Р.С. Домникова, М.Г. Скороходова, И.О. Наследникова

Р.С. Домникова, М.Г. Скороходова, И.О. Наследникова

 

 

Руководство

К практическим занятиям по общей и медицинской радиобиологии

Учебное пособие

 

под редакцией академика РАМН, профессора В.В. Новицкого

 

 

ТОМСК - 2011

УДК

ББК

Рецензенты:

Зав. кафедрой патофизиологии ГОУ ВПО

«Новосибирский государственный медицинский университет»

Чл.-корр. РАМН, Заслуженный деятель науки РФ Ефремов А.В.

Зав. кафедрой патофизиологии с курсом                                            

клинической патофизиологии ГОУ ВПО

«Омская государственная медицинская академия РОСЗДРАВа»

профессор, доктор медицинских наук В.Т.Долгих

 

Р.С. Домникова, М.Г. Скороходова, И.О. Наследникова / Под ред. Заслуженного деятеля науки РФ, академика РАМН, профессора В.В. Новицкого. Руководство к практическим занятиям по общей и медицинской радиобиологии (для студентов медико-биологического факультета, обучающихся по специальности «Медицинская кибернетика»): Учеб. пособие. – Томск: 2011. – 102 с.

В учебном пособии представлены практические работы по изучаемым темам курса общей и медицинской радиобиологии. Большое внимание уделено основам ядерной физики и дозиметрии ионизирующих излучений и их значимости в радиобиологии. Подробно описаны практические работы по использованию радионуклидов в биологии и медицине. В связи со значимостью вопросов, касающихся радиочувствительности, ряд практических работ посвящены этой проблеме. Представлены некоторые гематологические, гистологические, цитогенетические, иммунологические и другие методы оценки эффектов облучения Приведены методические подходы анализа количественных показателей периферической крови и костного мозга; описание морфологических особенностей кроветворной, пищеварительной, нервной, мочеполовой и других систем при различных лучевых поражениях, включая отдаленные. В пособии рассматриваются вопросы радиационной безопасности и современной гигиенической регламентации радиационного фактора. Руководство иллюстрировано таблицами, рисунками, включает тестовые задания и ситуационные задачи, список рекомендуемой литературы по теме занятий.

Учебное пособие предназначено для студентов медико-биологического факультета, обучающихся по специальности «Медицинская кибернетика».

 

 

   Утверждено и рекомендовано к печати учебно-методической комиссией медико-биологического факультета СибГМУ (протокол №4 от 25 мая 2010г.) и Центральным методическим советом ГОУ ВПО СибГМУ Росздрава (протокол № 2 от 10 июня 2010г.).

 

 

УДК

ББК

 

 

Р.С. Домникова, М.Г. Скороходова, И.О. Наследникова, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений ……………………………………………………………………..4

План лекций …………………………………………………………………….………..5

План практических занятий …………………………………………………………...6

Занятие 1. Предмет и задачи радиобиологии, ее место в системе высшего медико-биологического образования. Методы исследования в радиобиологии. История открытия проникающей радиации и возникновение науки радиобиологии………….7 

Занятие 2. Основы ядерной физики в радиобиологии………………………………. 14

Занятие 3. Дозиметрия и радиометрия ионизирующих излучений ………………....19

Занятие 4. Итоговое занятие по теме: « Основы ядерной физики в радиобиологии. Дозиметрия и радиометрия ионизирующих излучений»……………………………..26

Занятие 5. Основы радиационной безопасности. Первичные процессы лучевого поражения ………………………………………………………………………………..30

Занятие 6. Клеточная радиочувствительность.  Пострадиационное  восстановление клетки……………………………………………………………………………………..36

Занятие 7. Радиочувствительность тканей, органов, организма. Радиационные синдромы..………………………………………………………………………………..42

Занятие 8. Патогенез и гематологическая диагностика острой лучевой болезни…..45

Занятие 9.  Патологоанатомическая диагностика острой формы лучевой болезни………...………………………………………………………………………….49

