Дозиметрия потоков заряженных частиц. Принципы построения радиометрической и дозиметрической аппаратуры, страница 2

где w – средняя энергия ионообразования в воздухе; q – число пар ионов, образующихся в единице объема зазора в единицу времени; S_Z и S_г – тормозная способность материала переднего электрода и газа  в зазоре соответственно. Величина q определяется по экстраполяционному току , где S_э – площадь переднего электрода; е – заряд одного иона.

С учетом зависимости плотности газа от температуры и давления мощность поглощенной дозы P, Гр/с, в материале первого электрода на границе около зазора при температуре t, °С, и давлении p, мм рт.ст., определяется формулой:

В этой формуле величина w выражена в эВ; i_э – в А/см; S_э – в см², ρ₀ – плотность газа при p=760 мм рт. ст. и t=0°С в г/см³.

Внешние потоки β-излучения действуют прежде всего на кожу, поражение которой и определяет радиационно-индуцированный эффект. Исследования, выполненные под руководством Д.П. Осанова, по установлению связи между поглощенной дозой в коже и медико-биологическими показателями ее лучевого поражения привели к разработке кожного дозиметра, показания которого адектватны радиационно-индуцированному эффекту.

В структуре живой кожи можно выделить два слоя 6 наружный толщиной примерно 7 мг/см² (70 мкм), состоящий из мертвых клеток, не чувствительных к излучению, и чувствительный слой – эпидермис, основу которого и составляют радиочувствительные базальные клетки. Исследования показали, что базальные клетки неравномерно распределены по толщине кожи: максимальная их концентрация приходится на глубину в пределах до 100 мкм от поверхности кожи, затем концентрация базальных клеток падает до нуля. Базальные клетки находятся в коже на глубине до 2000 мкм. Под действием излучения часть базальных клеток гибнет и их начальное глубинное распределение изменяется.

Полное количество базальных клеток в ткани, приходящееся на единицу площади поверхности кожи, η однозначно связано со степенью ее лучевого поражения. Величина η названа авторами упомянутого исследования интегральной клеточностью эпидермиса, которую и принимают в качестве количественной характеристики состояния кожи после облучения. Интегральную клеточность эпидермиса η можно представить следующей формулой:

где n(x) – плотность распределения концентрации базальных  клеток по глубине кожи x до облучения; n(x)dx – концентрация клеток на глубине в пределах от x до x+dx; S(x) – вероятность того, что клетки на глубине кожи x после облучения в дозе D(x) не погибнут и сохранят способность к последующему делению, обеспечивающему восстановление кожи. Установлена следующая зависимость S(x) от дозы6

Из формул (15.5) и (15.6) следует, что кожный дозиметр должен измерять распределение дозы D(x), поскольку это распределение однозначно определяет интегральную клеточность эпидермиса.

Принципиальная схема кожного дозиметра Д.П. Осанова показана на рис.15.2.

 Плоские, тонкие, чувствительные к β-излучению детекторы 1 помещены в тканеэквивалентную матрицу 3. расстояние между детекторами подобрано так, что плавную дозовую функцию D(x) можно было восстановить в приемлемой точностью по показаниям трех детекторов. В одном из вариантов дозиметра чувствительными детекторами служат фторопластовые пленки толщиной 40 мкм с внедренным в них фтористым литием. Детекторы расположены на расстояниях 50, 500 и 1500 мкм от передней поверхности. Светонепроницаемое входное окно 2 имеет диаметр 15 мм и толщину 1 мг/см². весь дозиметр, таким образом, представляет собой небольшую многослойную таблетку, заключенную в футляр 4.

Дозиметрическую информацию регистрируют измерением радиационно-стимулированной термолюминесценции фтористого лития. По трем значениям дозы находят три значения вероятности выживаемости базальных клеток S₁, S₂ и S₃. Формула (15.5) с учетом известной зависимости n(x) приводится к следующему приближенному виду: