, учёт поправок на телесный угол при регистрации излучения и т.п.). Зависит результат и от выбора модели расчёта.

В качестве примера приведём простейший расчёт поглощённой дозы для b-излучающего радиоактивного вещества в некотором органе или ткани.

При равномерном распределении изотопа энергия, поглощённая в 1 г исследуемого объекта, равна энергии b-частиц, испущенных 1 г в течение времени исследования, что можно было бы измерить. Иными словами, пусть нам известна средняя энергия () b-излучения, пусть нам известен и тип распада, т.е. из спектрометрических измерений известен радионуклид, его период полураспада T1/2(ф), известна начальная концентрация радионуклида (C0) и изменение концентрации его во времени C(t), известен период полувыведения(T1/2(ф)).

Мощность дозы, создаваемую b-излучением этого радионуклида в органе определим как

;

постоянная связана с выбором единиц измерения, C – концентрация в Ки/г.

Периоды радиоактивного полураспада и биологического полувыведения определяют эффективный период уменьшения количества радионуклидов в органе:

  Þ

Закон радиоактивного распада в данном случае примет вид:

и поглощённую дозу от b-излучения данного радионуклида в органе определим интегрированием:

.

  Одноэкспоненциальная модель расчёта ДК радионуклидов.


На главную