Dozimetrie

Dozimetria este o ramură a fizicii care se ocupă cu calculul și măsurarea dozei absorbite de materie atunci când este supusă atât radiațiilor ionizante, cât și celor neionizante .

Cantități dosimetrice și de radioprotecție pentru radiații ionizante

Principala cantitate dozimetrică pentru radiațiile ionizante este doza absorbită D , definită ca

$D={\frac {\operatorname {d} E}{\operatorname {d} m}}$ ${\ displaystyle D = {\ frac {\ operatorname {d} E} {\ operatorname {d} m}}}$ ${\ displaystyle D = {\ frac {\ operatorname {d} E} {\ operatorname {d} m}}}$

sau ca cantitate de energie absorbită de unitatea de masă după expunerea la radiații ionizante. Unitatea de măsură pentru doza absorbită în sistemul internațional este gri , cu simbolul Gy.

Cu toate acestea, diferite radiații ionizante pot provoca, pentru aceeași energie, o deteriorare biologică diferită. Eficacitatea biologică relativă (EBR) a unei anumite radiații față de alta luată ca referință este definită ca raportul dintre energia necesară radiației de interes pentru a induce aceeași deteriorare ca radiația de referință, a cărei valoare depinde de LET a radiației. Pornind de la LET, se definește factorul de calitate a radiației Q , cu care se definește doza echivalentă H :

$H=QD$ ${\ displaystyle H = QD}$ ${\ displaystyle H = QD}$ .

Deși au aceleași dimensiuni, semnificația dozei absorbite și a dozei echivalente este profund diferită, deci în sistemul internațional unitatea de măsură a echivalentului dozei este sievertul , cu simbolul Sv. Valorile Q factorii sunt în continuă schimbare în urma dezvoltărilor în cercetarea radiobiologică.

O altă cantitate dozimetrică importantă este kerma K , definită totuși numai prin radiații ionizante indirect. Este definit ca

$K={\frac {\operatorname {d} T_{s}}{\operatorname {d} m}}$ ${\ displaystyle K = {\ frac {\ operatorname {d} T_ {s}} {\ operatorname {d} m}}}$ ${\ displaystyle K = {\ frac {\ operatorname {d} T_ {s}} {\ operatorname {d} m}}}$

unde T _s reprezintă energia cinetică inițială a particulelor încărcate secundar produse de interacțiunea particulelor neutre cu materia. Kerma este măsurat în sistemul internațional în gri. Kerma poate fi descompusă într-o componentă colizională, cuprinzând energia secundarilor care nu sunt cheltuite în fenomene radiative și într-o componentă radiativă, cuprinzând doar aceasta din urmă.

De o natură foarte diferită este expunerea X , definită numai pentru fotonii din aer, cum ar fi

$X={\frac {\operatorname {d} q}{\operatorname {d} m}}$ ${\ displaystyle X = {\ frac {\ operatorname {d} q} {\ operatorname {d} m}}}$ ${\ displaystyle X = {\ frac {\ operatorname {d} q} {\ operatorname {d} m}}}$

unde dq este sarcina ionilor de același semn produși în aer atunci când toți electronii produși de interacțiunea fotonilor sunt total opriți în volumul de aer considerat.

Un interes practic deosebit este posibilitatea de a determina doza absorbită începând de la măsurători kerma și expunerea, deoarece într-o stare de echilibru a particulelor încărcate (CPE) există

$D\ {\stackrel {CPE}{=}}\ K_{col}$ ${\ displaystyle D \ {\ stackrel {CPE} {=}} \ K_ {col}}$ ${\ displaystyle D \ {\ stackrel {CPE} {=}} \ K_ {col}}$

$D^{(aria)}\ {\stackrel {CPE}{=}}\ X\left({\frac {W}{e}}\right)^{(aria)}$ ${\ displaystyle D ^ {(air)} \ {\ stackrel {CPE} {=}} \ X \ left ({\ frac {W} {e}} \ right) ^ {(air)}}$ ${\ displaystyle D ^ {(air)} \ {\ stackrel {CPE} {=}} \ X \ left ({\ frac {W} {e}} \ right) ^ {(air)}}$

unde W / e indică energia medie necesară pentru a forma o pereche de ioni în gazul de vârf.

