Учебная работа. Расчет биологической защиты корпуса лучевой терапии радиологического центра

Введение
Применение рентгеновского излучения в медицине
Открытие рентгеновского излучения оказало мощное воздействие на развитие разных направлений науки, техники, медицины.
В первый раз открыл рентгеновское излучение доктор физики Вюрцбургского института Вильгельм Конрад Рентген. Вышло это 8 ноября 1895г., когда окончив опыты с катодными лучами, возникающих в вакуумной трубке при подведении к ее полосам высочайшего напряжения, Рентген выключил свет и нежданно увидел свечение кристаллов платиносинеродистого бария, находящегося с трубкой.
Позже он сообразил, что запамятовал выключить проходивший через вакуумную трубку высочайшее напряжение, то потому что трубка была обернута в черную бумагу, и катодные лучи так же, как и лучи видимого света, не могли просочиться за ее пределы. Рентген сделал вывод, что столкнулся с какими-то новенькими лучами. Проведя серию тестов, Вильгельм удостоверился в том, что свечение кристаллов вызывает некое неведомое ранее излучение. Это излучение он именовал Х-лучами. В течение 7 недель Рентген изучал новейший вид лучей. Результаты данной для нас работы он опубликовал посреди января 1896г. в маленькой брошюре «О новеньком роде лучей».
Рентгеновское излучение — это электромагнитное излучение с широким спектром длин волн (от 8·10-6 до 10-12 см). Рентгеновское излучение возникает при торможении заряженных частиц, почаще всего электронов, в электронном поле атомов вещества. Образующиеся при всем этом кванты рентгеновского излучения имеют различную энергию и образуют непрерывный диапазон. Наибольшая энергия квантов в таком диапазоне равна энергии налетающих электронов. В рентгеновской трубке наибольшая энергия квантов рентгеновского излучения, выраженная в килоэлектрон-вольтах, численно равна величине приложенного к трубке напряжения, выраженного в киловольтах. При прохождении через вещество рентгеновское излучение ведет взаимодействие с электронами его атомов. Для квантов рентгеновского излучения с энергией до 100 кэв более соответствующим видом взаимодействия является фотоэффект. В итоге такового взаимодействия энергия кванта стопроцентно расходуется на вырывание электрона из атомной оболочки и сообщения ему кинетической энергии. С ростом энергии кванта рентгеновского излучения возможность фотоэффекта миниатюризируется и преобладающим становится процесс рассеяния квантов на вольных электронах — так именуемый комптон-эффект. В итоге такового взаимодействия также появляется вторичный электрон и, не считая того, вылетает квант с энергией наименьшей, чем энергия первичного кванта. Если энергия кванта рентгеновского излучения превосходит один мегаэлектрон-вольт, может иметь пространство так именуемый эффект образования пар, при котором образуются электрон и позитрон. Как следует, при прохождении через вещество происходит уменьшение энергии рентгеновского излучения, т. е. уменьшение его интенсивности. Так как при всем этом с большей вероятностью происходит поглощение квантов низкой энергии, то имеет пространство обогащение рентгеновского излучения квантами наиболее высочайшей энергии.
Применение рентгеновского излучения в медицине для диагностики и исцеления основано на его возможности:
1. просачиваться через разные вещества, в том числе через органы и ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология) людского тела, не пропускающие лучи видимого света;
2. вызывать флюоресценцию — свечение неких хим соединений (активированные сульфиды цинка и кадмия, кристаллы вольфрамата кальция, платиносинеродистый барий). На этом свойстве основано рентгеновское просвечивание, также внедрение усиливающих экранов при рентгенографии;
3. оказывать фотохимическое действие: разлагать соединения серебра с галогенами и вызывать почернение фотографических слоев (в том числе рентгенографической пленки). Это свойство лежит в базе получения рентгеновских снимков;
4. вызывать физиологические и патологические (зависимо от дозы) конфигурации в облученных органах и тканях (оказывать био действие). На этом свойстве основано внедрение рентгеновского излучения для исцеления опухолевых и неких неопухолевых болезней. Но при недостаточно контролируемом облучении в огромных дозах может быть развитие острой либо приобретенной лучевой работоспособности»>действие. При определенных критериях меж ионизационным эффектом и дозой облучения существует ровная зависимость. Это дозволяет, оценивая при помощи особых устройств (дозиметров) степень ионизации воздуха, найти количество и свойство рентгеновских лучей, используемых для диагностики либо для снятия либо устранения симптомов и проявлений терапия — процесс, для снятия или устранения симптомов и проявлений работоспособности»> работоспособности»>заболевания).
Ниже приведены примеры использования рентгеновского излучения для диагностики болезней в медицине.