Занятие 10. Патогенез и гематологическая диагностика хронической лучевой болезни...……………………………………………………………………………….....53

Занятие 11. Патологоанатомическая диагностика хронической лучевой болезни...56

Занятие 12. Лучевая болезнь при действии инкорпорированных радиоактивных веществ…………………………………………………………………………………...58

Занятие 13. Терапия лучевой болезни. Меры помощи при инкорпорации радионуклидов…………………………………………………………………………...61

Занятие 14. Итоговое занятие по теме: « Патогенез лучевой болезни и принципы лечения лучевых поражений.»……………………..……………………………….…..65

Занятие 15. Действие радиации на эмбрион и плод Генетические эффекты радиации....……………………………………………………………………………... 70

Занятие 16 Действие малых доз радиации на организм человека и животных …….79

Занятие 17. Отдаленные последствия действия ионизирующей радиации на организм………………………………………………………………………………….81

Занятие 18. Применение радионуклидов в биологии и медицине…………………..85

Занятие 19. Применение радионуклидов в гематологических исследованиях …….93

Приложение ……………………………………………………………………………101

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

 

ДОА - допустимая среднегодовая объемная активность

ИКК - иммунокомпетентные клетки

КК – коэффициент качества

КЭ - кислородный эффект

ЛП – летальные повреждения

ЛПИ – линейная плотность ионизации

ЛПЭ – линейная передача энергии

МД - малые дозы и мощности доз

НРБ - нормы радиационной безопасности

ОБЭ - относительная биологическая эффективность

ОКМ - общее количество миелокариоцитов

ОЛБ - острая лучевая болезнь

ОПД - основные пределы доз

ОСПОРБ - основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности

ОЦК - объём циркулирующей крови

ОЦП - объём циркулирующей плазмы

ОЦЭ - объём циркулирующих эритроцитов

ПДД – предел допустимых доз

ПЛП - потенциальнолетальные повреждения

ПРО – первичная реакция на облучение

РИА – радиоиммунный анализ

СЛП – сублетальные повреждения

ХЛБ – хроническая лучевая болезнь

ЭПР – электронный парамагнитный резонанс

WR - взвешивающий коэффициент для отдельных видов ионизирующих излучений

WT - взвешивающий коэффициент для органа или ткани

План лекций

1. Введение в курс радиобиологии. История развития радиобиологии. Проблемы, задачи, методы, связь с другими науками.

2. Физические основы действия ионизирующих излучений на биологические объекты.

3. Физическая и биологическая дозиметрия ионизирующих излучений.

4. Источники облучения человека. Научные регламентации облучения человека.

5. Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений. Теоретические представления о механизме биологического действия ионизирующих излучений.

6. Молекулярные аспекты биологического действия ионизирующего излучения. Реакция клеток на облучение.

7. Пострадиационое восстановление клеток.

8. Радиочувствительность тканей, органов, организма. Радиационные синдромы.

9. Морфологические изменения в органах и тканях при облучении.

10.  Острая лучевая болезнь.

11.  Хроническая лучевая болезнь.

12.  Биологическое действие инкорпорированных радиоактивных веществ.

13. Влияние малых доз радиации на организм человека и животных

14.  Действие облучения на эмбрион и плод.

15.  Отдаленные последствия облучения.

16.  Радиационно-индуцированный канцерогенез.

17.  Наследственные эффекты действия ионизирующих излучений.

18.  Радиобиологические основы применения ионизирующих излучений в биологии и медицине.

 

   План практических занятий

1. Предмет и задачи радиобиологии, ее место в системе высшего медико-биологического образования. Методы исследования в радиобиологии.  История открытия проникающей радиации и возникновение науки радиобиологии (лабораторная  работа).

2. Основы ядерной физики в радиобиологии (семинар).

3. Дозиметрия и радиометрия ионизирующих излучений (лабораторная  работа).

4. Итоговое занятие по теме: « Основы ядерной физики в радиобиологии. Дозиметрия и радиометрия ионизирующих излучений».

