Дозиметрија

Дозиметрија — мерење на доза впиена од јонизирачкото зрачење, поимот е повеќе познат како научна под-специјалност во полињата на здравствената физика и медицинската физика, каде дозиметрија претставува пресметка и проценка на дозата на зрачењето добиена од човековото тело.

Внатрешната дозиметрија, која се должи на внесување и вдишување на радиоактивни материјали, се потпира на неколку физиолошки техники и техники на снимање. Надворешната дозиметрија, која се должи на зрачење од надворешни извори, е заснована на пресметки со дозиметар, или изведена од други инструменти со радиолошка заштита.

Дозиметријата се употребува за заштита од зрачење и е рутински применета од професионални работници со зрачење, каде зрачењето се очекува, но одредените дози не треба да бидат надминати. Исто така се употребува и каде што зрачењето не се очекува, како и кај последиците од јадрените катастрофи во  Три Милји, Чернобил или Фукушима од кои се ослободени големи количества на зрачење, каде што јавното зрачење е измерено и пресметано од разни показатели како на пример амбиенталните мерења на зрачењето и радиоактивното загадување.

Други значајни области се медицинската дозиметрија, каде што секоја доза впиена при терапијата и секоја доза на колатерално впивање се набљудува, и дозимертија на животната средина, како што е следењето на присуството на радон во градбите.

Мерење на дозата на зрачење

Надворешна доза

Има неколку начини да се измери впиената доза од јонизирачото зрачење. Луѓе со професионален контакт со радиоактивните супстанци или оние коишто се изложени на зрачење, рутински користат персонални дозиметари. Тие се специјално дизајнирани да ги снимаат и да ги прикажуваат впиените дози. Традиционално тоа биле беџови коишто користат фотографски филм, кои хемиски ќе се разложи за да ја покаже примената доза. Филмските беџови се денес заменети со други уреди како  што е ТЛД беџот кој користи термолуминисцентна дозиметрија или оптичко стимулирана луминисценција (ОСЛ) беџови.

Неколку електронски уреди познати како електронски персонални дозиметри (ЕПД) се во општа употреба поради употреба на  полупроводници и процесорска технологија која може да се програмира за отчитување на примената доза. И овие се носат како беџови, но се способни брзо да ја покажат  стапката на дозата и да дадат визуелен и звучен аларм ако стапката на дозата е надмината. Добар дел од информациите се веднаш достапни до носителите на снимените дози и ја покажуваат тековната брзина на дозата преку екранот. Тие може да се користат како главни самостојни дозиметри, или како додатоци на пример на ТЛД значката. Овие уреди се особено корисни за следење на реалното време на дозата каде што се очекува висока брзина на дозата која 
ќе ја лимитира изложеноста на носителот.

Во ICRP се наведува дека ако личниот дозиметар се носи на телото така што е насочен кон изложеноста, земајќуи предвид дека станува за целотелесна изложеност, вредноста на амбиенталниот дозен еквивалент Н (10) е доволен за да се обезбеди делотворна вредност на дозата погодна за радиолошка заштита.ICRP pub 103 para 138

Во одредени околности, дозата може да се изведе од исчитувањата добиени со неподвижни мерни инструменти присутни во областа во која лицето работи. Ова најчесто би се користело само ако на него не му е доделен личен дозиметар, или доколку личниот дозиметар е оштетен или изгубен. Вака добиените резултати се неверодостојни и не ја отсликуваат вистинската примена доза.

Внатрешна доза

Внатрешната дозиметрија се користи за да се измери дозата добиена при примањето на радионуклеиди во човечкото тело.

Медицинска дозиметрија

Медицинската дозиметрија се занимава со пресметката на впиената доза и оптимизација на дозата во радиотерапијата. Често се изведува од страна на професионален  медицински дозиметричар со специјализирана обука во оваа област. Со цел да се планира доставата во терапијата со зрачење, зрачењата произведени од страна на изворите обично се одликуваат со процентна длабочина на дозата и профилот на дозата, и се мери од страна на медицински физичари.
Во терапијата со зрачење, три-димензионалните распределби на дозата честопати се оценуваат со користење на техника на дозиметријата позната како гел дозиметрија.C Baldock, Y De Deene, S Doran, G Ibbott, A Jirasek, M Lepage, KB McAuley, M Oldham, LJ Schreiner 2010. Polymer gel dosimetry. Physics in Medicine and Biology 55 (5) R1

Дозиметрија на животната средина
Дозиметријата на животната средина се користи таму каде што е веројатно дека ќе се создаде значителна доза на зрачење. Еден пример за ова е следењето на присуството на радон. Радонот е радиоактивен гас, создаден при распаѓањето на ураниумот, кој е присутен во различни количини во Земјината кора. Одредени географски области, поради основната геологија, постојано создаваат радон кој се распостранува искачувајќи се кон површината на Земјата. Во некои случаи, дозата може да биде значајна во  градбите каде овој гас се насобира во опасни количини. Поради безбедносни причини се користат определен број на специјализирани техники со што може да се определи дозата што станарите во таа градба би можеле да ја добијат.

