Задачи и особенности технологической дозиметрии

 

Важным технологическим параметром радиационных про­цессов является поглощенная объектом (продукцией) доза излучения и ее мощность, которые подлежат контролю при использовании РБТ. Решением этих вопросов занимается технологическая дозиметрия. Таким образом, задача технологической дозиметрии при проведении процессов радиобиологической технологии – определение и контроль степени облучения продукции (объектов), подвергаемой радиационной об­работке. Диапазон измеряемых доз в различных процессах РБТ крайне широк и колеблется от 2× 10^-2 до 5× 10⁴ Гр (табл. 17).

Специфика технологической дозиметрии во многом зави­сит от режима работы радиационной установки, вида облучателя, характера радиационного процесса, физических и химических свойств облучаемых объектов.

Кроме того, при сдаче в эксплуатацию радиационной тех­ники, предназначенной для проведения конкретного процесса, дозиметрия позволяет определить соответствие параметров (мощности экспозиционной дозы гамма-излучения; тока электронов в пучке ускорителя, мощности и формы пучка электронов; конфигурации поля доз и др.) техническому заданию и паспортным характеристикам.

 

Таблица 17. Диапазон доз при целевом использовании ионизирующих излучений

Цель облучения	Диапазон измерений, Гр
Предпосевное облучение семян сельхозкультур
Предпосадочное облучение картофеля (стимули­рующий эффект)
Задержка прорастания семенных клубней картофеля в предпосадочный период	20–30
Селекция растений	10– 103
Предотвращение прорастания картофеля, лука	50–150
Продление сроков хранения овощей, ягод, фруктов	(1–8)· 103
Дезинсекция зерна	102– 103
Стерилизация медицинских изделий и препаратов	103– 5· 104
Радуризация рыбы и рыбных продуктов	(2– 4)· 103
Обеззараживание навозных стоков промышленных животноводческих комплексов	3· 102–104
«Ослепление» глазков на черенках винограда	5–30
Карантинное обеззараживание кожи и шерсти животных	(2– 3) · 104
Консервирование шкур и кожевенного сырья	103– 104
Стерилизация специй и других добавок в пищевые продукты	(0, 5– 2)· 104
Стерилизация пищи лабораторных животных	(0, 5–2)· 104
Стерилизация сточных вод	(0, 4–2) · 104
Экстракорпоральное облучение крови	1–6
Половая стерилизация насекомых-вредителей	50–150
Консервирование и улучшение качества кормов	(0, 2– 3)· 104
Увеличение яйценоскости и жизнеспособности кур	(2– 6)· 102
Стерилизация изделий и препаратов в ветеринарии	(2– 5)· 104
Удлинение сроков хранения мяса и ряда мясных продуктов:
радисидацией	(2–6) · 103
радуризацией	(1– 6)· 103
радаппертизацией	(1– 5)· 104

 

Если в качестве примера взять процесс радиационной сте­рилизации медицинских изделий и препаратов (табл. 18), то доза (время) является практически единственным контролируемым параметром.

Аналогичное положение и при проведении других процессов РБТ предпосевного облучения семян сельскохозяйственных растений (обеззараживание промышленных и животноводческих стоков, радиационная обработка пищевых продуктов и т. п.).

Экспериментальное определение дозы излучения в диапа­зоне задач, приведенных выше, практически не может быть осуществлено с помощью какого-либо одного метода. В зависимости от агрегатного состояния продукции (твердотельная, перемешиваемая или неперемешиваемая система, жидкостная), физико-механических свойств системы, условий радиационной обработки (мощности поглощенной дозы, темпе­ратуры в процессе облучения, среды), характера процесса (непрерывный, периодический) требования к применяемым дозиметрам, естественно, различны. Технологическая дозиметрия, как и всякая иная, основана на регистрации физических и химических эффектов (ионизации, сцинтилляции, тепловых, химических, оптических и др.), по которым определя­ют энергию излучения, поглощаемую облучаемой средой.