5. Основы радиационной безопасности. Первичные процессы лучевого поражения (семинар).

6. Клеточная радиочувствительность.  Пострадиационное восстановление клетки (лабораторная  работа).

7. Радиочувствительность тканей, органов, организма. Радиационные синдромы. (лабораторная  работа).

8. Гематологическая и диагностика острой формы лучевой болезни (практическая работа).

9. Патологоанатомическая диагностика острой формы лучевой болезни (практическая работа).

10. Гематологическая и патологоанатомическая диагностика хронической лучевой болезни. (практическая работа).

11. Лучевая болезнь при действии инкорпорированных радиоактивных веществ (практическая работа).

12. Итоговое занятие по теме: « Патогенез лучевой болезни и принципы лечения лучевых поражений».

13. Генетические эффекты радиации. Действие радиации на эмбрион и плод (практическая работа).

14. Действие малых доз радиации на организм человека и животных (практическая работа).

15. Отдаленные последствия действия ионизирующей радиации на организм (семинар).

16. Радиобиологические принципы лучевой терапии (семинар).

17. Применение радионуклидов в биологии и медицине (практическая работа).

18. Применение радионуклидов в гематологических исследованиях (практическая работа).

 

 

Занятие 1

Тема: Предмет и задачи радиобиологии, ее место в системе высшего медико-биологического образования.

I. Самостоятельная работа во внеучебное время

Основные вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Радиобиология - комплексная экспериментальная наука. Основной радиобиологический парадокс.

2. Задачи, цели и основные методы исследования в радиобиологии.

3. Основные открытия и достижения в научной деятельности, связанные с развитием радиобиологии (открытия и работы В.К. Рентгена, А.А. Беккереля, М. Кюри,  П. Кюри, И. Кюри,   Ф. Жолио-Кюри, И.Р. Тарханова, Е.С. Лондона и др. ученых).

4. Вклад кафедры патофизиологии СибГМУ в радиационную медицину и биологию.

Вопросы для самоконтроля

1. Является ли радиобиология типичной экспериментальной наукой?

2. Какова фундаментальная задача радиобиологии?

3. В чем заключается основной парадокс радиобиологии?

4. Можно ли относить к радиобиологии радиоизотопные методы исследования?

5. Какая биологическая система млекопитающих является наиболее значимой при лучевой болезни?

6. Когда и кем были открыты Х-лучи?

7. Какова природа рентгеновских лучей, в чем заключаются их свойства?

8. Какова была реакция обывателей и прессы на сенсационное открытие В.К. Рентгена?

9. Как использует медицина и биология рентгеновское излучение?

10. Что Вы знаете об А.А. Беккереле? Как произошло открытие явления естественной радиоактивности?

11. Что Вы знаете о М. Кюри и П. Кюри? Как произошло открытие радиоактивных элементов полония и радия?

12. Что Вы знаете о И. Кюри и Ф. Жолио-Кюри? Как произошло открытие искусственной радиоактивности?

13. В чем состоит значение открытия искусственной радиоактивности для биологии и медицины?

14. Что Вы знаете о научной деятельности И.Р. Тарханова?

15. Что Вы знаете о научной деятельности Е.С. Лондона?

16.  Какова роль лауреата премии им. В.К. Рентгена Л.Г. Грея в развитии радиобиологии?

17.  Какова роль Р.М. Зиверта в развитии клинической дозиметрии и радиационной безопасности?

18.  Что Вы знаете о вкладе томской школы патофизиологов в развитие радиобиологии?

19.  Знаете ли Вы основные радиационные величины и их эпонимы?

 

I. Работа на занятии

План занятия:

1. Вводное слово преподавателя: радиобиология, ее задачи, методы, значение для медицинской науки, знакомство с планом работы на I семестр – 25 мин.

2. Морфофункциональная характеристика клеток белой крови при острой лучевой болезни – 20 мин.

3. Самостоятельная работа студентов – 60 мин.

