Введение к работе
Актуальность темы. В связи с началом активных открытых исследований последствий радиационных аварий и испытаний ядерного оружия в России, США и других странах (авария на Чернобыльской АЭС, радиационные аварии на Южном Урале, Хэнфордском полигоне, ядерные испытания в Семипалатинске, на Тоцком полигоне и др.) в последнее десятилетие возрос интерес к методам дозиметрии, позволяющим реконструировать дозы облучения пострадавших людей. Сложность поставленных задач заключается в том, что большинство крупных радиационных аварий произошло 30 — 50 лет назад (радиационные выбросы на комбинате "Маяк" (Россия), радиационные утечки на Хенфордском ядерном полигоне (США)), когда, во —первых, сами эти события и их последствия были засекречены, а во-вторых, уровень дозиметрических измерений был низок. В связи с этим пристальное внимание исследователей было обращено к методу реконструкции доз ионизирующего излучения по зубным (зубная эмаль и дентин) и костным тканям. Метод основан на определении интенсивности сигнала электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) радиационно —индуцированных центров, которая зависит от дозы ионизирующего излучения и практически не зависит от времени. Оценочная стабильность радиационно — индуцированных центров ЭПР в
кальцинированных тканях составляет около 107 лет. Особое внимание в ЭПР—дозиметрии уделяется зубной эмали. Не обладая клеточной структурой и являясь фактически единственным минералом в организме человека и животных, зубная эмаль является наиболее точным биологическим дозиметром (минимальная определяемая поглощенная доза гамма — излучения — (100±30) мГр), сохраняющим информацию о суммарной прижизненной дозе. Важным моментом является то, что образцы зубной эмали для большинства людей могут быть получены при удалении зубов по медицинским показаниям.
^=2,005 9=2,002 д=1,997
2мТ Рис. 1 Спектры ЭПР зубной эмали и дентина, облученных дозой гамма — излучения 5 Гр (сигнал дентина увеличен в 10 раз). Стрелками отмечены д —факторы комплексного анизотропного сигнала ЭПР радиационно — индуцированных центров. Радиационно — индуцированный сигнал перекрыт фоновым нерадиационным сигналом органических радикалов (9 = 2,002).
Существует ряд проблем, возникающих при
реконструкции доз ионизирующего излучения по зубным
и костным тканям: разработка надежного метода
выделения радиационного сигнала из спектра ЭПР зубной
эмали, изучение энергетической зависимости
радиационного выхода, разделение вкладов гамма — , рентгеновского и ультрафиолетового излучения, выбор оптимальной процедуры приготовления образцов и др.. Решение сложных научных и инженерных задач в настоящее время привлекло усилия десятков научно-исследовательских групп. Ежегодно проводятся международные конференции и симпозиумы, на которых развитию метода ЭПР — дозиметрии по кальцинированным тканям уделяется особое внимание.
Являясь самым чувствительным биологическим
дозиметром, зубная эмаль состоит на 95 — 97% из
гидроксилапатита Саю(РС>4)б(ОН)2 с примесями
двухвалентного аниона С0^~, катионов Na+, Mg2+, Fe2+ и
др. Облучение ионизирующим излучением приводит к
возникновению стабильных радиационно —
индуцированных центров 0(- и СО33- в различном кристаллографическом окружении (рис. 1). Синтез карбонированного гидроксилапатита с радиационным выходом, приближающимся или превышающим радиационный выход зубной эмали, позволил бы создать высокочувствительный датчик для дозиметрии ЭПР. В силу
вышесказанного, исследование механизма образования радиационных дефектов в природных карбонированных апатитах имеет более широкий научный интерес, не ограниченный применением кальцинированных тканей для реконструкции доз облучения.
Основной делью настоящей диссертационной работы
является изучение методом ЭПР радиационно —
индуцированных дефектов в кальцинированных тканях и
синтетическом карбонированном гидроксилапатите с
целью применения этих материалов для реконструкции
доз ионизирующего излучения. Основное внимание
уделяется разработке надежного экспериментального
метода выделения радиационно — индуцированных
сигналов из спектров ЭПР карбонированного
гидроксилапатита, исследованию изменений спектров ЭПР
при облучении, а также проверке эффективности метода
дозиметрии ЭПР для восстановления доз облучения
кальцинированных тканей пострадавших при
радиационных авариях.
Научная новизна настоящей диссертационной работы
состоит в разработке нового экспериментального метода
выделения радиационно —индуцированного сигнала из
спектра ЭПР зубных и костных тканей. Впервые
проведены уникальные эксперименты по измерению
поглощенных доз внутреннего облучения
кальцинированных тканей, содержащих изотоп ш5г.
Впервые реконструированы дозы облучения зубной эмали жителей бассейна р. Теча (Южный Урал), что позволяет более точно оценить масштаб экологической катастрофы, происшедшей более 40 лет назад.
Практическая ценность. Отработана и
сертифицирована в Уральском научно — исследовательском
институте метрологии методика рутинных
дозиметрических измерений на зубной эмали. Это позволило на базе лаборатории электрических явлений Института физики металлов провести реконструкцию поглощенных доз зубной эмали более 200 человек, пострадавших в результате радиационных аварий. Совместно с Институтом экологии растений и животных УрО РАН разработаны методики дозиметрических исследований зубных и костных тканей, содержащих радиоактивный изотоп ^Sr, что позволяет лучше понять последствия радиационных аварий на Южном Урале. Изучены потенциальные возможности применения гидроксилапатита в качестве датчика для ЭПР — дозиметрии гамма —излучения. Совместно с Институтом физики и прикладной математики при Уральском государственном университете сертифицирована в Уральском центре стандартизации и метрологии методика реконструкции доз методом ЭПР с использованием датчика из аминокислоты аланин СНзСН(МН2)СООН.
Апробация работы. Основные результаты
диссертационной работы докладывались на следующих симпозиумах и конференциях:
IX Международный конгресс по радиационной защите, апрель 1996, Вена, Австрия (1996 International Congress on Radiation Protection);
IV Международный симпозиум по ЭСР дозиметрии и применениям, май 1995, Нойхерберг/Мюнхен, Германия (4th International Symposium on ESR Dosimetry and Applications);
I Международный азиатско-тихоокеанский симпозиум ЭПР/ЭСР, январь 1997, Гонк—Конг, Китай (1st Asia —Pacific EPR/ESR Symposium);
Международная конференция по радиации и здравоохранению, ноябрь 1996, Биршева, Израиль (International Conference on Radiation and Health);
IV Международный симпозиум "Урал атомный, Урал промышленный", 30 сентября— 3 октября 1996, Екатеринбург, Россия.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в статьях [1— 4], материалах конференций [7—10], а также монографиях [5, 6].
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии. Содержит 148 страниц машинописного текста, 43 рисунка, 20 таблиц и список литературы, включающий 122 наименования.
