Источники внутреннего облучения

МИФИ

Смирнов В.В.

Вопросы дозиметрии инкорпорированных нуклидов

учебное пособие

Москва – 2013

Основной задачей дозиметрии является определение энергии, поглощенной в веществе при облучении его различными видами ионизирующих излучений. В частности, рассматриваются эффекты воздействия радиации на биологические ткани живого организма и, прежде всего, на организм человека.

Внутреннее облучение - облучение органов и тканей человека в результате поступления радионуклидов в организм человека.

Человек может подвергаться воздействию излучений от внешних источников, находящихся вне организма, и излучателей – радиоактивных изотопов, постоянно входящих в состав биологических тканей или поступающих в организм из внешней среды пищей, водой и воздухом (инкорпорированные источники в теле, in corpore).

Дозиметрию ионизирующих излучений можно разделить на два различающихся направления: дозиметрию внешних источников ионизирующих излучений и дозиметрию излучений инкорпорированных радиоактивных веществ. Между этими направлениями наряду с общностью методических подходов имеются существенные различия, связанные с особенностями источниками излучений. Внешние источники радиации, как правило, можно исключить за достаточно малое время (напр., ускоритель частиц, рентгеновская трубка) или удалить объект из поля облучения. Процесс облучения инкорпорированными нуклидами происходит непрерывно, пока радиоактивные вещества (РВ) находятся в организме. Многие изотопы выводятся медленно, и при достаточно большом периоде полураспада может продолжаться годы или в течение всей жизни человека.

Если при внешнем облучении роль организма достаточно пассивна, то при внутреннем облучении организм играет активную роль в формировании тканевых доз ввиду протекания биологических процессов, обусловливающих накопление и вывод радиоактивных изотопов из органов и тканей.

Внутреннее облучение, как правило, опаснее внешнего, что обусловлено следующими факторами: а) возможность достаточно большого времени облучения и большая вероятность малых расстояний между облучателем и объектом облучения; б) в формировании дозы может преобладать вклад α - или β - изотопов, которые обычно несущественны в условиях внешнего облучения (малые пробеги частиц).

В дозиметрии внешних потоков облучения можно либо измерить, либо рассчитать мощность дозы или поглощенную дозу излучения на основании характеристик источников. Измерения величин доз внутреннего облучения за редким исключением практически невозможно (технические трудности).

Рисунок 1 иллюстрирует классификацию различных научных и практических задач в дозиметрии инкорпорированных нуклидов.

Рис.1. Классификация задач дозиметрии инкорпорированных радиоактивных нуклидов

Основными задачами дозиметрии внутреннего облучения являются исследования пространственного и временного распределения величин поглощенных доз от излучений инкорпорированных нуклидов.

Дозовые распределения могут быть установлены на основании детального количественного определения кинетики распределения концентраций радиоактивных веществ для всех тканей и органов. Кроме того, так как биологические эффекты зависят от типа и энергии ионизирующих частиц, необходимы исследования по определению параметров излучателей. Способы решения соответствующей дозиметрической задачи в случае инкорпорированных нуклидов включают в себя методы прямого и косвенного определение количеств радиоактивных веществ в организме, экспериментальные и теоретические исследования кинетики их распространения в зависимости от физиологических и других характеристик организма. Для решения задач дозиметрии данном случае необходимо располагать достаточно точными сведениями о процессах транспорта и обмена веществ, протекающих в такой сложной системе как человек. Эта информация в значительной степени ограничена.

Специфика вопросов дозиметрии в протяженных средах с распределенными в них радиоактивными нуклидами определяется следующими условиями:

1. учетом влияния граничных условий на формирование дозных полей инкорпорированных источников β – и γ - излучений;

2. особенностями пространственного распределения источников в среде;

3. учетом временного характера дозных нагрузок;

4. вопросами временного фактора при формировании источников в объёмной среде;

Непосредственное отношение к дозиметрии инкорпорированных нуклидов имеют методы оценки их предельно-допустимых концентраций в различных веществах, дозовые функции элементарных источников α -, β -, γ -излучателей, моделирование процессов переноса излучений в условиях сложных гетерогенных сред, вопросы биофизики и радиобиологии, экспериментальные методы дозиметрии в нестандартных условиях.

Содержание и поступление радиоактивных веществ в организм должны быть ограничены так, чтобы уровни облучения не превышали установленных значений предельно – допустимых доз.

Источники внутреннего облучения

Одним из источников потенциально инкорпорированных нуклидов является космическое излучение. Космические частицы (протоны, α – частицы, легкие ядра) с высокими энергиями (до 10¹⁴ МэВ) поглощаются и взаимодействуют с атмосферой, инициируя другие виды радиации. В атмосфере образуются космогенные радионуклиды, в частности:

Внутреннее облучение от этих нуклидов реализуется по пищевым и биологическим цепочкам вследствие накопления их в биосфере (вода, растительность), и поступают в организм человека при вдыхания воздуха. Существуют различные источники образования радиоактивных нуклидов как потенциальных инкорпорированных облучателей. Источники образования радиоактивных аэрозолей связаны со следующими естественными и техногенными процессами:

1. Газообразные нуклиды (радон, торон и др.); их продукты распада могут образовывать твердые частицы или оседать на частицах дисперсной фазы в воздушной среде.

2. В результате космического фона (космогенные радионуклиды).

3. В процессе эксплуатации ядерных реакторов и ускорителей элементарных частиц.

4. При аварийных ситуациях и активации нейтронами неактивной пыли.

Наиболее важным и опасным каналом поступления РВ в организм человека являются органы дыхания, и существенныйвклад

Аэрозоль – дисперсная система с газообразной средой и с твердой, жидкой или смешанной дисперсной фазой; радиоактивный а эрозоль это аэрозоль, в дисперсную фазу которого входят радионуклиды. Частица аэрозоля – твердый, жидкий или смешанный (многофазный) объект, находящийся во взвешенном состоянии в газообразной среде.

Количественной характеристикойаэрозолей является их счетная и массовая концентрация – величины числа частиц или их массы в единице объёма воздуха. Концентрация радиоактивных аэрозолей определяется величиной активной концентрации – числом распада нуклидов в единицу времени в единице объёма воздуха, напр., А ₀ ~ Бк/л; тогда массовая концентрация М связана с активной концентрацией соотношением:

М = 2, 4∙ 10^-24∙ А ₀∙ Т _1/2∙ А, г/л, где

А – относительная атомная масса нуклида, Т _1/2 –период полураспада. Знание массовой концентрации М и размера аэрозольных частиц дает возможность оценить число частиц в единице объёма.

Таблица 1.