Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Международный государственный экологический университет им.А.Д.Сахарова
Факультет экологической медицины
Н.М.Новикова
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО КУРСУ «РАДИОБИОЛОГИЯ»
ТЕМА 2. ОЦЕНКА ДОЗ ВНУТРЕННЕГО ОБЛУЧЕНИЯ
Минск, 2004
1. Расчет эквивалентной дозы при постоянном содержании радионуклида в организме.
Если в органе или ткани равномерно распределена активность q, [Бк] и это количество не изменяется во времени, то эквивалентная доза Н, [Зв] рассчитывается по формуле:
Н= (1.1)
где:
t [c] - время облучения.
m [кг] - масса органа или ткани;
[Дж/(кгГр)]- энергетический эквивалент Грея;
a [расп/(сБк)] - переходный множитель;
1,602 10-13 [Дж/Мэв] - коэффициент перевода МэВ в Дж;
k [Зв/Гр] - весовой множитель излучения.
[МэВ/расп]- эффективная поглощенная энергия, передаваемая телу в каждом акте распада.
f - доля нуклида в рассматриваемом органе относительно общего содержания во всем теле.
Пример Рассчитать эквивалентную дозу от 131I на щитовидную железу взрослого человека, если в щитовидной железе в течение 6 месяцев поддерживается активность 200 Бк.
Решение
Данные по метаболизму некоторых радионуклидов приведены в таблице 1 Приложения 1. Масса щитовидной железы составляет 20 г, Eef – 0,2 МэВ/расп, значение f полагаем равным единице, т.к. вся указанная в условии задачи активность находится в щитовидной железе.
Н = = 5∙10-3 Зв = 5 мЗв.
Ответ эквивалентная доза на щитовидную железу составляет 5 мЗв.
2. Расчет эквивалентной дозы при кратковременном поступлении радионуклида в организм
Предполагается, что первоначальный период накопления нуклида в рассматриваемом органе при кратковременном поступлении в организм не влияет на значение дозы в органе и выведение из него описывается только одной экспонентой: q(t)=q0exp(-t). Тогда можно использовать следующую формулу для расчета эквивалентной дозы за время t, которая получена путем интегрирования соотношения (1.1):
H==[1-exp(-t)] (2.1)
где - эффективная постоянная биологического полувыведения.
Если t>>Tef, то выражение (2.1) упрощается: Н= (2.2)
В этом случае рассчитывается доза до полного распада и выведения радионуклида.
Когда t<< Tef, Н=t. (2.3)
Пример Рассчитать дозу за 5 суток от 131I на щитовидную железу взрослого человека после однократного поступления в организм 300 Бк активности.
Решение
Рассчитаем λef. Согласно таблице 1, Т1/2 составляет 120 суток, Тб – 8,05 суток.
Тef =(120∙8,05)/(120+8,05)= 7,54 сут.
Поскольку эффективный период полувыведения сравним со временем облучения, вычисления будем производить по формуле 2.1.
λef = 0,693/7,54 = 0,09 сут-1= 0,09/86400 с-1 = 1,06∙10-6 с-1
f = 0,3
H=[1-exp(-0,09∙5)] = 0,49 ∙10-4 Зв = 4,9∙10-5 Зв.
Ответ Доза за 5 суток составляет 4,9∙10-5 Зв.
3. Расчет эквивалентной дозы при равномерном непрерывном поступлении радионуклида в организм.
Рассматривается простейшая модель метаболизма радионуклидов в организме человека, основанная на предположении, что скорость поступления радионуклида не изменяется во времени, а выведение из органа или ткани подчиняется простому экспоненциальному закону.
Мощность эквивалентной дозы в органе или ткани связана со скоростью поступления следующим соотношением:
(3.1)
где I – скорость равномерного непрерывного поступления радионуклида в организм.
Введем переменную С, включающую все постоянные величины для каждого радионуклида.
Скорость поступления радионуклида в организм I можно представить следующим образом:
I = A v V или I = Am M, где
V - объем вдыхаемого воздуха за единицу времени [м3/ ед.врем.] или объем потребляемой жидкости [м3/ ед.врем.];
М - масса потребляемой пищи за единицу времени [кг / ед.врем.];
А v - объемная активность вдыхаемого воздуха или потребляемой жидкости [Бк/м3];
Am - удельная активность пищи [Бк/кг].
В этом случае формула (3.1) принимает следующий вид:
(3.2)
Эквивалентную дозу за время t1 можно получить путем интегрирования выражения 3.2:
H= ] (3.3)
Пример Рассчитать годовую дозу на организм взрослого человека от потребления молока, загрязненного 137Сs до объемной активности 200 Бк/л.
Решение Согласно усредненным данным по потреблению воздуха, жидкости и пищи человеком (Приложение1) взрослый человек в среднем потребляет в сутки 250 мл молока.
Рассчитаем значение λef для цезия-137. Период биологического полувыведения составляет 110 суток, период радиоактивного полураспада - 1,1104 суток.
λef = 0,693 ∙ (110+1,1104) /(110 ∙1,1104) = 0,0064 сут –1 = 7,4 ∙10-8 с-1
Скорость поступления радионуклида в организм: I = 0,25л/сут∙200Бк/л = 50 Бк/сут.
