Dozymetria
– dział fizyki technicznej obejmujący metody pomiaru i obliczania
dawek (dóz) promieniowania jonizującego, a także metody pomiaru aktywności
promieniotwórczej preparatów.
Obecnie termin dawka oznacza w dozymetrii wyłącznie
dawkę pochłoniętą
promieniowania jonizującego
. W przeszłości był rozumiany znacznie szerzej
i obejmował wiele innych wielkości. Dlatego też dozymetria obejmuje:
1. Ustalenie wielkości dawki pochłoniętej w materii w danym punkcie
2. Ustalenie wielkości energii przekazanej przez cząstki nie jonizujące bez-
pośrednio (fotony, neutrony) w materiale odniesienia w danym punkcie
(np. pomiary ekspozycji lub kermy). Taka wielkość jest wygodnym
uproszczonym sposobem opisu promieniowania w tym punkcie. Materia-
łem odniesienia (dla wyników) może być zarówno rzeczywisty materiał
w danym miejscu lub jakiś inny (w tym charakterze używane są np. po-
wietrze, grafit, tkanka)
3. Ustalenie liczby cząstek lub fotonów, lub ich energii, padających na dany
punkt (np. strumień, strumień całkowy, natężenie, strumień całkowy
energii)
4. Ustalenie wartości pewnej funkcji liczby lub energii cząstek lub fotonów
padających na ośrodek w danym miejscu (np. iloczyn dawki pochłoniętej
i współczynnika jakości promieniowania dla rodzajów promieniowania
o różnym LET – liniowym przekazie energii)
01-1
Dozymetria promieniowania jonizującego
W pomiarach dozymetrycznych wykorzystywane są różnego rodzaju urządzenia
nazywane ogólnie dozymetrami. Urządzenia te działają na różnych zasadach
i służą do pomiarów różnych wielkości dozymetrycznych. Z tego powodu na-
zwa szczegółowa zawiera zwykle dodatkowe określenie, np.:
miernik dawki pochłoniętej
miernik mocy dawki
miernik strumienia
miernik ekspozycji (mocy ekspozycji, itd.)
W dozymetrii mierniki klasyfikujemy ogólnie jako
absolutne
i
względne
.
Określenie
absolutny
oznacza miernik, który może być skonstruowany
i używany do pomiarów promieniowania bez potrzeby jakiejkolwiek kalibracji
(np. w znanym polu promieniowania).
Obecnie używanymi miernikami absolutnymi są:
komory jonizacyjne (ekspozycja)
kalorymetry (dawka)
dozymetry chemiczne Frickego (dawka)
Inne mierniki promieniowania, np.:
liczniki G-M, liczniki proporcjonalne, scyntylacyjne
dozymetry termoluminescencyjne, fotoluminescencyjne
błony fotograficzne, itd.
wymagają kalibracji.
Określenia
absolutny
i
względny
nie mają nic wspólnego z precyzją lub dokład-
nością miernika. Są to pojęcia nie mające ze sobą żadnego związku, poza tym,
że miernika, który nie jest ani dokładny ani precyzyjny nikt nie będzie używał
bez względu na jego absolutność.
Przez precyzję miernika rozumiemy, że w wielokrotnie powtarzanych w tych
samych warunkach pomiarach daje zbliżone wyniki. Im mniejszy rozrzut (mie-
rzony np. odchyleniem średniokwadratowym) tym większa precyzja miernika.
Naturalnym ograniczenie precyzji pomiarów promieniowania jest stochastyczny
charakter procesów oddziaływania promieniowania z materią (a zatem i z mier-
nikiem).
Zwiększanie liczby pomiarów pozwala zwykle zmniejszyć rozrzut wartości
średniej, a zatem i precyzję wyniku.
Przez dokładność miernika rozumiemy możliwość uzyskania wyniku, którego
wartość nie odbiega od (prawdziwej) wartości mierzonej wielkości. Im mniejsza
różnica, tym bardziej dokładny miernik.
01-2
Dozymetria promieniowania jonizującego
I Międzynarodowy Kongres Radiologii w 1925 roku powołał Międzynarodową
Komisję do spraw Jednostek Radiologicznych ICRU (International Commission
on Radiological Units). Później nazwę komisji rozszerzono do Międzynarodowa
Komisja do spraw Jednostek i Pomiarów Radiologicznych (International Com-
mission on Radiological Units and Measurements).
W 1928 roku ICRU wprowadziła jednostkę wielkości promieniowania mierzo-
nej przez powietrzną komorę jonizacyjną. Jednostka nazywa się rentgen (r.).
Odpowiednie zaleceni komisji brzmiało:
„Ta międzynarodowa jednostka będzie wielkością promieniowania X, które,
w warunkach pełnego wykorzystania elektronów wtórnych i bez efektu ścianek
komory, wytwarza w jednym centymetrze sześciennym powietrza atmosferycz-
nego przy 0ºC i ciśnieniu 76 cm Hg taki stopień przewodnictwa, że w warun-
kach prądu nasycenia rejestruje się jedną jednostkę elektrostatyczną ładunku.”