Мерења на дозата

мини|400п|Дозни количества изразени во СИ-единици за надворешна заштита од јонизирачки зрачења.

За да се овозможи разгледување на стохастичкиот ризик за здравјето, се вршат пресметки за да се определи физичката големина на впиената доза во еквивалентни и ефективни дози, чии детали зависат од типот на зрачење и биолошкиот контекст. За примени во заштитата од јонизирачките зрачења и проценката на дозите според Меѓународниот комитет за заштита од зрачење (ICRP) и Меѓународна комисија за радијациони единици и мерења (ICRU) се објавени препораки и податоци што се користат за да се пресметаат дозите.

Постојат неколку различни пресметки на дозата од јонизирачките зрачења, вклучувајќи ја впиената доза (D) која се мери  во грејови (Gy), еквивалентната доза (H) измерена во сиеверти (Sv), делотворната доза (E) (исто така измерена во сиеверти) и керма (K) измерена во грејови и дозниот површински производ (DAP) и дозниот дожински производ (DLP). Секое мерење едноставно може да се смета за  ‘доза’, па така може да дојде до забуна. Не-SI единиците сè уште се користат, особено во САД, каде што дозата е претставена во ради и еквивалентот на дозата во реми.  По дефиниција, 1 Gy = 100 rad и 1 Sv = 100 rem.

Природното позадинско зрачење е впиената доза (D), која што е дефинирана како основната енергија која е доведена од јонизирачкото зрачење (dE) при единица маса (dm) на материјалот низ кој минува (D = dE/dm)International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU).Options for Characterizing Energy Deposition. Journal of the ICRU Vol 11 No 2 (2011) Report 86 SI единицата за впиената доза е греј (Gy) дефинирана како џул на килограм. Впиената доза, како точкесто мерење, е соодветно за да се опишат изложеностите на месните (т.е. одделните органи) како што е дозата врз тумор во радиотерапијата.Може да се користи за да се процени стохастичкиот ризик, предвидениот износ и видот на ткивото кое е вклучено. Локалните дијагностички дози се обично во опсег од 0-50 mGy. Со доза од 1 милигреј (mGy) на фотонско зрачење, низ јадрото на секоја клетка поминато е во просек од 1 ослободен електронски пат.Feinendegen LE. The cell dose concept; potential application in radiation protection. 1990 Phys. Med. Biol. 35 597

Еквивалентна доза

Впиената доза потребна за производство на одреден биолошки ефект е различна за различни видови на зрачење, како фотони, неутрони или алфа-честички. Ова се зема предвид при определувањето на еквивалентната доза (H), која е дефинирана како средна доза на органот T со зрачење тип R ( d   T, Р ), помножено со фактор на пондерирање  W R . Ова е со цел да се земе предвид  биолошката ефикасност (RBE) од типот на зрачењето, На пример, за истата впиена доза во Gy, алфа-честичките се 20 пати побиолошки потентни за разлика од рендгенските и гама-зраците. Мерката на 'дозен еквивалент' не е органскиот просек, кој се користи само за „оперативни количини“. Еквивалентна доза е наменета за проценка на ризиците од зрачењето при стохастичките изложености. Стохастички ефектот е дефиниран за проценка на дозата на зрачењето како  веројатност  на индукција на ракот и генетските оштетувања.Во ICRP се вели "со мала доза, под околу 100 mSv, научно е веродостојно да се претпостави дека инциденцата на рак или наследни ефекти ќе се зголеми во директен сооднос со зголемување на еквивалентна доза во релевантните органи и ткива "објавувено во ICRP 103 став 64

Како што дозата е распределена упросечна низ целиот орган, еквивалентна доза ретко е подобна за испитување на акутните зрачења или дозата потребна за туморот кај радиотерапијата. Во случај на проценка на стохастичките ефекти, претпоставувајќи го линиско квадратниот модел, упросечувањето не би требало да направи разлика, бидејќи вкупната оддадена енергија останува иста.

