Fizyka zdrowia - Health physics

Aby zapoznać się z czasopismem akademickim o tej samej nazwie, zobacz Health Physics (czasopismo) .
Fizyka zdrowia dla twojej ochrony.
Plakat Laboratorium Narodowego Oak Ridge z 1947 roku .

Fizyka zdrowia, zwana także nauką o ochronie radiologicznej , to zawód poświęcony ochronie ludzi i ich środowiska przed potencjalnymi zagrożeniami radiacyjnymi , a jednocześnie pozwalających cieszyć się korzystnymi zastosowaniami promieniowania. Fizycy zajmujący się zdrowiem zwykle wymagają czteroletniego tytułu licencjata i doświadczenia kwalifikacyjnego, które wykazują profesjonalną znajomość teorii i stosowania zasad ochrony przed promieniowaniem oraz nauk ścisłych pokrewnych. Fizycy zajmujący się zdrowiem pracują głównie w obiektach, w których wykorzystuje się lub wytwarza radionuklidy lub inne źródła promieniowania jonizującego (takie jak generatory promieniowania rentgenowskiego ); obejmują one badania, przemysł, edukację, placówki medyczne, energetykę jądrową, wojsko, ochronę środowiska, egzekwowanie przepisów rządowych oraz dekontaminację i likwidację – połączenie wykształcenia i doświadczenia dla fizyków zdrowia zależy od konkretnej dziedziny, w którą fizyk medyczny jest zaangażowany .

Podspecjalizacje

Istnieje wiele podspecjalizacji w dziedzinie fizyki zdrowia, w tym:

Fizyka zdrowia operacyjnego

Poddziedzina operacyjnej fizyki zdrowia, zwana również stosowaną fizyką zdrowia w starszych źródłach, koncentruje się na pracach terenowych i praktycznym zastosowaniu wiedzy z zakresu fizyki zdrowia w sytuacjach rzeczywistych, a nie na badaniach podstawowych.

Fizyka medyczna

Dziedzina Fizyki Zdrowia jest powiązana z dziedziną fizyki medycznej i są one do siebie podobne w tym, że praktycy polegają na wielu z tych samych podstawowych nauk (tj. fizyce radiacyjnej, biologii itp.) w obu dziedzinach. Fizycy zajmujący się zdrowiem koncentrują się jednak na ocenie i ochronie zdrowia ludzkiego przed promieniowaniem, podczas gdy fizycy medyczni i fizycy medyczni wspierają stosowanie promieniowania i innych technologii opartych na fizyce przez lekarzy do diagnozowania i leczenia chorób.

Przyrządy do ochrony przed promieniowaniem

Praktyczny pomiar promieniowania jonizującego jest niezbędny dla fizyki zdrowia. Umożliwia ocenę środków ochrony, a także oszacowanie prawdopodobnej lub faktycznie otrzymanej dawki promieniowania przez jednostki. Dostarczanie takich instrumentów jest zwykle kontrolowane przez prawo. W Wielkiej Brytanii są to przepisy dotyczące promieniowania jonizującego z 1999 r.

Przyrządy pomiarowe do ochrony przed promieniowaniem są zarówno „zainstalowane” (w stałej pozycji), jak i przenośne (ręczne lub przenośne).

Zainstalowane instrumenty

Zainstalowane instrumenty są mocowane w pozycjach, o których wiadomo, że są ważne przy ocenie ogólnego zagrożenia radiacyjnego na danym obszarze. Przykładami są zainstalowane monitory promieniowania „obszarowego”, monitory z blokadą gamma, monitory wyjścia personelu i monitory skażenia w powietrzu.

Monitor obszaru mierzy promieniowanie otoczenia, zwykle promieniowanie rentgenowskie, gamma lub neutrony; są to promieniowanie, które może mieć znaczne poziomy promieniowania w zakresie przekraczającym kilkadziesiąt metrów od źródła, a tym samym pokrywać duży obszar.

Monitory z blokadą są używane w aplikacjach zapobiegających przypadkowemu narażeniu pracowników na nadmierną dawkę, uniemożliwiając personelowi dostęp do obszaru, w którym występuje wysoki poziom promieniowania.

Monitory skażenia w powietrzu mierzą stężenie cząstek radioaktywnych w atmosferze w celu ochrony przed osadzaniem się cząstek radioaktywnych w płucach personelu.

Monitory wyjścia personelu są używane do monitorowania pracowników, którzy wychodzą z obszaru „kontrolowanego skażenia” lub potencjalnie skażonego obszaru. Mogą to być monitory ręczne, sondy do wyszukiwania odzieży lub monitory całego ciała. Monitorują one powierzchnię ciała i odzieży pracowników, aby sprawdzić, czy nie doszło do skażenia radioaktywnego . Zwykle mierzą one alfa, beta lub gamma lub ich kombinacje.