H=
= 2∙10-4 Зв
Обратите особое внимание на употребление единиц измерения. Можно использовать и более крупные единицы времени, чем секунда (в данном случае – сутки), если при вычислениях происходит взаимное сокращение этих величин. Скорость поступления радионуклида удобнее рассчитывать за сутки, поэтому в квадратных скобках все единицы времени указаны в сутках. Постоянная С рассчитывается в Зв/(с∙Бк), поэтому λef в знаменателе формулы должно обязательно быть выражено в с-1. Это замечание относится и к задаче в разделе 2.
Ответ: годовая доза составляет 0,2мЗв.
4. Расчет эквивалентной дозы с помощью дозовых коэффициентов МКРЗ
МКРЗ были рассчитаны дозовые коэффициенты внутреннего облучения, позволяющие приблизительно оценить годовую дозовую нагрузку при постоянном поступлении радионуклидов с продуктами питания :
- Вi g - дозовый коэффициент внутреннего облучения при заглатывании радионуклидов с
водой или пищей [Зв/Бк];
- Вi h - дозовый коэффициент внутреннего облучения при поступлении радионуклидов со
вдыхаемым воздухом [Зв/Бк].
Используя эти коэффициенты, можно рассчитать годовые эквивалентные дозы по следующим формулам:
Нi h= Вi h Av V [Зв/год] (4.1)
Нi g = Вi g Am M = Вi g Av V [Зв/год] (4.2)
где
V - объем вдыхаемого воздуха [м3/год] или объем потребляемой жидкости [м3/ год];
М - масса потребляемой пищи за единицу времени [кг / год];
А v - объемная активность вдыхаемого воздуха или потребляемой жидкости [Бк/м3];
Am - удельная активность пищи [Бк/кг].
Пример Рассчитать с помощью дозовых коэффициентов МКРЗ годовую дозу на организм взрослого человека от потребления молока, загрязненного 137Сs до объемной активности 200 Бк/л.
Решение Согласно усредненным данным по потреблению воздуха, жидкости и пищи человеком (Приложение1) взрослый человек в среднем потребляет в сутки 250 мл молока. Тогда годовое потребление составит 0,25∙365 =91,25 литра.
Дозовый коэффициент МКРЗ для поступления цезия-137 путем заглатывания составляет 1,4∙10-8 Зв/Бк (Приложение 2)
Тогда годовая доза составит:
Н=1,4∙10-8 ∙200∙91,25 = 255,5∙10-6 Зв =2,56 ∙10-4 Зв.
Ответ: годовая доза составляет 0,256 мЗв.
Сравните ответ с ответом задачи из раздела 3 (учтите, что формулы МКРЗ дают лишь приближенную оценку дозы, но более простым способом).
Задачи для самостоятельного решения
ДАННЫЕ ПО НАКОПЛЕНИЮ И ВЫВЕДЕНИЮ НЕКОТОРЫХ РАДИОНУКЛИДОВ
|
Нук- |
Критический |
Т1/2 , |
Тб |
Еef |
Доля р/н, попадающая в орган |
||
|
лид |
орган, его масса (г), эффективный радиус(см) |
cут |
cут |
МэВ |
При загла-тывании в кровь, fi |
При вдыха-нии, fa |
От общего количества в организме, f |
|
60Со 90Sr 137Cs 131I |
Все тело (кроме плазмы крови), 7104; 30 Печень, 1,8103; 10 Скелет, 104; 5 Все тело, 7104; 30 Щитовидная железа, 20; 3 |
1,9103 104 1,1104 8,05 |
6 9,5 1,8104 110 120 |
1,5 0,04 1,1 0,59 0,2 |
0,05 0,05 0,3 1,0 1,0 |
0,4 0,02 0,12 0,75 0,23 |
0,45 0,05 0,97 1,0 0,3 |
УСРЕДНЕННЫЕ ДАННЫЕ ПО ПОТРЕБЛЕНИЮ
ВОЗДУХА, ЖИДКОСТИ И ПИЩИ ЧЕЛОВЕКОМ
Количество воздуха, вдыхаемого условным человеком:
Мужчина - 2,3 104 л / сут;
Женщина - 2,1 104 л / сут
Ребенок 10 лет - 1,5 104 л / сут
Ребенок до 1 года - 0,38104 л / сут
Новорожденный - 0,08104 л / сут
Потребление жидкости:
в т.ч. молоко
Взрослые - 1000-2400 мл/сут 200-300 мл/сут
Дети 5-14 лет - 1000-1200 мл/сут 450 мл/сут
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВНУТРЕННЕГО ОБЛУЧЕНИЯ
ДЛЯ НЕКОТОРЫХ РАДИОНУКЛИДОВ
|
Радионуклид |
Вi g , [Зв/Бк] |
Вi h, [Зв/Бк] |
|
90Sr |
1,910-7 (ККМ) 4,210-7 (поверхность кости) |
3,310-7 (ККМ) 7,310-7 (поверхность кости) |
|
131I |
4,810-7 |
2,910-7 |
|
137Cs |
1,410-8 |
8,7610-8 |