+Фактори за радијациско пондерирање WR (како што порано се нарекувало Q фактор) употребен за да се претстави релативната биолошка ефикасност според ICRP извештај 103 Зрачење  Енергија  WR (поранешно Q) рендгенски зраци, гама-зраци,бета-зраци, миони    1неутрони  < 1 MeV          2.5 + 18.2·e-[ln(E)]²/6 1 MeV - 50 MeV   5.0 + 17.0·e-[ln(2·E)]²/6 > 50 MeV   2.5 + 3.25·e-[ln(0.04·E)]²/6 протони, наелектризирани пиони             2 алфа-зраци,производи на јадрен распад,тешки јадра     20

Делотворна доза

Делотворната доза е централното дозно количество за заштита од јонизирачките зрачења и се користи за одредување на границите на изложеност, за да се осигура дека појавата на стохастички здравствени ефекти е под граничните вредности и за да се избегнат последиците врз ткивата.ICRP publication 103, paragraph 112

Тешко е да се спореди стохастичкиот ризик од локализираната изложеност на различни делови од телото (на пример, рендгенското зрачење на градите во однос на CТ слика на главата), или да се споредат изложеностите од истиот дел од телото, но со различни шеми на изложеност (на пример, срцева CТ слика, со срцева јадрено медицинска слика). Еден начин да се избегне овој проблем  е едноставно да се упросечи локализираната доза низ целото тело. Проблемот на овој пристап е дека стохастичкиот ризик од создавање на рак се разликува од едно до друго ткиво.

Делотворната доза  Е , е осмислена така што ја зема предвид оваа промена со примена на специфични фактори на маса за секое ткиво (WT). Делотворната доза ја претставува еквивалената целотелесна доза која има ист ризик како и локализираните изложености. Може да се  дефинира како збир на еквивалентни дози на секој орган  (HT), помножена со својот соодветен фактор на масата за тоа ткиво (WT).

Ткивните фактори на масата се пресметуваат од страна на Меѓународната комисија за радиолошка заштита (ICRP), врз основа на ризикот за настанување на рак за секој орган и приспособени за смртноста од секој вид на рак поединечно, квалитетот на животот и изгубените години од животниот век. Органите кои се оддалечени од местото на зрачење ќе добијат помала еквивалентна доза (претежно поради расејувањето) и затоаовој придонес е помал кон делотворната доза, дури и ако коефициентот на факторот за тој орган е висок.

Делотворна доза се користи за проценка на стохастичките ризици за „определено“ лице, што е просечната вредност од вкупното население. Не е погодно да се проценува стохастичкиот ризик на поединечни медицински изложености, и не се користи за да се процени ефектот на акутното зрачење.

+Фактори на пондерирање за различни органиUNSCEAR-2008 Annex A  page 40, table A1, retrieved 2011-7-20Органи Фактори на пондерирање на ткиво ICRP30(I36)1979  ICRP60(I3)1991  ICRP103(I6)2008 Гонади  0.25  0.20  0.08 Црвена коскена срцевина   0.12  0.12  0.12 Дебело црево  -  0.12  0.12 Бели дробови   0.12  0.12  0.12  Желудник  -  0.12  0.12 Гради  0.15  0.05  0.12  Мочен меур  -  0.05  0.04 Џигер  -  0.05  0.04 Хранопровод  -  0.05  0.04 Штитна жлезда  0.03  0.05  0.04 Кожа  -  0.01  0.01 Коскена површина    0.03  0.01  0.01  Плунковни жлезди  -  -  0.01 Мозок  -  -  0.01 Остаток од телото  0.30  0.05  0.12

Доза наспроти извор или сила на полето
Дозата на зрачење се однесува на износот на енергија внесен во материјалот и/или биолошките ефекти на зрачењето, и не треба да се поистоветува со единицата за активноста (Бекерел, Bq) на изворот на зрачење, или силата на полето на зрачење. Во трудот посветен на единицата мерка сиверт има преглед на видовите дози и како тие се пресметуваат. Изложеноста на извор на зрачење ќе даде доза која е зависна од многу фактори, како што се активноста, времетраењето на изложеноста, енергијата на зрачењето, растојанието од изворот и дебелината на заштитата.

Позадинско зрачење
Просекот во светот за позадинската доза за едно човечко битие е околу 3,5 mSv годишно  , пред сè од космичкото зрачење и природните изотопи во Земјината кора. Најголемиот единствен извор на зрачење за пошироката јавност во природата е благородниот гас радон, кој претставува околу 55% од годишната позадинска доза. Се проценува дека радонот е одговорен за 10% од случаите на рак на белите дробови во САД.

