ИЗМЕРЕНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
539.1.074:539.122:614.73
О возможности измерения эффективной дозы внешнего облучения и вопросы применения
операционных величин
Ю. Г. КОСТЫЛЕВА, И. П. МЫСЕВ
Научно-инженерный центр «СНИИП», e-mail: dep24@sniip.ru
Показано, что эффективную дозу внешнего облучения как физическую величину можно измерять косвенным методом, основанным на прямых измерениях воздушной кермы фотонов, флюенса нейтронов или электронов и применении расчетных коэффициентов перехода для известных условий облучения. Таким же методом измеряют операционные величины.
Ключевые слова: нормируемые и операционные величины, косвенные измерения.
It is proposed to measure the effective dose of external radiation as a physical quantity by an indirect method based on direct measurements of air kerma of photons, fluence of neutrons or electrons with subsequent application of calculated conversion factors for given conditions of radiation. The same method is applied for measuring operational quantities.
Key words: protection and operational quantities, indirect measurements.
Эффективная доза, введенная МКРЗ в 1991 г. [1], содержалась в качестве одной из нормируемых величин в НРБ-99 [2], а в качестве физической — в [3, с. 178; 4, с. 17]. О возможности косвенных измерений эффективной дозы впервые сообщали еще в публикации МКРЗ 1995 г. [5, с. 5]: «эффективная доза и эквивалентные дозы в тканях и органах не могут быть измерены прямым методом, но могут быть вычислены для известных условий облучения», т. е. измерены косвенным методом, или там же: «нормируемые величины не измеряемы прямым методом, но могут быть связаны путем вычислений с радиационным полем, в котором происходит облучение» [5, с. 2] (термин «вычисление» пояснен ниже).
С учетом приложения 2 в [5] следует полагать, что в случае фотонного излучения косвенные измерения нормируемых величин, включая эффективную дозу, основаны на прямых измерениях воздушной кермы Ka в свободном воздухе и на коэффициентах перехода к ним, приведенных для пяти-шести геометрий облучения всего тела1. В [2, с. 35—40] такие же косвенные измерения основаны на аналогичных коэффициентах перехода, но уже от флюенса фотонов F g (значительно менее удобного с точки зрения табулирования и применения величин, измеряемых на практике) и для "двух наиболее вероятных геометрий облучения", в число которых, правда, не вошла геометрия ROT. В случаях нейтронного и электронного излучений в [2, 4] применяют прямые измерения флюенса нейтронов F n и электронов F e.
1 Обозначения геометрий облучения (полей излучения) [5]: АР —
передне-задняя, РА — задне-передняя, LAT — боковая, RLAT — боковая справа налево, LLAT — боковая слева направо, ROT — вращения вокруг вертикальной оси (изотропное в азимутальном угле 2p), ISO — вращения вокруг точки (изотропное в телесном угле 4p). Далее используют именно эти обозначения, относя их для простоты только к геометриям облучения.
Между тем до настоящего времени общепринятой (за весьма редким исключением) точкой зрения в отечественных публикациях и метрологической практике является положение о принципиальной неизмеряемости эффективной дозы внешнего излучения, представляющей собой только так называемую «расчетную величину». Даже в методических указаниях [6, 7], посвященных косвенным измерениям эффективной дозы в поле рентгеновского излучения на основе прямых измерений поглощенной в воздухе (экспозиционной) дозы и рассчитанных коэффициентов перехода для конкретных условий облучения, указывали, что «она не может быть непосредственно измерена и требует проведения сложных расчетов». В лучшем случае отмечали, что ее «как правило... непосредственно измерить невозможно» [8, с. 13; 3, с. 185]. В [2, п. 7.3] установили, что «переход от измеряемых величин внешнего излучения к нормируемым определяется специальными методическими указаниями», т. е. во всех случаях измеряемые и нормируемые величины являются различными. Отмеченную выше трактовку эффективной дозы как неизмеряемой величины несколько подкрепляло, на первый взгляд, указание области ее применения только как «меры риска» (вероятности) последствий облучения [3, с. 181]. Там же упоминали о вычислении эффективной дозы. Ранее в [2] установили эту область также как меру риска, приравняв ее сумме произведений эквивалентных доз НТ в органах и тканях на взвешивающие коэффициенты WТ, представляющей уравнение измерений. Естественно, только такое уравнение содержалось в [5, с. IX]. В [9] предлагали для включения в проект закона определять эффективную дозу только через словесное описание уравнения измерений в более общем виде, а в [1] рассматриваемые сведения располагали в следующем порядке: вначале — уравнение измерений [1, с. 6, 7], затем — коэффициенты пожизненного риска на единичную эффективную дозу
Hi HeV([Hi]Ka)
-
" (10) / / ^ 0
о,ь /ТС
- \fB\r А 1 ¡1 1 1 / и 1
0,01-
11 III 1 1 1 1 11 III 1 1 1 1 11 III 1 1 1 1 1 III
НДНе]/([Нг-]Фе
0,01
0,1
ю
Еу, МэВ
Рис. 1. Коэффициенты перехода в геометрии АР для фотонов с энергией Ед от воздушной кермы Ка к нормируемым /-м дозам Н(. с учетом их дозовых пределов [Н(]: эффективной Не, в хрусталиках глаз Н1 и в коже Н5 (жирная и пунктирные линии); коэффициенты перехода к эквиваленту Н*(10) амбиентной дозы (тонкая линия) и к «нормируемой» дозе (огибающая АВСD)
и на один стохастический эффект [1, с.22]. Отсюда следует, что точность этих коэффициентов, в принципе, меньше, чем эффективной дозы, и по этой причине последняя величина должна быть исходной по отношению к риску.