4. Просмотр документального фильма по теме занятия – 30 мин.

 

практическая работа студентов

Таблица учета экспериментальных данных

№ животного, день опыта	Масса, г	Состояние животного	Количество лейкоцитов
Контроль 3-й день 5-й день

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Х-ЛУЧИ БЫЛИ ОТКРЫТЫ

а) в 1901

б) в 1896

в) в 1895

г) в 1898

д) в 1906

2. Х-ЛУЧИ ОТКРЫТЫ

а) А. Беккерелем

б) А. Иоффе

в) П. Кюри

г) В. Рентгеном

д) М. Складовской-Кюри

3. ЯВЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ ОТКРЫТО

а) П. Кюри

б) Ф. Дессауэром

в) А. Беккерелем

г) Е. Лондоном

д) М. Складовской-Кюри

4. ЯВЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ БЫЛО ОТКРЫТО

а) в 1895

б) в 1896

в) в 1903

г) в 1908

д) в 1912

5. РАДИЙ И ПОЛОНИЙ БЫЛИ ОТКРЫТЫ

а) в 1893

б) в 1898

в) в 1930

г) в 1990

д) в 2000

6. РАДИЙ И ПОЛОНИЙ ОТКРЫТЫ

а) Л. Гальвани

б) А. Вольтом

в) М. и П. Кюри

г) М. Планком

д) Д. Менделеевым

7. ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ОТКРЫТА

а) Г. Альберс-Шонбергом

б) А. Иоффе

в) Э. Резерфордом

г)  И. и Ф. Жолио-Кюри

д) И. Тархановым

8. ЯВЛЕНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ БЫЛО ОТКРЫТО

а) в 1830

б) в 1900

в) в 1922

г) в 1934

д) в 1945

9. ЗАКОН БЕРГОНЬЕ И ТРИБОНДО ГЛАСИТ

а)  наиболее радиочувствительны зрелые клетки

б)  наиболее радиочувствительны редко делящиеся клетки

в) наиболее радиочувствительны менее дифференцированные и активно делящиеся клетки

г)  наиболее радиочувствительны клетки ЦНС

д)  наиболее радиочувствительны клетки костного мозга

Схема 1-1

Радиационная гигиена

Общая (фундаментальная) радиобиология

Радиобиология опухолей

Медицинская радиобиология

Радиационная иммунология

Противолучевая защита и терапия

Космическая радиобиология

Радиационная экология

Радиационная биохимия

Радиационная генетика

Радиационная цитология

Структура радиобиологии как комплексной дисциплины

 

 

Схема 1-2

Радиационная гигиена

Радиобиология опухолей

Связь радиобиологии с другими дисциплинами

 

 

Литература

ОСНОВНАЯ:

1. Кудряшов Ю.Б.  Радиационная биофизика (ионизирующие излучения)/под ред. В.К. Мазурика, М.Ф. Ломанова. М., Физматлит, 2004.

2. Кудряшов Ю.Б., Петров Ю.Ф., Рубин А.Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. – М.: ФИЗМАТЛИТ. 2008.

3. Цыб А.Ф., Будагов Р.С., Замулаева И.А. и др.  Радиация и патология. Учебное пособие / Под ред. А.Ф. Цыба. – М.: Высшая школа, 2005.

4. Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. Радиобиология человека и животных. Учебное пособие / Под ред. С.П. Ярмоненко. – М.: Высшая школа, 2004.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

5. Абрамов М.Г. Гематологический атлас. – М.: Медицина, 1985

6. Гольдберг Е.Д. Справочник по гематологии. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 1989.

7. Королюк И.П. 100 лет открытия рентгеновских лучей. – Самара, 1995.

8. Кюри Е. Мария Кюри. – М: Атомиздат, 1976.

9. Уразова О.И., Новицкий В.В. Лабораторная диагностика гематологических синдромов и болезней. Учебное пособие. – Томск: Изд-во Печатная мануфактура, 2008.

 

Занятие 2

Цель:

1. Обсудить основные характеристики ионизирующих излучений.

