Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Поглощенная доза является величиной дозы , которая является мерой энергии , вложенной в материи с помощью ионизирующего излучения на единицу массы. Поглощенная доза используется при расчете поглощения дозы живыми тканями как в радиационной защите (уменьшение вредных воздействий), так и в радиологии (потенциальные положительные эффекты, например, при лечении рака). Он также используется для прямого сравнения воздействия излучения на неодушевленные вещества, например, при радиационной стойкости .

СИ единица измерения является серым (Гр), который определяется как один джоуль энергии , поглощенной на килограмм вещества. [1] Иногда также используется более старая, не относящаяся к системе СИ единица СГС рад , преимущественно в США.

Детерминированные эффекты [ править ]

Обычно при радиационной защите немодифицированная поглощенная доза используется только для указания непосредственных последствий для здоровья из-за высоких уровней острой дозы. Это тканевые эффекты, например, при остром лучевом синдроме , которые также известны как детерминированные эффекты. Это эффекты, которые обязательно произойдут в короткие сроки.

Последствия острого радиационного облучения [ править ]

Лучевая терапия [ править ]

Измерение поглощенной дозы в ткани имеет фундаментальное значение в радиобиологии, поскольку это мера количества энергии, которую падающее излучение передает ткани-мишени.

Расчет дозы [ править ]

Поглощенная доза равна дозе облучения (ионов или Кл / кг) пучка излучения, умноженной на энергию ионизации ионизируемой среды.

Например, энергия ионизации сухого воздуха при 20 ° C и давлении 101,325  кПа составляет33,97 ± 0,05 Дж / Кл . [3] (33,97 эВ на ионную пару) Таким образом, воздействие2,58 × 10 -4  Кл / кг (1 рентген ) приведет к поглощенной дозе8,76 × 10 -3  Дж / кг (0,00876 Гр или 0,876 рад) в сухом воздухе при этих условиях.

Когда поглощенная доза неоднородна или когда она применяется только к части тела или объекта, поглощенная доза, репрезентативная для всего объекта, может быть рассчитана путем взятия средневзвешенного значения поглощенных доз в каждой точке.

Точнее, [4]

Где

- усредненная по массе поглощенная доза всего объекта T
предмет интереса
поглощенная доза как функция местоположения
плотность как функция местоположения
объем

Медицинские соображения [ править ]

Неравномерная поглощенная доза характерна для мягких излучений, таких как рентгеновские лучи низкой энергии или бета-излучение. Самоэкранирование означает, что поглощенная доза будет выше в тканях, обращенных к источнику, чем глубже в теле.

Среднее значение массы может быть важным при оценке рисков лучевой терапии, поскольку они предназначены для воздействия на очень определенные объемы тела, как правило, на опухоль. Например, если 10% массы костного мозга пациента облучается локальным излучением 10 Гр, то общая доза, поглощенная костным мозгом, составит 1 Гр. Костный мозг составляет 4% массы тела, поэтому поглощенная доза всего тела составит 0,04 Гр. Первая цифра (10 Гр) указывает на местное воздействие на опухоль, в то время как вторая и третья цифры (1 Гр и 0,04 Гр) являются лучшими индикаторами общего воздействия на здоровье всего организма. Чтобы получить значимую эффективную дозу, которая необходима для оценки риска рака или других стохастических эффектов, необходимо выполнить дополнительные дозиметрические расчеты по этим цифрам.

Когда ионизирующее излучение используется для лечения рака, врач обычно назначает лучевую терапию в единицах серого. Дозы для медицинских изображений могут быть описаны в кулонах на килограмм , но когда используются радиофармпрепараты , их обычно вводят в единицах беккерелей .

Стохастический риск - преобразование в эквивалентную дозу [ править ]

Величины доз внешнего облучения, используемые в радиационной защите и дозиметрии
График, показывающий соотношение величин "защитной дозы" в единицах СИ

Для стохастического радиационного риска, определяемого как вероятность индукции рака и генетических эффектов, происходящих в течение длительного времени, необходимо учитывать тип радиации и чувствительность облученных тканей, что требует использования модифицирующих факторов для создания риска. коэффициент в зивертах . Один зиверт несет с собой 5,5% вероятность в конечном итоге развития рака на основе линейной беспороговой модели . [5] [6] Этот расчет начинается с поглощенной дозы.

Для представления стохастического риска используются величины дозы, эквивалентная доза H T и эффективная доза E , а соответствующие дозовые факторы и коэффициенты используются для их расчета на основе поглощенной дозы. [7] Эквивалентные и эффективные дозы выражаются в зивертах или бэр, что означает, что были приняты во внимание биологические эффекты. Расчет стохастического риска осуществляется в соответствии с рекомендациями Международного комитета по радиационной защите (ICRP) и Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям.(ICRU). Разработанная ими согласованная система величин радиологической защиты показана на прилагаемой диаграмме.

