Разработка методов и средств воспроизведения поглощенной дозы в воде рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 15 до 250 кэВ

• Автор: Берлянд, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Менделеево
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление

Введение
Глава 1. Анализ методов определения поглощенной дозы
рентгеновского излучения в воде
Глава 2. Воспроизведение единицы поглощенной дозы в графите
Глава 3. Воспроизведение единицы поглощенной дозы в графите с помощью экстраполяционной ионизационной камеры
Глава 4. Разработка методов и средств перехода от поглощенной
дозы в графите к поглощенной дозе в воде
Глава 5. Перспективы развития
Заключение
Библиография
Приложение

Введение
Ионизирующее излучение, в том числе гамма-излучение радионуклидов, рентгеновское излучение, электронное и тормозное излучение ускорителей, нейтронное и протонное излучение широко применяются в различных сферах деятельности человека: в медицине для целей лучевой терапии и диагностики, в радиационной технологии, ядерной энергетике, научных исследованиях и т.п. Основными величинами, наиболее полно характеризующими степень воздействия всех видов ионизирующих излучений на объекты, являются поглощенная доза и величины, связанные с ней. Дозиметрические измерения в зависимости от сферы применения можно разделить следующим образом: измерения для целей контроля радиационной безопасности, измерения в области радиационных технологий и клиническая дозиметрия при лучевой терапии.
Поглощенная доза ионизирующего излучения Б - отношение средней энергии с1Е, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

Фп <»
Единица измерения поглощенной дозы - грей (Гр).
Система обеспечения единства измерений поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы фотонного и электронного излучений устанавливает допустимые пределы погрешности рабочих средств измерений (дозиметров) следующим образом: дозиметры контроля радиационной безопасности - имеют погрешность 15-30 %. Дозиметры, используемые в радиационной технологии, имеют погрешность 10-15 %. В лучевой терапии должны использоваться дозиметры с погрешностью не более 2-3 %. Это накладывает очень высокие требования к системе обеспечения единства измерений поглощенной дозы.
Таким образом, наивысшая точность дозиметрических измерений необходима для целей лучевой терапии. - ! ’ ' }
Лучевая терапия применяется для лечения онкологических заболеваний. Для того чтобы лечение прошло успешно, доза полученная пациентом, не должна отличаться от заданной более чем на 5 % [7, 17, 19, 27]. Если величина дозы, полученная пациентом, будет меньше необходимой, то часть злокачественных клеток не будет уничтожена. Если же доза, полученная пациентом, будет превышать заданную величину, то ионизирующее излучение нанесет вред здоровым тканям, тем самым усугубив состояние больного [78]. Зависимости вероятностей выживания здоровых клеток и уничтожения злокачественных при лучевой терапии от дозы облучения приведены на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимости вероятностей выживания здоровых клеток и уничтожения злокачественных от дозы облучения
Погрешность в 5 % включает в себя методическую составляющую, которая отвечает за точность позиционирования пациента и точность определения поглощенной дозы. Эта составляющая оценивается на уровне 3 %.
Основная задача в клинической дозиметрии - определение поглощенной дозы в воде. Выбор воды в качестве стандартного материала обусловлен тем, что ее радиационные свойства, характеризующиеся коэффициентами поглощения, рассеяния, тормозной способности и т.п. близки к таковым для биологической ткани в широком диапазоне энергий фотонного и электронного излучений; состав воды строго постоянен, ее легко получить везде в чистом виде; в литературе
поглотителя вводится понятие эффективной массы. Она определяется из соотношения:
где тгр - масса графитовой таблетки, образующей поглотитель, г;
ті - масса і-го материала, входящего как примесь в состав поглотителя (это термистор, подводящие провода, клей, изолятор), г;
(Меп,щ)і /(Цеп,п)гр ~ отношение массовых коэффициентов поглощения энергии І-го материала и графита, усредненных по действующему спектру фотонного излучения.
За счет резкого изменения формы кривых зависимости цеп(Е) по мере уменьшения энергии рентгеновсого излучения отношение массовых коэффициентов поглощения энергии, входящие в выражение (2.5) принимает сложный вид. Спектр рентгеновского излучения непрерывен и в нем присутсвуют линии всех энергий от нуля до максимального значения, обусловленного напряжением на трубке рентгеновского аппарата. Для высоких энергий фотонного излучения (более 150-200 кэВ) изменения отношения массовых коэффициентов поглощения энергии могут быть незначительными в широком диапазоне энергий. В связи с этим при расчете эффективной массы поглотителя можно использовать отношение массовых коэффициентов для одного значения энергии. В случае же с рентгеновским излучением низких энергий, такой подход приведет к появления большой составляющей погрешности определения поглощенной дозы. Чтобы избежать этого был разработан метод усреднения отношений коэффициентов по действующему спектру фотонного излучения. Для реализации данного решения был разработан метод определения реального спетра рентгеновского излучения. Его суть изложена в п. 4.2 главы 4.
М ,=т +Ут эф гр ^
(2.5)