Флюорография. Этот способ диагностики заключается в фотографировании теневого изображения с просвечивающего экрана. Пациент находится меж источником рентгеновского излучения и плоским экраном из люминофора (обычно иодида цезия), который под действием рентгеновского излучения сияет. Био ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология) той либо другой степени плотности делают тени рентгеновского излучения, имеющие разную степень интенсивности. доктор-рентгенолог изучит теневое изображение на люминесцентном экране и ставит диагноз (медицинское заключение об имеющемся заболевании).
В прошедшем рентгенолог, анализируя изображение, полагался на зрение. На данный момент имеются различные системы, усиливающие изображение, выводящие его на телевизионный экран либо записывающие данные в памяти компа.
Рентгенография. Запись рентгеновского изображения конкретно на фотопленке именуется рентгенографией. В этом случае исследуемый орган размещается меж источником рентгеновского излучения и фотопленкой, которая фиксирует информацию о состоянии органа на этот момент времени. Повторная рентгенография дает возможность судить о его предстоящей эволюции.
Рентгенография почаще всего применяется для исследования состояния костно-мышечной системы благодаря наличию естественного контраста меж костной тканью (Совокупность различных и взаимодействующих тканей образуют органы), больше задерживающей рентгеновские лучи, и так именуемыми мягенькими тканями — кожа, малая мышь«>мускулы, жировая ткань (мед. система клеток и межклеточного вещества, объединённых общим происхождением, строением и выполняемыми функциями). Почаще всего она производится при помещении пациента на спец. стол либо у вертикальной стойки меж рентгеновской трубкой и кассетой с рентгеновской пленкой. При рентгенологическом исследовании деток употребляют вспомогательные фиксирующие устройства. На рентгеновских снимках — рентгенограммах—хорошо видны контуры костей, их структура, взаимоотношение меж отдельными костями. При болезненном процессе могут обнаруживаться изменение контуров кости, также нарушение ее структуры в виде уплотнения либо, напротив, разрежения. переломы и вывихи дают соответствующие признаки нарушения контуров, смещения отломков, нарушения отношения костей. Зная закономерности рентгеновской картины при разных заболеваниях, докторы ставят диагноз (медицинское заключение об имеющемся заболевании), назначают исцеление и смотрят за динамикой развития болезненного процесса.
Рентгенография применяется не только лишь при исследовании костной системы. Она нужна практически во всех вариантах и как документальное доказательство, которое быть может добавочно не один раз исследовано, проконсультировано, сравнено с данными следующих либо прошлых исследовательских работ. Не считая того, рентгенограмма может зафиксировать то, что ускользнуло от внимания доктора при рентгеноскопии.
Рентгеноскопия. один из главных способов рентгенологического исследования, основанный на получении рентгеновского изображения на флуоресцентном экране либо телевизионном экране рентгеновской установки.
Рентгеноскопия дозволяет изучить органы в процессе их функционирования, к примеру дыхательные движения диафрагмы, сокращения сердца и т.д. Не считая того, под контролем Р. делают почти все диагностические и целительные манипуляции (катетеризацию бронхов и др.). В одних вариантах, к примеру при приблизительном установлении нрава патологических конфигураций и определении лучшей проекции для их исследования, Р. предшествует рентгенографии, в остальных — ее проводят опосля анализа рентгенограмм для выявления многофункциональных признаков, которые не могут быть отражены на снимке.
Контрастные вещества. Прозрачные для рентгеновского излучения части тела и полости отдельных органов стают видимыми, если их заполнить контрастным веществом, безобидным для организма, но позволяющим визуализировать форму внутренних органов и проверить их функционирование. Контрастные вещества пациент или воспринимает вовнутрь, или они вводятся внутривенно. В крайние годы, но, эти способы вытесняются способами диагностики, основанными на применении радиоактивных атомов и ультразвука. Компьютерная томография (получение послойного изображения внутренней структуры объекта). В 1970-х годах был развит новейший способ рентгеновской диагностики, основанный на полной съемке тела либо его частей. Изображения тонких слоев («срезов») обрабатываются компом, и окончательное изображение выводится на экран монитора. Таковой способ именуется компьютерной рентгеновской человека при помощи физических методов с целью получения изображения внутренних структур). Он обширно применяется в современной медицине для диагностики инфильтратов, опухолей и остальных нарушений мозга (центральный отдел нервной системы животных и человека), также для диагностики болезней мягеньких тканей снутри тела. Эта методика не просит введения посторонних контрастных веществ и поэтому является резвой и наиболее действенной, чем классические методики.
1. Главные нормативы для проектирования защиты

