Как измерить радиоактивность человека

Существуют разнообразные приборы, служащие для измерения внешнего облучения, т. е. дозы облучения, получаемого человеком от внешних источников. Но можно ли измерить дозу от радиоактивных изотопов, находящихся внутри организма, или по крайней мере определить, какие радиоактивные изотопы и в каком количестве находятся внутри человеческого организма?

Радиоактивность тела человека можно определить расчетным путем, зная среднее содержание различных радиоактивных изотопов в его организме. Но полученные таким образом данные будут относиться к какому-то "среднему человеку" и не дадут представления о радиоактивности отдельных индивидуумов, так как в зависимости от местных условий содержание радиоактивных элементов в организмах разных людей может различаться иногда в десятки и сотни раз.

О том, в какой степени радиоактивность окружающей природы влияет на радиоактивность животного организма, может свидетельствовать следующий случай. Однажды одному из авторов настоящей книги пришлось проверять радиоактивность ископаемых животных в зоологическом музее. При этом оказалось, что кости животных, умерших несколько десятков тысяч лет назад, обладали значительной радиоактивностью и стрелка прибора отклонялась, как только датчик подносили к костям. В то же время кости других животных не оказывали заметного влияния на счетчик радиоактивных излучений. В дальнейшем выяснилось, что радиоактивными были кости только тех животных, которые проживали в то время в определенной местности. По-видимому, дело было в том, что в отдельных местах радиоактивность растений, почвы и воды была выше обычной. Это в свою очередь привело к отложению в костном скелете повышенных количеств остеотропных радиоактивных элементов - урана и радия. Так как эти элементы обладают значительным периодом полураспада, то, накопившись в костях, они и до сего времени обладают заметной активностью.

Желательно поэтому уметь определять радиоактивность отдельного человека. Особенно это важно для тех, кто по роду своей работы должен сталкиваться с радиоактивными веществами, так как позволит установить, не попали ли радиоактивные вещества внутрь организма. Но измерение радиоактивности человека представляет собой значительные трудности, так как величина ее невелика и ее можно не заметить на фоне гамма-излучения естественно радиоактивных элементов почвы, строительных материалов и космических лучей.

Одно из первых измерений радиоактивности человека было произведено в Швеции. Для этого в скальном грунте вырубили специальную лабораторию. Большая толщина гранита (55 м) позволила значительно уменьшить влияние космических лучей. Чтобы не мешало излучение стен лаборатории, так как известно, что граниты содержат по сравнению с другими породами значительное количество радиоактивных веществ, стены, пол и потолок лаборатории были выложены стальными баками, наполненными водой, толщина которых составляла 1 м. Для наполнения баков привезли 160 т воды из Темзы (Англия), радиоактивность которой оказалась значительно меньшей, чем природная радиоактивность шведских вод. В результате принятых мер природный фон облучения в камере-лаборатории удалось снизить более чем в 30 раз. Для измерения активности служили 12 цилиндрических ионизационных камер размерами 200 x 40 см и объемом около 250 л, окружавших человека со всех сторон.

В настоящее время, благодаря созданию высокоэффективных сцинтилляционных счетчиков излучений, построены более простые, но высокоэффективные установки. В состав такой установки входят следующие элементы: камера для защиты от внешнего гамма- и космического излучения, сцинтилляционный детектор излучения и электронное анализирующее устройство.

Защитная камера служит для помещения исследуемого человека и детектора излучения. Для уменьшения влияния внешнего гамма-излучения и космических лучей стенки камеры делают из стали толщиной 13 - 15 см. Стальные стенки камеры снижают скорость счета от фонового излучения почти в 60 раз. Внутренние размеры камеры таковы, что человек в ней может разместиться в любом положении (сидя, лежа, стоя), в среднем - 2,4 X 2,4 X 2,2 м. Вес камеры 30 - 60 т. Камеру иногда устанавливают на глубине 5 - 10 м под землей для уменьшения фона от космического излучения. Связь и наблюдение за исследуемым осуществляются с помощью телевидения и двусторонней радиосвязи.

Чтобы внутрь камеры не попало радиоактивное загрязнение извне, исследуемый предварительно проходит через душевую, где его одежда заменяется другой, в которой нет радиоактивного загрязнения.

Детекторами для обнаружения и измерения излучений обычно служат большие кристаллы (размером 10 X 12 см) йодистого натрия, активированного таллием, в которых кванты излучения вызывают появление вспышек - сцинтилляций. Применение сцинтилляторов больших размеров позволило значительно повысить чувствительность современных установок: они могут обнаружить в теле человека 0,6 · 10^-9 кюри (0,006 мккюри) радия.

Таблица 6. Содержание естественно радиоактивных изотопов в теле человека (средние значения для человека весом в 70 кг)

При измерении радиоактивности человека часто бывает необходимо не только измерить величину радиоактивности, но и узнать, какими радиоактивными элементами она вызвана. Для этого необходимо знать пектральный состав излучения изотопов, содержащихся в организме исследуемого, так как каждый радиоактивный изотоп дает гамма-излучение одной (или нескольких) строго определенной длины волны.

Эту задачу выполняет входящий в состав установки анализатор, принцип действия которого в следующем. Различные радиоактивные вещества, находящиеся в теле человека, излучают гамма-кванты различной энергии. Кванты, попадая на сцинтиллятор, вызывают импульсы тока, величина которых пропорциональна энергии квантов излучения. Эти импульсы поступают затем в анализатор, представляющий собой сложное радиотехническое устройство, сортирующее импульсы соответственно их амплитудам. Счетчик анализатора показывает числа импульсов различных амплитуд, содержащихся в общей совокупности импульсов, поступающих от измеряемого объекта. Соответственно количеству групп, на которые разбивает анализатор поступающие импульсы по амплитудам, различают 50-, 100- и более канальные анализаторы. На основании данных, полученных от анализатора, строится амплитудный спектр импульсов, представляющий графически зависимость количества импульсов от их амплитуды (от энергии квантов излучения). Описанные выше установки позволяют определять содержание в организме человека только гамма-излучателей. Однако большое значение имеет присутствие в организме человека радиоактивного бета-излучателя стронция-90. Для его определения Ю. М. Штуккенбергом предложен специальный прибор, датчик которого содержит небольшой сцинтиллирующий кристалл, прикладываемый к зубам исследуемого. Количество радиоактивного стронция определяется по интенсивности бета-излучения, выходящего из зубов человека.