În domeniul protecției împotriva radiațiilor, sunt definite și doza echivalentă și doza efectivă. Doza echivalentă H _T se obține pornind de la doza absorbită de țesutul sau organul T înmulțind-o cu factorul de pericol $w_{R}$ ${\ displaystyle w_ {R}}$ $w_R$ și adăugând peste toată radiația care furnizează doza:

$H_{T}=\sum _{R}w_{R}\,D_{R,T}$ ${\ displaystyle H_ {T} = \ sum _ {R} w_ {R} \, D_ {R, T}}$ ${\ displaystyle H_ {T} = \ sum _ {R} w_ {R} \, D_ {R, T}}$

în timp ce doza efectivă E se obține începând de la doza echivalentă înmulțind-o cu factorul de sensibilitate $w_{T}$ ${\ displaystyle w_ {T}}$ ${\ displaystyle w_ {T}}$ dintr-o anumită țesătură și adăugarea pe toate țesăturile:

$E=\sum _{T}w_{T}H_{T}=\sum _{T}w_{T}\sum _{R}w_{R}\,D_{R,T}$ ${\ displaystyle E = \ sum _ {T} w_ {T} H_ {T} = \ sum _ {T} w_ {T} \ sum _ {R} w_ {R} \, D_ {R, T}}$ ${\ displaystyle E = \ sum _ {T} w_ {T} H_ {T} = \ sum _ {T} w_ {T} \ sum _ {R} w_ {R} \, D_ {R, T}}$

Doza echivalentă și doza eficientă sunt, de asemenea, măsurate în sieverte. Trebuie remarcat faptul că, la fel ca Q , W _R și W _T sunt, de asemenea, supuse variațiilor în funcție de noile descoperiri în radiobiologie. Deoarece măsurarea dozei echivalente și a dozei eficiente este foarte dificilă, în domeniul radioprotecției suntem mulțumiți de valorile estimate începând de la măsurarea activității radionuclizilor și a cantităților dozimetrice operaționale :

Echivalentul dozei de mediu H * (d) este definit ca echivalentul dozei corespunzător unui câmp aliniat și extins la adâncimea d a unei sfere ICRU, în direcția opusă celei a câmpului aliniat, unde un câmp aliniat extins este un câmp uniform în cadrul volumului de interes cu aceeași fluență și distribuție a energiei ca și câmpul real la punctul de interes și prin sferă ICRU ne referim la o sferă specială cu un diametru de 30 cm compusă din material echivalent țesut. Această cantitate, în intervalele de energie de interes în protecția împotriva radiațiilor, oferă o supraestimare a dozei eficiente, fiind astfel foarte utilă în scopuri protecționiste.

Echivalentul dozei direcționale H '(d, θ) este definit ca doza echivalentă corespunzătoare unui câmp extins la adâncimea d a unei sfere ICRU, pe o rază corespunzătoare direcției θ față de direcția de referință, unde pentru câmpul extins înseamnă un câmp din volumul de interes cu aceeași fluență, distribuție unghiulară și distribuție a energiei ca câmpul real la punctul de interes.

Cantitățile H * (d) și H '(d, θ) se referă la radiații puternic și slab penetrante, pentru care în cele două cazuri sunt valabile d = 10mm și d = 3mm sau d = 0,07mm respectiv și sunt utilizate în monitorizarea zonei.

În monitorizarea individuală, se folosește doza echivalentă personală _Hp (d) , definită ca doza echivalentă în țesutul muscular uman la un punct la adâncimea d sub punctul particular al suprafeței corporale dorite. În funcție de tipul de radiație (puternic sau slab penetrant) distanța d luată în considerare este aceeași cu cantitățile utilizate în monitorizarea zonei.

Cantități dosimetrice pentru radiații neionizante

Cantitățile dozimetrice utilizate pentru măsurarea efectului câmpurilor electromagnetice asupra oamenilor sunt alese pe baza cunoștințelor care rezultă din studiile efectuate asupra răspunsului materiei biologice, al oamenilor și al animalelor la aplicarea întregii game de frecvențe aparținând radiațiilor. neionizant. Intervalele de frecvență în care se utilizează aceste cantități se suprapun parțial, deoarece efectele descrise mai sus se suprapun.

De exemplu până la 100 kHz, tocmai pentru că țesuturile pot fi considerate bune conductoare, câmpul nu pătrunde adânc, ci generează curenți induși în interiorul corpului de o intensitate proporțională cu frecvența și amplitudinea câmpului electric. Pe de altă parte, de la 10 MHz, efectul principal este acela de a converti energia electromagnetică în căldură. Prin urmare, este clar că în primul interval va fi necesar să se măsoare densitatea de curent produsă, în al doilea efectele termice și în zona intermediară va fi necesar să se monitorizeze ambele cantități, deoarece ambele efecte apar într-o măsură mai mică.