2. Разобрать основные виды взаимодействия ионизирующих излучений с веществом и методы защиты от излучений.

3. Познакомиться с основными физическими величинами, используемыми в радиобиологии, и единицами их измерения.

I. Самостоятельная работа во внеучебное время

Основные вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Источники ионизирующих излучений. Естественные и искусственные радионуклиды.

2. Радиоактивные излучения и радиоактивный распад.

3. Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада.

4. Виды, основные физические характеристики и свойства ионизирующих излучений.

5. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. Закономерности ослабления первичных потоков радиации.

6. Методы защиты от ионизирующих излучений.

7. Единицы измерения физических величин, применяемых для количественной характеристики воздействия ионизирующих излучений.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. В чем суть представлений о строении атома в модели Резерфорда-Бора?

2. Как характеризуются низко- и высокоэнергетические уровни в атоме, процессы возбуждения и ионизации атома? Нарисуйте схему электронных переходов в атоме.

3. Какие излучения относят к ионизирующим и почему?

4. Какие источники  ионизирующих излучений Вы знаете? Назовите основные радиоактивные семейства Земли.

5. Какие виды радиоактивного излучения относятся к основным? Чем  сопровождаются эти излучения?

6. Что называют радиоактивностью? В чем смысл основного закона радиоактивного распада? Что такое период полураспада радиоактивного вещества?

7. Что называют активностью радиоактивного вещества? В чем измеряется активность радионуклидов? Какое соотношение имеется между активностью и дозой, создаваемой источником γ-излучения?

8. Как классифицируются и характеризуются ионизирующие излучения?

9. Какие физические характеристики используют для определения потока ионизирующей радиации (квантовые и корпускулярные свойства, поток, энергетический спектр)?

10.  Как подразделяются различные виды ионизирующих излучений по проникающей способности? Каков пробег и путь частиц в воздухе и веществе?

11.  Как характеризуются редко- и плотноионизирующие виды излучения по критерию линейной передачи энергии (ЛПЭ) и линейной плотности ионизации (ЛПИ)?

12.  Как  зависит показатель ЛПЭ от скорости и заряда частицы?

13.  Для каких видов излучений существует пик Брэгга? Какова его физическая природа?

14.  Какие основные типы взаимодействия γ-излучения с веществом и механизмы ионизации атомов вещества существуют?

15.  Каковы закономерности ослабления потока γ-излучения в веществе и в чем заключается принцип выбора защитных материалов от γ-излучения?

16.  Какие существуют виды взаимодействия β-излучения с веществом?

17.  Каковы закономерности ослабления в веществе потоков β-излучения (электронов) со сплошным и моноэнергетическим спектром? Что можно использовать в качестве защитного материала от β-излучений?

18.  Какие потери энергии в веществе называются радиационными? Как возникает тормозное излучение и аннигиляция?

19.  Как взаимодействуют α-частицы и тяжелые заряженные частицы с веществом? Какие защитные материалы можно использовать от α-излучений?

20.  Как  классифицируются нейтроны? Какие  виды взаимодействия нейтронов с веществом выделяют?

21.  Что подразумевают под «наведенной радиоактивностью»? Как объяснить физическую природу этого состояния?

22.  Какова проникающая способность нейтронов и принцип выбора защитных материалов?

23.  Что понимают под экспозиционной дозой? В чем она измеряется?

24.  Что понимают под поглощенной дозой? Каковы единицы ее измерения?

25.  Для чего введено понятие эквивалентной дозы излучения, эффективной эквивалентной дозы, коллективной эффективной эквивалентной дозы?

26.  Как  определить эквивалентную дозу? Какие взвешивающие коэффициенты учитывают при расчете доз?

27.  Что понимают под определением «мощность дозы»? Какое значение имеет мощность дозы для конечного биологического эффекта облучения?

 

 

II. Работа на занятии

План занятия:

1. Вводное слово преподавателя о целях изучения основ ядерной физики в радиобиологии и порядке работы на занятии – 5 мин.