Упомянутое выше положение относительно эффективной дозы вызывало обоснованные возражения (см, например [10]) против возможности применения неизмеряемой величины в практике нормирования облучения. Очевидно, что руководствуясь [2, п. 2.5], эффективную дозу используют и для установления риска возникновения стохастических эффектов при анализе, например, проектных решений (принципы обоснования и оптимизации). Однако в подавляющем большинстве случаев ее значения являются результатом дозиметрического контроля (принцип нормирования), когда понятие риска непосредственно не используют.
Ранее возможность измерения нормируемых величин оценивали в МКРЕ гораздо более негативно: положение о «по существу не измеряемых» (essentially unmeasurable) нормируемых величинах относилось, в частности, к применявшемуся тогда эквиваленту эффективной дозы НЕ2 [11, 12]. При этом, вероятно, исходили из понятия «метод измерений по определению», явно недооценивая метод косвенных измерений. Доза НЕ, предшествовавшая эффективной Не и представлявшая до некоторой степени ее аналог, от-
2 Обозначение этой величины, содержащее Н как символ эквивалента или эквивалентной дозы, представляется во многом более удачным, чем обозначение эффективной дозы через Е, традиционно закрепленное в физике за энергией и в таком качестве довольно перегруженное. Первоначально ее называли «эквивалентом эффективной дозы» как и величину НЕ и только затем для краткости переименовали в «эффективную дозу» [1, с. 7]. Обозначение Не применяли в одном из проектов стандарта МЭК, в методике радиационного контроля [13] и некоторых отечественных публикациях.
0,1-
0,01-
0,001-
/н*(Щ
a
Hs Hi / »уГ //^
I/
А
0,1
10
Ее, МэВ
Рис. 2. То же, что на рис. 1, для электронов с энергией Ее
личалась меньшим количеством учитываемых органов, другими значениями WT и применением коэффициентов качества Q вместо радиационных взвешивающих факторов WR. В числе других физических величин доза НЕ в отечественной метрологии считалась измеряемой [14, с. 35].
Однако позднее в отчете МКРЕ в [15, с. 1] только отмечали, что «вычисления величины непрактичны и не являются необходимыми для большинства работающих с излучением». При этом в значительно меньшем объеме, чем в [5], приводили графики зависимости коэффициентов перехода НЕ / Fg от энергии Ед фотонов в диапазоне 10 кэВ — 10 МэВ и аналогичных коэффициентов для различных геометрий облучения всего тела, хрусталиков глаз, кожи и других органов. Часто изображали также кривую Н*(10)^д для эквивалента амбиентной дозы Н* (10), но его существенное превышение над HE при Eg< 100 кэВ отдельно не отмечали. Еще приводили графики для нейтронов, а также электронов в геометрии АР. Несмотря на очевидную аналогию коэффициентов, содержащихся в [5] и [14], выводы в отношении Не и НЕ оказались совершенно различными.
В 1985 г. в [11] для оценки нормируемых величин предложили применять так называемые «операционные» величины (в отечественной литературе этот термин неудачно заимствовали без перевода с английского — operational), а в [15] указали их желательные свойства и установили девять величин [16]3.
3 Как известно, эти величины являются эквивалентами доз: амбиентной Н*(С), направленной Н'(ё, а) и индивидуальной Нр(с/, а), где а — угол между направлением падения мононаправленного, равномерного в пределах фантомов излучения и радиусом R = 15 см, проходящим через точку измерения, шара из тканеэквивалентно-го вещества (для групповых дозиметров) или нормалью к середине поверхности параллелепипеда 30x30x15 см из тканеэквива-лентного вещества (для индивидуальных дозиметров). Точка измерения находится на глубине С от поверхности. Эквивалент дозы в ней является оценкой доз Не (с/ = 10 мм), Н; (С = 3 мм) и Н5(с/ = 0,07 мм). По определению Н*(С) ° Н' (С, 0°) или Н' (С) при изотропной чувствительности дозиметра. В общем случае произвольного направления флюенса вместо а применяют обозначение W. Были предложены также поглощенные дозы D с аналогичными определениями и обозначениями.
Основываясь во многом на отчетах МКРЕ и публикации [5], рассмотрим отдельные вопросы применения этих величин, влияющие при радиационном контроле на требуемые характеристики приборов, и связь операционных величин с эффективной дозой. Последнюю полагаем измеряемой косвенным методом при известных условиях облучения. Здесь удобно рассматривать соотношения между нормируемыми и операционными величинами, используя коэффициенты перехода к ним от кермы и флюенса. По аналогии с [17] бу
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.