В истинное время действуют «Нормы радиационной сохранности НРБ-99/2009» Они распространяются на все компании и учреждения министерств и ведомств, где вероятны Создание, обработка, применение, хранение, переработка, обезвреживание, транспортирование естественных и искусственных радиоактивных веществ и остальных источников ионизирующих излучений.

В согласовании с НРБ-99/2009 инсталлируются последующие группы облучаемых лиц:

— персонал — лица, работающие с техногенными источниками ионизирующего излучения (группа А) либо находящиеся по условиям работы в сфере их действия (группа Б);

— все население, включая лиц из персонала, вне сферы и критерий их производственной деятель.

Для категорий облучаемых лиц по НРБ-99/2009 установлены 3 класса нормативов:

1. главные пределы доз (ПД);

2. допустимые уровни (от 1-го вида излучения) — это производные от главных пределов доз: пределы годичного поступления, большие допустимые среднегодовые активности, допустимая мощность дозы, допустимая плотность потока и др.;

3. контрольные уровни (дозы, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны быть ниже допустимых уровней. Могут устанавливаться в организациях, работающих с ионизирующим излучением.

Примечания:

1) Все нормативные значения для группы персонала приводятся в НРБ-99/2009 лишь для группы А.

2) Дозовые пределы и допустимые уровни персонала группы Б не должны превосходить 1/4 значений для группы А.

Главные пределы доз не содержат в себе дозы;

* от природных источников,

* от мед источников,

* от радиационных аварий.

На эти виды облучения инсталлируются особые ограничения.

Действенная доза для персонала (гр. А) за период трудовой деятель (50 лет) не обязана превосходить 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70) лет — 70 мЗв. Начало периодов с 1 января 2000 года. Предел личного риска персонала (гр. А) для техногенного облучения в течение года в критериях обычной эксплуатации (без аварий) равен приблизительно 1*10-3, а для гр. Б персонала приблизительно 5*10-5.

Таблица 3. Мощность эквивалентной дозы, применяемая при проектировании защиты от наружного ионизирующего излучения

Категория облучаемых лиц.

Предназначение территорий и помещений

Проектная мощность эквивалентной дозы, мкЗв/ч.

Длительность облучения,

ч/год.