2.  Программ-контроль по разделу «Основные физические величины, используемые в радиобиологии, и единицы их измерения» – 20 мин.

3.  Разбор теоретического материала – 90 мин.

4.  Решение ситуационных задач – 20 мин.

 

 

Практическая работа студентов

При определении биологической эффективности того или иного действия ионизирующего излучения используют коэффициент качества (КК). КК зависит от интервала значений ЛПЭ и от того, какой орган или часть тела подвергается облучению. Коэффициент, предназначенный для учета ЛПЭ, называется взвешивающий коэффициент для отдельных видов ионизирующих излучений – WR. Коэффициент, учитывающий радиочувствительность всего тела человека, отдельных органов и тканей, называется взвешивающий коэффициент для органа или ткани – WT.

Таблица 2-1

Таблица 2-2

СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

Задача 1. Рассчитайте поглощенную и эквивалентную дозы от смешанного источника излучения, если известны данные:

γ-излучения – 0,01 Гр;

β-излучения – 0,1 Гр;

α-излучения – 0,01 Гр;

быстрые нейтроны – 0,01 Гр.

Задача 2. У четырех пациентов опухоли различных локализаций облучали в дозе 0,05 Гр. У первого – γ-излучением, у второго – быстрыми нейтронами, у третьего – α-лучами. Рассчитайте эквивалентную дозу в каждом случае лучевой терапии. Для каких локализаций опухолей возможно применение каждого вида излучений?

Задача 3. Определите величину экспозиционной дозы от точечного источника ¹³¹I активностью 2 мКи, полученную за 6 часов работы на расстоянии 50 см от источника. Известно, что Кγ ¹³¹I = 2,3.

Задача 4. На рабочем месте имеется радиоактивный препарат ⁶⁰Со активностью    10 мг-экв радия. Какую дозу получит человек, работающий на расстоянии 0.5 м, за 6 дней, если работает он по 30 минут ежедневно?

 

Общая формула, связывающая величину экспозиционной дозы излучения Д с активностью препарата А, представлена следующим выражением:

Д = А ∙ t ∙ К γ

  R ²

где А – активность, выражается в мКи; t – время облучения – в часах; Кγ –γ-постоянная данного изотопа – в Р/ч; R – расстояние от источника излучения до измеряемого объекта в см. При этом доза измерения выражается в рентгенах. Ионизационная гамма-постоянная радионуклида Кγ – это мощность экспозиционной дозы в Р/ч, создаваемой точечным изотопным источником гамма-излучения активностью 1 мКи на расстоянии 1 см.

 

Литература

ОСНОВНАЯ:

1. Бутомо Н.В., Гребенюк А.Н., Легеза В.И., Малаховский В.Н., Ушаков И.Б. Основы медицинской радиобиологии / Под ред. И.Б. Ушакова. – СПб: ООО Издательство Фолиант, 2004.

2. Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика (ионизирующее излучение) / Под ред. В.К. Мазурика, М.Ф. Ломанова. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.

3. Кудряшов Ю.Б., Петров Ю.Ф., Рубин А.Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. – М.: ФИЗМАТЛИТ. 2008.

4. Цыб А.Ф., Будагов Р.С., Замулаева И.А. и др. Радиация и патология. Учебное пособие / Под ред. А.Ф. Цыба. – М.: Высшая школа, 2005.

5. Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. Радиобиология человека и животных. Учебное пособие / Под ред. С.П. Ярмоненко. – М.: Высшая школа, 2004.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

6. Матюхин В.А., Разумов А.Н. Экологическая физиология и радиационный фактор. – М.: Медицина, 2003.

7. Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика: Учебник для ВУЗов. – 4-е изд., перераб. и дополн. – М.: Дрофа, 2003.

8. Савельев И.В. Курс общей физики т.5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: "Аст-Пресс", 2005.

 

Занятие 3

І. Самостоятельная работа во внеучебное время

Основные вопросы для самостоятельной подготовки и самоконтроля:

1. Физические и химические методы дозиметрии.