Для облучения всего тела с гамма-лучами или рентгеновскими лучами модифицирующие факторы численно равны 1, что означает, что в этом случае доза в серых тонах равна дозе в зивертах.

Разработка концепции поглощенной дозы и серого [ править ]

Использование раннего рентгеновского аппарата с трубкой Крукса в 1896 году. Один человек рассматривает свою руку с помощью флюороскопа, чтобы оптимизировать излучение трубки, а голова другого находится близко к трубке. Никаких мер предосторожности не принимается.
Памятник мученикам радиологии, установленный в 1936 году в больнице Св. Георга в Гамбурге, новые имена добавлены в 1959 году.

Вильгельм Рентген впервые открыл рентгеновские лучи 8 ноября 1895 года, и их использование очень быстро распространилось для медицинской диагностики, особенно для лечения переломов и инородных предметов, где они были революционным улучшением по сравнению с предыдущими методами.

Из-за широкого использования рентгеновских лучей и растущего осознания опасности ионизирующего излучения возникла необходимость в эталонах интенсивности излучения, и в разных странах были разработаны свои собственные, но с использованием разных определений и методов. В конце концов, чтобы способствовать международной стандартизации, на первом заседании Международного радиологического конгресса (ICR) в Лондоне в 1925 году было предложено создать отдельный орган для рассмотрения единиц измерения. Это называлось Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям , или ICRU, [a] и возникло во Втором ICR в Стокгольме в 1928 году под председательством Манна Зигбана . [8] [9] [b]

Одним из первых методов измерения интенсивности рентгеновских лучей было измерение их ионизирующего эффекта в воздухе с помощью ионной камеры, заполненной воздухом . На первом заседании ICRU было предложено, чтобы одна единица дозы рентгеновского излучения определялась как количество рентгеновских лучей, которые производят один эквивалент заряда в одном кубическом сантиметре сухого воздуха при 0  ° C и давлении 1 стандартная атмосфера. . Эта единица радиационного облучения была названа рентгеном в честь умершего пятью годами ранее Вильгельма Рентгена. На заседании ICRU в 1937 году это определение было распространено на гамма-излучение . [10]Этот подход, хотя и был большим шагом вперед в стандартизации, имел недостаток в том, что он не являлся прямым измерением поглощения излучения и, следовательно, эффекта ионизации в различных типах материи, включая ткани человека, и был измерением только эффекта рентгеновские лучи при определенных обстоятельствах; эффект ионизации в сухом воздухе. [11]

В 1940 году Луи Гарольд Грей , изучавший влияние нейтронного повреждения на человеческие ткани, вместе с Уильямом Валентином Мейнердом и радиобиологом Джоном Ридом опубликовал статью, в которой новая единица измерения получила название «грамм рентген» (символ : gr) был предложен и определялся как «количество нейтронного излучения, которое дает приращение энергии в единице объема ткани, равное приросту энергии, произведенной в единице объема воды одним рентгеном излучения». [12] Было обнаружено, что эта единица эквивалентна 88 эрг в воздухе, а поглощенная доза, как впоследствии стало известно, зависела от взаимодействия излучения с облучаемым материалом, а не только от выражения радиационного воздействия или интенсивности, которую рентген представлены. В 1953 году ICRU рекомендовал рад , равный 100 эрг / г, в качестве новой единицы измерения поглощенного излучения. Рад выражался в когерентных единицах cgs . [10]

В конце 1950-х годов CGPM пригласила ICRU присоединиться к другим научным организациям для работы над разработкой Международной системы единиц или СИ. [13] Было решено определить в системе СИ единицу поглощенного излучения как энергию, выделяемую на единицу массы, как было определено в рад, но в единицах МКС это было бы Дж / кг. Это было подтверждено в 1975 году 15-м CGPM, и устройство было названо «серым» в честь Луи Гарольда Грея, умершего в 1965 году. Серый цвет был равен 100 рад, единице cgs.

Другое использование [ править ]

Поглощенная доза также используется для управления облучением и измерения воздействия ионизирующего излучения на неодушевленные вещества в ряде областей.

Живучесть компонентов [ править ]

Поглощенная доза используется для оценки живучести таких устройств, как электронные компоненты, в условиях ионизирующего излучения.

Радиационное упрочнение [ править ]

Измерение поглощенной дозы, поглощенной неодушевленным веществом, имеет жизненно важное значение в процессе радиационного упрочнения, который улучшает устойчивость электронных устройств к радиационным воздействиям.