Кроме того, дозиметрическая система, как составная часть радиационной технологии, наряду с другими требованиями должна обладать тканеэквивалентностью, достаточной точностью и стабильностью показаний по времени.

 

Таблица 18. Контролируемость параметров при различных методах стерилизации

 

Параметры	Метод стерилизации
Паровой (автоклавирование)	Газовый (окись этилена)	Радиационный (иониз. излуч.)	Термо-радиационный	Криогенно-радиационный
Температура	+	+	–	+	+
Время	+	+	+	+	+
Давление	+	+	–	–	–
Вакуум	+	+	–	–	–
Концентрация	–	+	–	–	–
Упаковка	+	+	–	–	–
Влажность	–	+	–	–	–

 

Примечание: + контролируемый, – неконтролируемый.

 

При определении распределения поля поглощенной дозы в облучаемой продукции возникает необходимость моделирования. Иногда для моделирования применяют фантомы, т.е. в тару помещают материал, который позволяет воспроизвести геометрическую форму, условия поглощения и рассеяния для конкретного вида излучения и изделий.

Фантом может быть и реальный, тогда в тару помещают некондиционную продукцию. В качестве фантомов часто употребляют пенопласт, парафин, органическое стекло и другие, в зависимости от плотности облучаемой продукции и эффективного атомного номера. В фантомах в определенных условиях фиксируют детекторы излучения, которые позволяют в дальнейшем определить распределение поля поглощенной дозы в облучаемой упаковке. Пространственное распределение погло­щенной дозы измеряют с помощью рабочих дозиметров, по­грешность которых не превышает 10% при доверительной вероятности 0, 95. Более точную информацию в случае неоднородной облучаемой продукции можно получить, используя некондиционную продукцию.

Качество продукции и получение оптимального экономического эффекта зависят от точности и правильности определения поглощенной дозы (иногда и от мощности поглощенной дозы) в продукции, подвергшейся радиационной обработке. В зависимости от способа проведения технологического процесса (непрерывного в виде потока жидкости или твердотельного сыпучего материала для «блочных» объектов) за­дачи измерения поглощенной дозы решают различными ме­тодами. Наиболее сложной задачей является измерение по­глощенных доз в процессе радиационной обработки непре­рывного потока перемешиваемых систем (жидкости, твердо­тельных сыпучих материалов). Измерение и контроль дозы при радиационной обработке в непрерывном потоке, напри­мер, сыпучего материала, выдвигает ряд требований: размер и форма детекторов должны быть соизмеримы с размером облучаемых частиц (например, семян); плотность детектора должна быть близка к средней плотности облучаемой продук­ции; детекторы должны обладать достаточной механической прочностью.

Также необходимо помнить, что применяемые химические и пленочные дозиметры близки по плотности и атомному со­ставу полимерным материалам, используемым в изделиях. Однако при облучении изделий из металла могут возникнуть ошибки и величина поглощенной дозы будет недооценена.

Для группы процессов с «блочными» системами задачи измерения поглощенной дозы решаются с помощью дозимет­ров, размещенных в фиксированных точках тары (упаковки) с продукцией или веществом, близким к ней по составу.

К особенностям дозиметрии при радиационной обработке объектов ускоренными электронами в отличие от дозиметрии на изотопных установках относится возможность изменения поля мощности дозы в зоне облучения из-за изменения пара­метров ускорителя – тока, энергии и величины отклоняюще­го поля в развертывающем устройстве. Это налагает опреде­ленные требования на организацию дозиметрического контроля, которые выражаются в необходимости непрерывного контроля за величиной поглощенной дозы или за параметра­ми ускорителя. Другой особенностью технологической дози­метрии являются чрезвычайно высокие интенсивности излу­чения, создающие мощности поглощенной дозы 10 кГр/с, а в случае импульсных излучений – до нескольких сотен тысяч килогрей в секунду. Поэтому все дозиметрические системы, разработанные и использующиеся на изотопных установках, требуют корректировки своих характеристик.