2. Ионизационная камера – устройство, принцип работы, основные характеристики, области применения.

3. Сцинтилляционные счетчики – устройство, принцип работы, основные характеристики, преимущества перед другими дозиметрическими приборами.

4. Биологические методы дозиметрии.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Каковы задачи дозиметрии и радиометрии? Какие методы позволяют количественно оценить дозу излучения?

2. Какие эффекты лежат в основе физической и химической дозиметрии?

3. Что означает доза ионизирующего излучения? В каких единицах получают результат при дозиметрии и радиометрии?

4. Какие основные методы биологической дозиметрии (биоиндикации) выделяют?

5. Какие из методов биологической дозиметрии позволяют оценить дозу облучения в ближайшие сроки после облучения, а какие – в отдаленные?

6. Каково устройство и принцип работы ионизационной камеры?

7. Как получают кривую зависимости силы тока от напряжения для ионизационной камеры (вольт-амперную характеристику)? В чем заключается  физический смысл отдельных участков вольт-амперной характеристики?

8. Как подразделяются ионизационные камеры в зависимости от области их применения?

9. Каково  устройство и принцип работы счетчика Гейгера-Мюллера?

10.  Что Вы знаете об основных характеристиках счетчика Гейгера-Мюллера: эффективности счета, «мертвом времени», рабочей характеристике, области применения?

11.  Каково  устройство и принцип работы сцинтилляционных счетчиков? Какие виды сцинтилляторов существуют?

12.  В чем состоят преимущества сцинтилляционных счетчиков перед другими радиометрическими приборами?

13.  Для чего предназначены газовые и сцинтилляционные приборы?

 

ІІ. Работа на занятии

План занятия:

1. Реферативные доклады и их обсуждение – 45 мин.

2. Изучение устройства приборов, предназначенных для регистрации ионизирующих излучений – 20 мин.

3. Вводное слово преподавателя о целях и порядке выполнения практической работы – 10 мин.

4. Знакомство с методикой выполнения работы – 10 мин.

5. Выполнение экспериментальной работы – 40 мин.

6. Обсуждение результатов исследования – 10 мин.

 

практическая работа студентов

 Работа 1. Определение активности сыпучих тел.

Аппаратура для занятия и реактивы:

1. Радиометр.

2. Кювета для образцов.

3. Измеряемые образцы.

4. Эталонный образец.

С задачей определения активности сыпучих тел сталкиваются при измерении зараженности почвы радиоактивными веществами, в геологии для выяснения активности проб песков, в химических лабораториях, занятых проблемами обогащения руд. Трудность решения задачи заключается в том, что активность определяемых веществ незначительна.

В нашем случае детектором излучения является галогенный счетчик типа СТС-6. Он вставляется в середину цилиндрической кассеты, заполненной исследуемым веществом после чего определяется активность пробы по суммарному эффекту от β- и γ-лучей. Ввиду значительной толщины стенок счетчика α-частицы в него не попадают.

Остановимся на методике отбора проб и подготовки их к радиометрированию. С целью определить, например, активность почвы, вызванную выпадением из атмосферы продуктов деления, полученных в результате испытаний ядерных устройств, берется ряд проб. Пробы берутся с открытого ровного и несколько возвышенного участка.

Верхний слой земли толщиной 7 см снимается небольшими четырехугольными пластами вместе с дерном с площади 0,5 м². Перед началом обработки пласты складываются растительностью вверх таким образом, чтобы получился четырехугольник, площадь которого измеряется. Толщина пласта доводится до 5 см срезанием нижнего слоя. Далее земля высушивается в шкафу при 200°С 10-12 ч. Воздушно-сухая проба просеивается через сито, с диаметром отверстий 1-2 мм. Из просеянной части почвы отбирается для анализа средняя проба весом от 1 до 4 кг.

