Приложение 2. Особенности дозиметрии импульсного излучения

Приложение 2

Особенности дозиметрии импульсного излучения

П.2.1. Актуальность дозиметрии импульсного излучения электронными дозиметрами порождается двумя факторами:

1. Все поля излучения, создаваемые импульсными реакторами, критическими сборками, рентгеновскими аппаратами и ускорителями, являются полями импульсного излучения.

2. Все более широким использованием электронных дозиметров. Электронные дозиметры, как индивидуальные, так и инспекционные, используемые для дозиметрии рабочих мест, имеют преимущества перед дозиметрами накопительного типа. Преимущества электронных дозиметров заключаются в прямом чтении показаний и наличии аварийных сигнализаций при превышении установленных порогов по дозе и мощности дозы. Электронные дозиметры в то же время имеют существенные недостатки перед дозиметрами накопительного типа при дозиметрии импульсного излучения, т.к. при сравнительно невысоких средних значениях мощности дозы в полях импульсных излучений значения мощности дозы в импульсах могут существенно превышать измерительные возможности электронных дозиметров.

П.2.2. Для установления особенностей дозиметрии импульсных излучений необходимы определения импульсного и непрерывного излучений. Понятно, что если интенсивность излучения неизменна, то излучение непрерывное, а интенсивность импульсного излучения меняется. Характеристикой интенсивности ионизирующих излучений может служить мощность дозы излучения.

В стандарте Международной электротехнической комиссии (МЭК) 62743, Электронные счетные дозиметры для импульсных полей ионизирующего излучения [1], даны определения типов излучений с использованием величины мощности дозы:

импульсное излучение

применительно к дозиметрии рабочих мест и индивидуальной дозиметрии ионизирующее излучение, при котором в данной точке пространства никогда не будет постоянной мощности дозы в течение интервала времени больше чем 10 с;

непрерывное излучение

применительно к дозиметрии рабочих мест и индивидуальной дозиметрии ионизирующее излучение с постоянной мощностью дозы в данной точке пространства в течение интервала времени больше чем 10 с, если пренебречь временами включения и выключения поля.

Примечания в определениях применительно к дозиметрии рабочих мест и индивидуальной дозиметрии указаны в связи с тем, что интервал времени 10 с взят из требований стандарта по переносным дозиметрам МЭК 60846-1 [2] и стандарта по индивидуальным дозиметрам МЭК 61526 [3] о том, что дозиметры для оперативной дозиметрии должны обнаруживать изменения мощности дозы в течение 10 сек.

П.2.3. Характеристики импульсных полей

Основными характеристиками импульсных излучений являются следующие параметры:

- доза за отдельный импульс на 1 м;

- мощность дозы за импульс на 1 м;

- диапазон энергии частиц;

- длительность импульса;

- частота импульсов.

Параметры источников импульсных излучений из [4] приведены в таблице П2.1.

Таблица П2.1

Тип генератора	Доза в импульсе (на 1 м от ист-ка)	Мощность дозы в импульсе (на 1 м от ист-ка)	Длительность импульса	Частота	Средняя энергия
Рентгеновские аппараты	мЗв	мЗв/сек.	1 мс - 1 с	отдельный импульс - 100 Гц	10-100 кэВ
Ускоритель	мЗв	Зв/сек.	1 мкс	до 400 Гц	1-50 МэВ
Специальные импульсные генераторы	мЗв	Зв/сек.	50 нс	отдельный импульс	10 кэВ - 10 МэВ

Из данных в таблице видно, что значения мощности дозы в единицах зиверт в час не могут характеризовать радиационную обстановку, созданную источниками импульсного излучения с длительностями от десятков наносекунд. Если мощность дозы обусловлена микросекундными импульсами с частотой следования двести импульсов в секунду, то средние значения мощности дозы и значения мощности дозы в импульсах будут различаться в 5000 раз [5].

В таблице П2.2 приведены минимальные и максимальные значения вышеуказанных характеристик импульсных излучений из стандарта МЭК 62743 [1].

Таблица П2.2

Источник	Минимальная длительность импульса	Максимальная мощность дозы в импульсе	Максимальная доза в импульсе
Рентгеновский аппарат С-дуга	5 мс	10 Зв/ч	1 мЗв
Система неразрушающего контроля, использующая линейный ускоритель (LINAC)	3,5 мкс	500 Зв/ч (на расстоянии 1 м)	0,5 мкЗв (на расстоянии 1 м)
Линейный ускоритель (LINAC)	3 мкс	250 000 Зв/ч (на расстоянии 1 м)	20 мЗв (на расстоянии 1 м)

Операционной величиной в дозиметрии внешнего облучения импульсными излучениями является доза облучения. Мощность дозы является производной величиной от дозы облучения и вычисляется делением измеренного значения дозы на время измерения. Мощность дозы используется как характеристика радиационной обстановки только для непрерывных излучений.