Стандарди за баждарење на мерни инструменти
Бидејќи човечкото тело е 70% вода и вкупната густина е блиску до 1 г/см 3 , мерењето на дозата обично се пресметува и калибрира како доза на водата.

Националните лабораториски стандарди, како што се оние на  NPL обезбедија фактори на баждарење за јонизација на комори и други мерни уреди за претворање на отчитувањето на инструментот во впиена доза. Стандардните лаборатории работат со примарен стандард, каде баждарењето се одвива со апсолутна калориметрија, затоплувањето на супстанциите, кога тие ја впиваат енергијата. Корисникот ги праќа своите второстепени стандарди до лабораторија, каде што е изложен на познатата количина на зрачење (изведени од примарниот стандард) и се внесува фактор за да претвори читањето на инструментот за таа доза. Корисникот може потоа да го користи ниговиот второстепен стандард за да се изведат фактори на баждарење за други инструменти што се користат, кои потоа стануваат терцијарно стандардни, или теренски инструменти.

Во  NPL во Велика Британија во употреба е ставен графитен калориметар за апсолутна фотонска дозиметрија. Се користи графит наместо вода поради неговиот специфичен топлински капацитет кој е една шестина од оној на водата, а со тоа зголемувањето на температурата во графитот е 6 пати поголема од износот во водата и мерењата се поточни. Постојат значајни проблеми при изолирањето на графитот во лабораторијата со цел да се измерат мали температурни промени. Смртоносна доза на зрачење на човечко е околу 10-20 Gy. Ова е 10-20 џули по килограм. А 1 м3  парче графит со тежина 2 грама би апсорбирало околу 20-40 mJ. Со специфичен топлински капацитет од околу 700 J · Kg  -1  · К  -1 , ова е еднакво на порастот на температурита за само 20 mK.

Дозиметрите во радиотерапијата (линиски забрзувач на честички во надворешната зрачна терапија) рутински се калибрира со користење на јонизациска комора Hill R, Mo Z, Haque M, Baldock C, 2009. An evaluation of ionization chambers for the relative dosimetry of kilovoltage x-ray beams. Medical Physics. 36 3971-3981. или технологија на диоди или гел дозиметри.Baldock C, De Deene Y, Doran S, Ibbott G, Jirasek A, Lepage M, McAuley KB, Oldham M, Schreiner LJ, 2010. Polymer gel dosimetry. Phys. Med. Biol. 55 R1–R63.

Количини поврзани со зрачење
Следната табела покажува количини на зрачење на SI и не-SI единици.
КоличинаИмеСимболЕдиницаГодинаСистемИзложеност (X)рендгенResu / 0.001293 g воздух1928не-SIВпиена доза (D) erg·g−11950не-SIрадrad100 erg·g−11953не-SIгрејGyJ·kg−11974SIАктивност (A)кириc3.7 × 1010 s−11953не-SIбекерелBqs−11974SIЕквивалентна доза (H)рендгенски еквивалентrem100 erg·g−11971не-SIсивертSvJ·kg−11977SIФлуенца (Φ) (реципрочна област)cm−2 или m−21962SI (m−2)
Иако Комисијата на САД за јадрена регулатива дозволува употреба на единиците кири, ради и реми заедно со SI единици, Европската унија и европските директиви за единици и мерки целосно ги исфрлиле од употреба во „јавноздравствени цели“  на 31 декември 1985 година.

Следење на изложеноста на зрачење
Следењето на резултатите од дозиметријата обично се чуваат определен период, во зависност од законските барања на државите во кои тие се користат.

Следењето на медицинската изложеностпна зрачење е начин на собирање на дозни информации од радиолошката опрема и користење на податоците за да помогнат да се препознаат можностите за да се намалат непотребните дози во медицинската употреба.

Поврзано
 Дозиметар
 Здравствена физика
 Здравствени еекти на радонот

 Наводи 

Надворешни врски
 Eurados  - The European radiation dosimetry group
 Nucleonica Wiki on Dosimetry & Shielding 
 Nucleonica website
 The Karlsruhe Nuclide Chart 
   - "The confusing world of radiation dosimetry" - M.A. Boyd, U.S. Environmental Protection Agency. An account of chronological differences between USA and ICRP dosimetry systems.
 Tim Stephens and Keith Pantridge, 'Dosimetry, Personal Monitoring Film' (a short article on Dosimetry from the point of view of its relation to photography, in Philosophy of Photography, volume 2, number 2, 2011, pp. 153–158.)

Категорија:Радиобиологија
Категорија:Радиотерапија
Категорија:Јадрена физика
Категорија:Медицинска физика