Обработка проб начинается со сжигания органической части, которое может быть проведено сухим или мокрым способом. При сухом сжигании пробу осторожно прокаливают при температуре 400˚С в течение нескольких часов до полного удаления органических веществ. Пробы, где содержание последних незначительно, прокаливают при температуре до 200˚С.

Важнейшим этапом при определении активности является градуировка аппаратуры. Эталонные источники в данном случае должны иметь активность и энергию излучений, близкие к предполагаемым характеристикам проб. В связи с этим часто в качестве эталона используется соль KCl, содержащую радиоактивный изотоп ⁴⁰К. Активность соли равна 2,87 ∙10 ˉ⁷ Kи/мг.

Таким образом, задача сводится к определению активности неизвестных проб по методике сравнения с известной. Использование в качестве эталонного образца этой соли оправдано также тем, что в почве довольно широко распространен калий в различных соединениях.

	1		2		3

   

 

 

 

Рис.3-1. Блок-схема регистрации излучения

1. Детектор излучения (счетчик СТС-6). 2. Выносной блок пересчетной установки. 3. Пересчетная установка. 4. Блок высокого напряжения.

 

После подогрева установки на счетчик подается напряжение +390В и определяется скорость счета от фона. Время измерений уровня фона должно составлять не менее 10 мин. После этого кассета вместе со счетчиком снимается с подставки, засыпается прокаленная соль KCl; кассета и счетчик снова устанавливаются в держатель, включается пересчетка и определяется скорость счета от соли. Кассета должна быть заполнена до краев. После обсчета соль взвешивается.

Во время этих операций напряжение со счетчика снимать нельзя. Необходимо быть очень внимательным, чтобы не коснуться электрода высокого напряжения. После обсчета пробы соли в кассету засыпаются пробы неизвестной активности, определяются скорости счета от них и взвешиваются. Время измерений должно быть такое, чтобы статистическая ошибка измерений составляла меньше 1 %. Эта ошибка возникает вследствие статистического характера явлений радиоактивного распада. Уравнение для ее определения имеет вид:

где n – число зарегистрированных распадов (импульсов пересчетки). Таким образом, чтобы погрешность не превышала 1 % (σ = 0,01), должно быть

 

 

Результаты измерений сводят в таблицу.

                                                                                                         Таблица 3-1

Таблица учета измерений

 

Наименование вещества	Время измерений	Скорость счета	Истинная скорость счета	Скорость счета с поправкой на фон	Вес пробы	Активность
		N	N 1

 

 

При большой загрузке детектора из-за времени он не может реагировать на все импульсы и часть их остается не зафиксированной. Поэтому истинная скорость счета будет отлична от зарегистрированной и связана с последней выражением:

 

где τ- разрешающее время счетчика. Для счетчика Гейгера-Мюллера оно равно     3^.10^-4 с. Следует отметить, что поправка на разрешающее время не вводится до скоростей счета примерно в 100 имп/с.

Активность исследуемой пробы определяется через выражение:

где m_х – вес пробы; β – постоянная кюветы.

 

 

Ход определения:                

1. Ознакомиться с поставленной задачей.

2. Разобраться в принципе работы счетчика, пересчетки, порядке включения прибора. Включить на прогрев.

3. Измерить уровень фона.

4. Получить у преподавателя соль и исследуемые пробы.

5. Определить скорость счета от соли и взвесить ее.

6. Повторить определения, следуя п. 5 с неизвестными пробами.

7. Определить постоянную кюветы β.

8. Определить активность проб и значения занести в таблицу.

 

Техника безопасности:

1. Не прикасаться к аноду (+390 В) счетчика. Снимать счетчик осторожно, поддерживая за кювету.

2. При заполнении кюветы песком пользоваться воронками. Не рассыпать и не распылять песок.

3. После работы вымыть руки.

4. Очистить рабочее место.

 

Работа 2.Определение радиационной обстановки на местности, в рабочих и жилых помещениях.

Аппаратура для занятия:

1. Индикатор радиоактивности «Радэкс» РД 1503+.

2. Дозиметр бытовой