Brytyjskie Narodowe Laboratorium Fizyczne opublikowało przewodnik dobrych praktyk za pośrednictwem Forum Metrologii Promieniowania Jonizującego, dotyczący dostarczania takiego sprzętu i metodologii obliczania poziomów alarmowych, które należy zastosować.

Instrumenty przenośne

Instrumenty przenośne można trzymać w ręku lub można je przenosić. Przyrząd ręczny jest zwykle używany jako miernik pomiarowy do szczegółowego sprawdzania obiektu lub osoby lub oceny obszaru, w którym nie ma zainstalowanego oprzyrządowania. Mogą być również używane do monitorowania wyjść personelu lub kontroli skażenia personelu w terenie. Zwykle mierzą one alfa, beta lub gamma lub ich kombinacje.

Przyrządy przenośne to na ogół przyrządy, które zostałyby zainstalowane na stałe, ale są tymczasowo umieszczane w obszarze, aby zapewnić ciągły monitoring tam, gdzie istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia zagrożenia. Takie przyrządy są często instalowane na wózkach, aby umożliwić łatwe rozmieszczenie i są związane z tymczasowymi sytuacjami operacyjnymi.

Rodzaje instrumentów

Poniżej wymieniono szereg powszechnie stosowanych przyrządów do wykrywania.

Aby uzyskać pełniejszy opis każdego z nich, należy skorzystać z linków.

Wskazówki dotyczące użytkowania

W Zjednoczonym Królestwie HSE wydał notę naprowadzania użytkownika na wybór odpowiedniego instrumentu pomiaru promieniowania dla danego zastosowania [2] . Obejmuje to wszystkie technologie instrumentów promieniowania jonizującego i jest użytecznym przewodnikiem porównawczym.

Dozymetry promieniowania

Dozymetry to urządzenia noszone przez użytkownika, które mierzą dawkę promieniowania , jaką otrzymuje użytkownik. Typowe typy dozymetrów do noszenia na ciele do promieniowania jonizującego obejmują:

Jednostki miary

Wielkości dawek zewnętrznych stosowane w ochronie radiologicznej i dozymetrii
Wykres przedstawiający zależność jednostek dawki promieniowania w układzie SI

Dawka pochłonięta

Podstawowe jednostki nie uwzględniają wielkości szkód wyrządzonych materii (zwłaszcza żywej tkance) przez promieniowanie jonizujące. Jest to bardziej związane z ilością zdeponowanej energii niż z ładunkiem. Nazywa się to dawką pochłoniętą .

  • Szary (Gy) z jednostek J / kg, to SI urządzenie wchłoniętej dawki, co stanowi ilość promieniowania wymaganego dla uzyskania osadu 1 Joule energii w 1 kg jakiejkolwiek substancji.
  • Rad (promieniowanie dawki pochłoniętej) jest odpowiedni tradycyjnym urządzeniu, które jest złożone 0,01 J na kilogram. 100 rad = 1 Gy.

Dawka równoważna

Równe dawki różnych rodzajów lub energii promieniowania powodują różne uszkodzenia żywej tkanki. Na przykład 1 Gy promieniowania alfa powoduje około 20 razy większe szkody niż 1 Gy promieniowania rentgenowskiego . W związku z tym określono dawkę równoważną, aby dać przybliżoną miarę biologicznego efektu promieniowania. Jest obliczany przez mnożenie dawki pochłoniętej przez współczynnik wagowy W R , który jest różny dla każdego typu promieniowania (patrz tabela w względna biologiczna skuteczność # Standardization ). Ten czynnik ważenia jest również nazywany Q (współczynnik jakości) lub RBE ( względna skuteczność biologiczna promieniowania).

  • Sievert (Sv) jest jednostka SI równoważnej dawki. Chociaż ma te same jednostki co szarość, J/kg, mierzy coś innego. Dla danego typu i dawki promieniowania zastosowanego do określonej części ciała określonego organizmu, mierzy wielkość dawki promieniowania rentgenowskiego lub promieniowania gamma zastosowanego na całe ciało, tak że prawdopodobieństwa wywołania raka w obu scenariuszach są takie same według aktualnych statystyk.
  • REM (Roentgena równoważne człowiek) jest tradycyjna jednostka równoważnej dawki. 1 siwert = 100 rem. Ponieważ rem jest stosunkowo dużą jednostką, typowa dawka równoważna jest mierzona w miliremach (mrem), 10-3 rem lub w mikrosiwertach (μSv), 10-6 Sv. 1 mrem = 10 μSv.
  • Jednostką stosowaną czasami dla dawek promieniowania o niskim poziomie jest BRET ( czas równoważny promieniowania tła ). Jest to liczba dni ekspozycji na promieniowanie tła przeciętnego człowieka, której dawka jest równoważna. Ta jednostka nie jest znormalizowana i zależy od wartości użytej dla średniej dawki promieniowania tła. Używając wartości UNSCEAR 2000 (poniżej), jedna jednostka BRET jest równa około 6,6 μSv.