Este folosit:

inducție magnetică B [T] pentru câmpuri magnetice statice și pentru intensitatea curentului în raport cu câmpurile care variază în timp până la 1 Hz;
Densitatea de curent J [A / m ² ] pentru frecvențe de la 0 la 10 MHz.
curentul I [A] în intervalul de la 0 la 110 MHz;
SAR, rata de absorbție specifică, [W / kg] în intervalul cuprins între 100 kHz și 10 GHz;
absorbția specifică de energie , SA [J / kg] pentru câmpuri electromagnetice pulsate în intervalul de frecvență între 300 MHz și 10 GHz;
densitatea puterii S [W / m ² ] pentru frecvențele de la 10 la 300 GHz.

Este important de reținut că absorbția energiei, în cazul expunerii la radiofrecvențe și la microunde, este considerată un fenomen necumulativ, diferențându-l astfel radical de absorbția energiei în cazul radiațiilor ionizante.

Instrumente de măsurare

Radiații neionizante

În contextul radiațiilor neionizante, termenii improprii „dosimetru” și „dozimetrie” sunt de fapt acceptați; măsurarea expunerii se bazează, de fapt, pe detectarea probelor de măsurare într-o anumită perioadă de timp și nu pe cantitatea totală (sau doza) absorbită de țesuturi în acea perioadă.

Instrumentele necesare pentru monitorizarea persoanei constau în instrumente de măsurare portabile (alimentate cu baterii), care efectuează eșantionarea intensităților câmpului la intervale stabilite, stocând valorile măsurate în unități de memorie nevolatile. În prezent, dispozitivele de monitorizare sunt produse numai pentru controlul continuu al câmpului magnetic static în rezonanță magnetică, nu există dispozitive pentru monitorizarea radiației electromagnetice.

Radiații ionizante

Există diferite sisteme pentru dozimetria radiațiilor ionizante, acestea diferă în sisteme absolute și sisteme relative și în funcție de dacă acestea trebuie utilizate pentru dozimetrie umană (sau de mediu) sau pentru controlul calității mașinilor care emit radiații (de exemplu , acceleratorul de particule pentru radioterapie).

Instrumentele care se numesc absolute sunt capabile să ofere o măsură a dozei absolute, în timp ce dozimetrele relative dau o măsură a dozei numai dacă sunt calibrate corespunzător cu un dozimetru absolut. Dintre instrumentele pentru dozimetria absolută găsim camera de ionizare și dozimetrul Fricke , printre instrumentele pentru dozimetria relativă găsim dozimetrele gafromice, sistemele de termoluminiscență , instrumentele cu diode și dozimetrele din fibră optică .

Protecție împotriva radiațiilor ionizante

Dozimetru RMN

Protecția împotriva radiațiilor este o disciplină care folosește cunoștințele obținute din diferite științe, cum ar fi fizica, medicina și biologia. Scopul său este de a proteja oamenii și mediul înconjurător de pericolele radiațiilor. În special, pentru lucrătorii expuși, se dorește eliminarea completă a apariției efectelor deterministe și reducerea efectelor stochastice pe cât posibil.

Se bazează pe cele trei principii:

Justificare: Beneficiul colectiv al expunerii trebuie să depășească prejudiciul pentru sănătate rezultat.
Optimizare: expunerea trebuie menținută, în limita posibilităților economice și sociale, cât mai redusă posibil.
Limitare: Doza primită de lucrători și public nu trebuie să depășească limitele stabilite de lege. Aceste limite sunt diferite pentru lucrători și populație. Acest principiu nu se aplică în mod evident expunerilor în scopuri medicale.

Profesioniștii care se ocupă de radioprotecție sunt, în Italia, expertul calificat în protecția împotriva radiațiilor și medicul responsabil (pentru lucrători și public) și expertul în fizică medicală (pentru pacienți).

Bibliografie

RF Laitano, Fundamentele dozimetriei radiațiilor ionizante , 2013, ENEA

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține dicționarul lemă « dosimetrie »

Controlul autorității	Thesaurus BNCF 23635 · LCCN (EN) sh85110354

Portalul Electromagnetismului

Portalul de fizică