Dopiero w 1956 roku ICRU podała definicję wielkości
dawki ekspozycyjnej
(ekspozycji), której jednostką jest rentgen.
W 1937 roku ICRU zmodyfikowała definicję rentgena (ICRU, 1938):
„Międzynarodowa jednostka wielkości lub dawki promieniowania X będzie się
nazywała „rentgen” (roentgen) i będzie oznaczana symbolem „r”... Rentgen bę-
dzie wielkością promieniowania X lub γ taką, że wywoła w 0,001293 g powie-
trza towarzyszącą emisję cząsteczek, które wytworzą w powietrzu jony
o całkowitym ładunku 1 j.e.s. każdego znaku.”
3
10
9
j.e.s.
C1
W 1950 roku ICRU zaleciła (ICRU, 1951), żeby:
„W celu umożliwienia korelacji dawki jakiegokolwiek promieniowania jonizu-
jącego z jego efektami biologicznymi lub pokrewnymi, ICRU zaleca, by dawkę
wyrażać za pomocą wielkości energii pochłoniętej przez jednostkę masy (erg na
gram) napromieniowanego materiału w danym miejscu.”
Na tej podstawie (ICRU, 1954) stworzono definicje wielkości
dawki pochłonię-
tej
.
„Dawka pochłonięta dowolnego promieniowania jonizującego jest ilością ener-
gii dostarczonej substancji przez cząstki jonizujące, przypadającej na jednostkę
masy napromieniowanego materiału w danym miejscu. Wyraża się ją w radach.
Rad jest jednostką dawki pochłoniętej i wynosi
1
rad
100
erg
.”
1
g
01-3
Dozymetria promieniowania jonizującego
W 1956 ICRU wprowadza pojęcie
dawki ekspozycyjnej
promieniowania X i γ.
„Dawka ekspozycyjna promieniowania X/γ w danym miejscu jest miarą pro-
mieniowania, opartą na jego zdolności wywoływania jonizacji.”
„Jeden rentgen jest dawką ekspozycyjna promieniowania X/γ taką, że ...”
W 1962 roku ICRU usunęła wyraz dawka w definicji i wielkość mierzona rent-
genami nazywa się
ekspozycja
.
W 1956 ICRU zdefiniowała nową wielkość mającą zastosowanie w badaniach
oddziaływania promieniowania jonizującego na żywe organizmy (tkanki) –
równoważnik dawki
.
„
Równoważnik dawki [
rem
]
Dawka
[
rad
]
(
WSB
)
i
.”
WSB (względna skuteczność biologiczna) – RBE (relative biological effective-
ness)
WSB danego promieniowania jest odwrotnością stosunku dawki pochłoniętej
tego promieniowania do dawki pochłoniętej promieniowania odniesienia po-
trzebnej do wywołania takiego samego skutku biologicznego.
Jeżeli dawka pewnego promieniowania
D
x
wywołuje taki sam skutek biologicz-
ny jak dawka promieniowania odniesienia
D
o
, to względna skuteczność biolo-
giczna tego promieniowania wynosi
WSB
D
x
D
x
01-4
=
i
o
Dozymetria promieniowania jonizującego
Wielkości dozymetryczne rekomendowane przez ICRU
Wielkość
skrót wymiar
jednostka
Dawka pochłonięta
D EM
-1
J·kg
-1
Gy
Moc dawki pochłoniętej
EM
-1
T
-1
J·kg
-1
·s
-1
Gy·s
-1
Fluencja (cząstek)
L
-2
m
-2
Gęstość strumienia cząstek
L
-2
T
-1
m
-2
·s
-1
Fluencja energii
F EL
-2
J·m
-2
Natężenie
I EL
-2
T
-1
J·m
-2
·s
-1
Kerma
K EM
-1
J·kg
-1
Moc kermy
EM
-1
T
-1
J·kg
-1
·s
-1
Ekspozycja
X QM
-1
C·kg
-1
R (rent-
gen)
Moc ekspozycji
QM
-1
T
-1
C·kg
-1
·s
-1
R·s
-1
Masowy współczynnik osłabienia
/
L
2
M
-1
m
-2
·kg
-1
Masowy współczynnik przekazu energii
K
/
L
2
M
-1
m
-2
·kg
-1
LET (liniowy przekaz energii)
L EL
-1
J·m
-1
Praca jonizacji (średnia)
W E
J
eV
Aktywność
A T
-1
s
-1
Ci, Bq
R
m
2
Stała jonizacyjna (dla promieni
)
QL
2
M
-1
C·m
2
·kg
-1
h
Ci
C·m
2
·kg
-1
Równoważnik dawki
DE
rem, Sv
01-5