Dla porównania, średnia „tła” dawka promieniowania naturalnego otrzymywana przez osobę dziennie, oparta na szacunkach UNSCEAR z 2000 r., wynosi BRET 6,6 μSv (660 μrem). Jednak ekspozycje lokalne różnią się, ze średnią roczną w USA wynoszącą około 3,6 mSv (360 mrem), a na małym obszarze w Indiach nawet 30 mSv (3 rem). Śmiertelna dawka promieniowania na całe ciało człowieka wynosi około 4-5 Sv (400-500 rem).

Historia

W 1898 r. Towarzystwo Röntgena (obecnie Brytyjski Instytut Radiologii ) powołało komisję ds. urazów rentgenowskich, inicjując w ten sposób dyscyplinę ochrony przed promieniowaniem.

Termin „fizyka zdrowia”

Według Paula Frame:

„Uważa się, że termin „fizyka zdrowia” pochodzi z Laboratorium Metalurgicznego na Uniwersytecie w Chicago w 1942 r., ale dokładne pochodzenie jest nieznane. Termin ten został prawdopodobnie ukuty przez Roberta Stone'a lub Arthura Comptona , ponieważ Stone był szefem Wydziału Zdrowia Arthur Compton był szefem Laboratorium Metalurgicznego.Pierwszym zadaniem Sekcji Fizyki Zdrowia było zaprojektowanie osłony dla reaktora CP-1, który konstruował Enrico Fermi , więc pierwotni HP byli głównie fizykami próbującymi rozwiązać problemy związane ze zdrowiem. Wyjaśnienie podane przez Roberta Stone'a brzmiało, że „...termin Fizyka Zdrowia został użyty w Projekcie Plutonu w celu zdefiniowania dziedziny, w której metody fizyczne są używane do określania istnienia zagrożeń dla zdrowia personelu”.

Odmianę podał Raymond Finkle, pracownik Wydziału Zdrowia w tym okresie. „Na początku moneta oznaczała jedynie sekcję fizyki Wydziału Zdrowia… nazwa służyła również bezpieczeństwu: „ ochrona przed promieniowaniem ” mogła wzbudzić niepożądane zainteresowanie; „fizyka zdrowia” niczego nie przekazywała”.

Ilości związane z promieniowaniem

Poniższa tabela przedstawia wielkości promieniowania w jednostkach SI i non-SI.

Wielkości związane z promieniowaniem jonizującym zobacz  ‧  porozmawiaj  ‧  edytuj
Ilość Jednostka Symbol Pochodzenie Rok równoważność SI
Aktywność ( A ) bekerel Bq s- 1 1974 Jednostka SI
curie Ci 3,7 × 10 10 s -1 1953 3,7 × 10 10  Bq
Rutherford R & D 10 6 s -1 1946 1 000 000 Bq
Ekspozycja ( X ) kulomb na kilogram C/kg C⋅kg- 1 powietrza 1974 Jednostka SI
Röntgen r esu / 0,001293 g powietrza 1928 2,58 × 10 -4 C/kg
Dawka pochłonięta ( D ) szary Gy J kg -1 1974 Jednostka SI
erg na gram erg/g erg⋅g -1 1950 1,0 × 10 -4 Gy
rad rad 100 erg⋅g -1 1953 0,010 Gy
Dawka równoważna ( H ) siwert Sv J⋅kg -1 × W R 1977 Jednostka SI
ekwiwalent röntgen man Rem 100 erg⋅g -1 x W R 1971 0,010 Sv
Skuteczna dawka ( E ) siwert Sv J⋅kg -1 × W R × W T 1977 Jednostka SI
ekwiwalent röntgen man Rem 100 erg⋅g -1 × W R × W T 1971 0,010 Sv

Chociaż Komisja Regulacji Jądrowych Stanów Zjednoczonych zezwala na używanie jednostek curie , rad i rem obok jednostek SI, dyrektywy Unii Europejskiej dotyczące jednostek miar wymagają, aby ich stosowanie do „celów zdrowia publicznego…” zostało wycofane do 31 grudnia. 1985.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

  • Health Physics Society , organizacji naukowych i zawodowych, którego członkowie specjalizują się w dziedzinie bezpieczeństwa pracy i ochrony środowiska przed promieniowaniem.
  • [3] - "Mylący świat dozymetrii promieniowania" - MA Boyd, 2009, Agencja Ochrony Środowiska USA. Omówienie różnic chronologicznych między systemami dozymetrycznymi USA i ICRP.
  • Pytania i odpowiedzi: Skutki zdrowotne narażenia na promieniowanie , BBC News , 21 lipca 2011 r.