Персонал

Группа А

Помещения неизменного пребывания персонала

6,0

1700

Помещения временного пребывания персонала

12

850

Группа Б

Помещения организации и земля СЗЗ, где находится персонал группы Б

1,2

2000

Население

Любые остальные помещения и местности

0,06

8800

2. Расчет био защиты
2.1 способы расчета защиты
Расчет защиты от первичного тормозного излучения (ТИ) электрических ускорителей.
Расчет защиты от прямого ТИ делается по «новеньким» номограммам. Расчет вероятен для направлений вылета ТИ из мишени ускорителя от 0 до 180 градусов (относительно направления электрического пучка).
Безразмерный коэффициент К номограмм рассчитывается последующим образом:
Kn= , (1)
где — мощность показателя тканевой поглощенной дозы тормозного излучения, ;
— мощность показателя тканевой поглощенной дозы тормозного излучения «обычного» ускорителя, ;
i — ток пучка электронов, (мА);
10 — «единица» мощности показателя дозы, ;
RЗ — расстояние от мишени ускорителя до защищаемой области, (м);
dn-1 — толщина защиты, приобретенная в предшествующей итерации, (d0=0), (м);
ДМД — допустимая мощность дозы, .
В нашем случае , потому что мы имеем дело со стндартным ускорителем.
Расчет защиты от растерянного тормозного излучения (ТИ) электрических ускорителей
Безразмерный параметр номограмм рассчитывается как:
Kn= , (2)
где — мощность показателя тканевой поглощенной дозы тормозного излучения, ;
— мощность показателя тканевой поглощенной дозы тормозного излучения «обычного» ускорителя, ;
i — ток пучка электронов, (мА);
— телесный угол коллиматора первичного пучка ТИ (стеррадиан);
6 — «единица» мощности показателя дозы, ;
RЗ — расстояние от мишени ускорителя до защищаемой области, (м);
dn-1 — толщина защиты, приобретенная в предшествующей итерации, (d0=0), (м);
ДМД — допустимая мощность дозы, .
Расчет защиты от первичного рентгеновского излучения.
Для определения толщины защиты d комфортно воспользоваться номограммами. Для коэффициента K получено выражение:
, (3)
где — радиационный выход настоящей рентгеновской трубки, ;
— радиационный выход обычной рентгеновской трубки, ;
i — ток пучка электронов, (мА);
10 — «единица» мощности показателя дозы, ;
RЗ — расстояние от мишени ускорителя до защищаемой области, (м);
dn-1 — толщина защиты, приобретенная в предшествующей итерации, (d0=0), (м);
ДМД — допустимая мощность дозы, .
В нашем случае , для обычных критерий.
Расчет защиты от растерянного рентгеновского излучения.
Для расчета защиты от расеянного рентгеновского излучения будем применять номограммы. Выражение для безразмерного коэффициента K.
, (4)
где — радиационный выход настоящей рентгеновской трубки, ;
— радиационный выход обычной рентгеновской трубки, ;
i — ток пучка электронов, (мА);
— телесный угол коллиматора первичного пучка ТИ (стеррадиан);
6 — «единица» мощности показателя дозы, ;
RЗ — расстояние от мишени ускорителя до защищаемой области, (м);
dn-1 — толщина защиты, приобретенная в предшествующей итерации, (d0=0), (м);
ДМД — допустимая мощность дозы, .

2.2 Расчет защиты помещений

Расчет защиты помещения ускорителя
Направление первичного пучка — стенки 1 и 3, пол (см. рис.3).
Расчет защиты от первичного тормозного излучения
Исходные данные I2(мкА), Е0(МэВ) приведены в табл.1. Расчет проводится с внедрением программки «Компьютерная лаборатория». Режим «PROTECT»
Стенка 1.
За стенкой находится персонал гр.А, как следует, ДМД= 6 мкЗв/ч.
RЗ=3,5м
Коэффициент k=1,694•10-3
Кратность ослабления: k = 4,072•107
Итерация: 3
dБ = 3530 мм
Стенка 3.
За стенкой находится персонал гр.Б, как следует, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.
RЗ=3,5м
Коэффициент k=7,773•10-3
Кратность ослабления: k = 1,869•107
Итерация: 3
dБ = 3840 мм
Расчет защиты от растерянного тормозного излучения
Исходные данные I2(мкА), Е0(МэВ), б2(град) приведены в табл.1. Расчет проводится с внедрением программки «Компьютерная лаборатория». Режим «PROTECT».
Стенка 2.
За стенкой находится население, как следует, ДМД= 0,06 мкЗв/ч.
RЗ=3м
Коэффициент k=2,035•10-1
Кратность ослабления: k = 9,463•107
Итерация: 3
dБ = 1560 мм
Стенка 4.
За стенкой находится персонал Гр.Б, как следует, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.
RЗ=5,5м
Коэффициент k=4,873•10-3
Кратность ослабления: k = 2,666•106
Итерация: 2
dБ = 1020 мм
Стенка 4(1).
За стенкой находится персонал Гр.Б, как следует, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.
RЗ=4,75м (RЗ берется с чертежа на миллиметровке с учетом данного масштаба; рис.4)
Коэффициент k=6,248•10-3
Кратность ослабления: k = 2,905•106
Итерация: 3
dБ = 1060 • = 1060 • = 450 мм
Потолок.
За потолком персонал гр.А, как следует, ДМД=6 мкЗв/ч, RЗ=2м
Коэффициент k=4,687•10-3
Кратность ослабления: k = 2,165•106
Итерация: 3
dБ = 1020 мм
Если имеем два вещества защиты с равным Zэфф, но разными с, то толщину защиты второго вещества можно отыскать из условия равенства массовых толщин.