РАДИОМЕТРИЯ

РАДИОМЕТРИЯ — разработка и применение методов определения активности и концентрации радиоактивных веществ в различных пробах и источниках ионизирующего излучения, а также спектров их излучения. Кроме того, термин «радиометрия» используют для обозначения процесса измерения активности.

Р. тесно связана с дозиметрией (см. Дозиметрия ионизирующих излучений), т. к. радиометрия характеризует сами источники излучений, а дозиметрия количественно оценивает их воздействие. Без знания активности и концентрации радиоактивных веществ в источниках излучения, в окружающей среде и в организме нельзя производить дозиметрические расчеты доз облучения от внешних и внутренних источников. Методы Р. также служат для оценки воздействия радиоактивных веществ на человека и для дозиметрического контроля за их содержанием в окружающей среде и в организме человека.

Методы и средства Р. используются при исследованиях с применением радиоактивных веществ, а также в промышленности, сельском хозяйстве, при разведке полезных ископаемых, для определения возраста Земли, археологических находок и др. Для определения малых количеств стабильных элементов и их соединений в пробах используют радиометрический анализ, применяя радиоактивные индикаторы или переводя исследуемые вещества в радиоактивные (см. Активационный анализ).

Наиболее широко методы Р. используют в медицине и биологии для изучения динамики обмена радиоактивных веществ (см.) и меченых соединений (см.) в различных средах, в организмах животных и человека и для измерения содержания различных радиоактивных веществ в окружающей среде. Радиометрические методы и приборы используют для измерения гамма-излучения источников, применяемых с леч. целями для внешних локальных воздействий, и радиоактивных источников, вводимых внутрь для локального облучения отдельных органов и тканей, а также с диагностической целью (см. Сцинтиграфия).

Методы Р. также применяют при изготовлении эталонных и образцовых излучателей, при градуировке радиометрической и дозиметрической аппаратуры. С помощью специальных дозиметрических приборов измеряют уровни загрязненности радиоактивными веществами различных поверхностей, напр, кожи рук, а также одежды, обуви, полов, стен, оборудования и др.

Активность значительных количеств долгоживущих радионуклидов, напр, урана, радия, может быть определена весовым способом по формуле: Q=λN , где Q — активность радионуклида, λ — постоянная его распада и N — число активных атомов в пробе. Активность — скорость радиоактивного распада, измеряемая в распадах за единицу времени: 1 распад в секунду — беккерель (Бк), 3,7×10¹⁰ распадов в секунду — кюри (Ки). Удельная активность (концентрация) измеряется в единицах активности, отнесенных к единице массы или объема пробы, т. е. в распадах в секунду на 1 грамм (Бк/г, кюри/г) или в распадах в секунду на. 1 см³ (Бк/cм³, кюри/см³) и производных от этих единиц. Гамма-эквивалент измеряется в грамм-эквивалентах радия (см.).

Регистрацию α- и β-частиц производят либо импульсными методами с помощью ионизационных камер (альфа-частицы), газонаполненных и сцинтилляционных счетчиков (α- и β-частицы), либо интегральными методами. Наиболее точно регистрировать частицы от твердых препаратов можно с помощью торцовых газонаполненных счетчиков с тонким окном или сцинтилляционных счетчиков с тонким защитным покрытием для поглощения света, нанося радиоактивные вещества на подложки (мишени для счета). При этом необходим ряд поправок, которые связывают число зарегистрированных импульсов в единицу времени (скорость счета) с активностью препарата. Следует также учитывать фон установки — скорость счета без препарата, геометрию счетчика и его расположение относительно препарата, долю испущенных частиц на γ распад, эффективность счета, долю частиц, обратно рассеянных от подложки и поглощенных в активном слое (самопоглощение); долю частиц, поглощенных в воздухе и окне или защитном слое счетчика, поправку на просчет при высоких скоростях счета. Для большей точности измерения препарат наносят тонким слоем с целью уменьшения самопоглощения. Если активности малы, то можно производить измерения потока частиц от толстых слоев, толщина которых превышает пробеги частиц, причем их выход из препарата будет наибольшим. Для измерения интенсивности гамма-излучения препаратов используют кристаллические сцинтилляторы, имеющие наибольшую эффективность вследствие значительного поглощения гамма-квантов. В отношении гамма-препаратов значительной активности измерения можно проводить с помощью ионизационных камер. Радиоактивность газов измеряют либо ионизационными камерами, либо счетчиками, вводя газы внутрь датчиков или окружая счетчики газом известного объема. Для измерения активности аэрозолей их предварительно осаждают на тонкие фильтры, прокачивая через фильтры определенный объем воздуха, а затем измеряют активность фильтров.

Активность жидких препаратов, содержащих вещества с малой энергией бета-излучения, напр, водорода (³Н), углерода (¹⁴С), наиболее целесообразно измерять, вводя их в жидкий сцинтиллятор таким образом, чтобы они не снижали его эффективности. Регистрируют кратковременные вспышки, возникающие в сцинтилляторах за счет торможения заряженных частиц и вторичных электронов, появляющихся под воздействием гамма-квантов. С увеличением энергии частиц и квантов возрастают световые импульсы вспышек. Это позволяет измерять спектры частиц и гамма-квантов, для чего наиболее часто применяют датчики в виде кристаллов NaCl, но наиболее детально спектры регистрируют полупроводниковые датчики.

В отношении препаратов большой активности наиболее точные результаты могут быть получены с помощью калориметра по количеству тепла, выделяющегося за счет поглощенной энергии частиц. Для измерения очень малых активностей (обычно в пробах из окружающей среды) производят обогащение проб путем выделения и концентрирования радионуклидов, применяя физические и радиохимические методы. Малые активности измеряют на низкофоновых установках. Для этого датчики помещают в металлическую защиту, снижающую фон от проникающего излучения; для изготовления счетчиков и защиты используют материалы, содержащие минимальные количества активных веществ; охлаждают фотоумножители для снижения их фонового тока и др.

Если радионуклид испускает одновременно ß-частицы и гамма-кванты, то наиболее точные измерения производят с помощью схемы совпадений, при этом регистрируют импульсы, возникающие одновременно в двух датчиках от ß-частиц и γ-квантов.

Все радиометрические приборы и установки должны быть предварительно отградуированы. Для проведения массовых однотипных измерений производят относительные измерения активности путем сравнения скорости счета от проб и от образцового излучателя известной активности, содержащего тот же радионуклид, что и в пробах, или близкий ему по энергии излучаемых частиц или квантов. При этом все остальные условия измерения должны быть по возможности одинаковыми. Тогда скорость счета от измеряемой пробы за вычетом фона будет пропорциональна скорости счета от образцового излучателя.

Радиометрия человека служит для определения активности и распределения радионуклидов, содержащихся в организме, по их внешнему излучению с гигиеническими, лечебными и научными целями. Наиболее точно такое определение активности осуществляют с помощью счетчиков излучения человека (СИЧ). В 1929 г. Шлундт (H. Schlundt) впервые измерил содержание радия в организме человека с помощью ионизационной камеры. В 1951 г. Зиверт (R. М. Sievert) с помощью ионизационных камер большого давления измерил содержание в организме естественного радиоактивного калия-40. В 1957 г. были созданы установки с жидкими и кристаллическими сцинтилляторами и металлической защитой, позволяющие по спектру определять содержание в организме различных γ-излучателей. В установке СИЧ в кристалле Nal или других сцинтилляторах возникают световые вспышки. В фотоэлектронных умножителях эти световые импульсы преобразуются в импульсы тока, которые усиливаются к сортируются по энергиям с помощью многоканальных анализаторов. Число импульсов в различных энергетических интервалах (каналах) возрастает с увеличением интенсивности γ-излучения в этих интервалах. По отдельным пикам спектра, соответствующим различным γ-излучателям, можно определить их активность в организме. Установки СИЧ предварительно градуируют либо с помощью простых пустотелых фантомов человека, заполненных р-рами излучателей известной активности, либо с помощью более сложных фантомов, моделирующих различные органы и ткани (костную ткань, дыхательные пути и др.).

Установки СИЧ позволяют определять в организме содержание в норме естественно-радиоактивных γ-излучающих веществ, напр, калия-40 (⁴⁰К), радия-226 (²²⁶Ra.) и на. этом фоне измерять содержание γ-излучающих радионуклидов, поступающих в организм человека из окружающей среды, напр, в условиях работы с радиоактивными веществами. С помощью установки СИЧ можно изучать обмен различных веществ и жизненно важные процессы в организме человека в норме и при патологии, а также нарушения обмена при различных воздействиях (фармакол. средства, физическая нагрузка и др.). Применяя при этом меченые соединения, можно измерять объем различных жидких сред организма (кровь, лимфа и др.) и изучать обмен в них в норме и при патологии. Кроме того, установки СИЧ могут быть использованы для решения целого ряда других задач но радиометрии человека.

Радиометрия в военно-полевых условиях. Задачей Р. на этапах мед. эвакуации является контроль за уровнем радиоактивного загрязнения раненых и больных с целью предотвращения лучевых поражений. Лиц, зараженных продуктами ядерного взрыва, выявляют на сортировочном посту, который организуется на этапах мед. эвакуации. На этом посту работает санинструктор-дозиметрист, оснащенный радиометром-рентгенометром, с помощью к-рого он определяет степень радиоактивного заражения.

Лиц, имеющих заражение, превышающее предельно допустимые уровни, выделяют из общего потока и направляют на специальную обработку (см.). После ее проведения производят контрольную радиометрию и всех пораженных направляют в соответствующие подразделения этапа мед. эвакуации. Степень внутреннего заражения продуктами ядерного взрыва определяют в леч. учреждениях путем исследования радиоактивности крови и экскретов в специальной радиометрической лаборатории.

См. также Дозиметрический контроль.

Библиография: Габуния Р. И. Метод радиометрии всего тела в клинической диагностике, М., 1975; Дозиметрические и радиометрические методики, под ред. Н. Г. Гусевой и др., М., 1966; Караваев Ф. М. Измерения активных нуклидов, М., 1972; Ковалев Ю. Ф. Радиоактивные индикаторы в медико-биологических исследованиях, М., 1977; Надиров Ю.С. и др. Защита подразделений от оружия массового поражения,* М., 1968; Штуккенберг Ю. М. Симпозиум по измерению активности в организме человека, Атомная энергия, т. 12, в. 4, с. 345, 1962; он же, Физика и дозиметрия ионизирующих излучений, в кн.: Ра-диацион. мед., под ред. А. И. Бурназяна, с. 5, М., 1968,

Ю. М. Штуккенберг; В. Г. Владимиров (воен.).