Облучение пищевых продуктов [ править ]

Поглощенная доза - это физическая доза, используемая для обеспечения того, чтобы облученная пища получила правильную дозу для обеспечения эффективности. В зависимости от области применения используются переменные дозы, которые могут достигать 70 кГр.

Величины, связанные с радиацией [ править ]

В следующей таблице показаны величины излучения в единицах СИ и не в системе СИ:

Хотя Комиссия США по ядерному регулированию допускает использование единиц кюри , рад и бэры рядом единиц СИ, [14] в Европейском Союзе европейских единицы измерения директив требуют , чтобы их использование для «общественного здравоохранения ... цели» будет прекращено до 31 декабря 1985 г. [15]

См. Также [ править ]

  • Керма (физика)
  • Средняя железистая доза
  • Категория: Единицы дозы облучения

Заметки [ править ]

  1. ^ Первоначально известный как Международный комитет рентгеновских аппаратов
  2. ^ Принимающая страна назначила председателя на ранних заседаниях ICRU.

Ссылки [ править ]

  1. ^ ICRP 2007 , глоссарий.
  2. ^ «Радиационное воздействие и загрязнение - травмы; отравления - Руководство Merck Professional Edition» . Руководство Merck Professional Edition . Проверено 6 сентября 2017 .
  3. ^ Бутильон, М; Perroche-Roux, AM (1 февраля 1987 г.). «Переоценка значения W для электронов в сухом воздухе» . Физика в медицине и биологии . 32 (2): 213–219. DOI : 10.1088 / 0031-9155 / 32/2/005 . ISSN 0031-9155 . 
  4. ^ МКРЗ 2007 , стр. 1.
  5. ^ "Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г." . Летопись МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2. Проверено 17 мая 2012 года .
  6. ^ В МКРЗ говорится: «В диапазоне низких доз, ниже примерно 100 мЗв, с научной точки зрения правдоподобно предположить, что заболеваемость раком или наследственными эффектами будет расти прямо пропорционально увеличению эквивалентной дозы в соответствующих органах и тканях. " Публикация 103 МКРЗ, параграф 64
  7. ^ МКРЗ 2007 , пункты 104 и 105.
  8. ^ Зигбан, Манн; и другие. (Октябрь 1929 г.). «Рекомендации Международного комитета по рентгеновским аппаратам» (PDF) . Радиология . 13 (4): 372–3. DOI : 10.1148 / 13.4.372 . Проверено 20 мая 2012 .
  9. ^ «О ICRU - История» . Международная комиссия по радиационным единицам и мерам . Проверено 20 мая 2012 .
  10. ^ a b Гилл, JH; Мотефф, Джон (июнь 1960). «Дозиметрия в Европе и СССР» . Документы третьего совещания Тихоокеанского региона - Материалы в ядерных приложениях . Симпозиум по радиационным эффектам и дозиметрии - Третье совещание в Тихоокеанском регионе Американское общество по испытанию материалов, октябрь 1959 г., Сан-Франциско, 12–16 октября 1959 г. Техническая публикация Американского общества. 276 . ASTM International. п. 64. LCCN 60014734 . Проверено 15 мая 2012 . 
  11. Перейти ↑ Lovell, S (1979). «4: Дозиметрические величины и единицы» . Введение в радиационную дозиметрию . Издательство Кембриджского университета. С. 52–64. ISBN 0-521-22436-5. Проверено 15 мая 2012 .
  12. Перейти ↑ Gupta, SV (2009-11-19). «Луи Гарольд Грей» . Единицы измерения: прошлое, настоящее и будущее: Международная система единиц . Springer. п. 144. ISBN 978-3-642-00737-8. Проверено 14 мая 2012 .
  13. ^ «CCU: Консультативный комитет для единиц» . Международное бюро мер и весов (BIPM) . Проверено 18 мая 2012 .
  14. ^ 10 CFR 20.1004 . Комиссия по ядерному регулированию США. 2009 г.
  15. ^ Совет Европейских сообществ (1979-12-21). «Директива Совета 80/181 / EEC от 20 декабря 1979 г. о сближении законов государств-членов, касающихся единиц измерения, и об отмене Директивы 71/354 / EEC» . Проверено 19 мая 2012 года .

Литература [ править ]

  • МКРЗ (2007). «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.» . Летопись МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). ISBN 978-0-7020-3048-2. Проверено 17 мая 2012 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Конкретные константы дозы гамма-излучения для нуклидов, важных для дозиметрии и радиологической оценки , Лори М. Унгер и Д.К. Trubey, Национальная лаборатория Ок-Ридж, май 1982 г. - содержит константы дозы гамма-излучения (в тканях) приблизительно для 500 радионуклидов.