В дозиметрии импульсных излучений измеряемой характеристикой радиационной обстановки является доза облучения. В связи с тем, что вышеприведенные источники работают эпизодически, необходимы параметры работы источников, на которые можно нормировать измеренные значения дозы. Параметр работы источника ионизирующего излучения - это характеристика работы источника, к значению которой прямо пропорционально значение дозы излучения.

Параметром работы трубки генератора для рентгеновских аппаратов служит количество электричества (заряд, протекший через трубку аппарата) при выработке определенной дозы облучения. Отношение операционной величины, дозы на определенном расстоянии от излучателя аппарата, к значению количества электричества является величиной, характеризующей радиационные свойства аппарата, и оно постоянно для данного напряжения на трубке конкретного аппарата. Значение данной величины является коэффициентом полезного действия аппарата и в рентгенотехнике называется "радиационным выходом" [6].

Параметром работы для медицинских терапевтических ускорителей служит отношение значения дозы в интересующей нас точке к значению дозы в первичном пучке ускорителя. В связи со сложностями расчетов специалисты Национального совета по радиационной защите США [7-10] экспериментально определили дозовые альбедо для всех типов ускорителей и для многих углов рассеяния первичного пучка, полученные результаты затем подтвердили для всех возможных углов рассеяния первичного пучка.

Отношение операционной величины, дозы в интересующей нас точке, к значению дозы в первичном пучке ускорителя является величиной, характеризующей радиационные свойства ускорителя, и оно постоянно для данного напряжения на трубке конкретного ускорителя. Оценка нормируемой величины (годовой дозы) проводится по рабочей нагрузке: числу пациентов, проходящих лечение на ускорителе в течение года, умноженного на дозу отпускаемой на каждого пациента, равной 2 Гр.

Параметром работы рентгеновского аппарата для неразрушающего контроля служит число импульсов. Доза от аппарата пропорциональна числу импульсов аппарата. При отсутствии импульсов отсутствует и доза. Отношение операционной величины, дозы в интересующей нас точке, к количеству импульсов аппарата при выработке измеренного значения дозы является величиной, характеризующей радиационные свойства аппарата, и оно постоянно для данного напряжения на трубке конкретного аппарата.

Возможны другие типы источников импульсных излучений, в которых доза излучения пропорциональна к другим параметрам источника. Необходимо установление причинно-следственной связи между операционной величиной, дозой излучения и параметром работы источника, которая позволит построить модель перехода от операционной величины к нормируемой величине для дозиметрии импульсного излучения.

Литература

1. IEC/TS 62743, 2012 Radiation protection instrumentation - Electronic counting dosemeters for pulsed fields of ionizing radiation

2. IEC 60846-1, 2009-04, Radiation protection instrumentation - Ambient and/or directional dose equivalent (rate) meters and/or monitors for beta, X and gamma radiation - Part 1: Portable workplace and environmental meters and monitors

3. IEC 61526 ed 3, 2010-07, Radiation protection instrumentation - Measurement of personal dose equivalents and for X, gamma, neutron and beta radiations - Direct reading personal dose equivalent meters

4. U. Ankerhold, O. Hupe and P. Ambrosi, Deficiencies of active electronic radiation protection dosimeters in pulsed fields, Rad.Prot.Dosimetry (2009), Vol. 135, N 3

5. ICRU Report 34, The Dosimetry of pulsed radiation, 1982

6. ICRU Report 74, Patient Dosimetry for X-rays used in Medical Imaging, Journal of the ICRU Vol 5 N 2 (2005)

7. NCRP Report No 49, Structural shielding design and evaluation for medical use of X-rays and gamma rays of energies up to 10 MeV, 3-d reprinting 1998;

8. NCRP Report No 79, Neutron Contamination from Medical Electron Accelerators, 1995;

9. NCRP Report No 151, Structural Shielding Design and Evaluation for Megavoltage X- and Gamma-Ray Radiotherapy, 2005;

10. NCRP Report No 144, Radiation Protection for Particle Accelerator Facilities, 2005.