Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 9
1.1. Необходимость ретроспективной дозиметрии 9
1.2. Методы ретроспективной дозиметрии
1.2.1. Сущность метода определения поглощенных доз внешнего фотонного излучения по спектрам ЭПР зубной эмали 13
1.2.2. Состав и строение тканей зубов человека 21
1.3 Принцип ЭПР-спектроскопии и форма линий спектра ЭПР эмали зубов человека 24
1.3.1 Ширина линии 25
1.3.2 g-фактор 28
1.3.3 Сравнение линий лоренцевой и гауссовой формы 31
1.3.4 Описание радиационно-индуцированного сигнала 33
1.4 Анализ существующих методик обработки спектров ЭПР эмали зубов человека
1.4.1 Метод матриц 35
1.4.2 Метод селективного насыщения 38
1.4.3 Метод непосредственного вычитания 39
1.4.4 Методы компьютерного моделирования экспериментальных спектров ЭПР
1.5 Обзор программного обеспечения для математической обработки спектров ЭПР 40
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 44
2.1. Приготовление образцов эмали 44
2.2. Измерение спектров ЭПР 45
2.3. Математическая обработка спектров ЭПР 46
2.3.1. Алгоритм Левенберга-Марквардта 47
2.3.2 Постановка задачи 47
2.3.3. LMA как комбинация простейшего градиентного метода и метода Гаусса-Ньютона 49
2.3.4. LMA как метод доверительных интервалов 52
Глава 3. Результаты и обсуждение 55
Разработка усовершенствованного метода математической обработки спектров 55
3.1. Подбор функций описывающих нативный фоновый и радиационно индуцированный сигналы 55
3.1.1. Функция описания модели спектра ЭПР 3.2 Оптимизация алгоритма математической обработки спектров ЭПР облученной эмали измеренных при различных условиях 62
3.3 Оценка эффективности разработанного способа при обработке спектров, измеренных в различных условиях
3.3.1 Описание образцов эмали 71
3.3.2 Условия и параметры записи спектров ЭПР 72
3.3.3 Результаты обработки спектров полученных для тестовых образцов 75
3.3.4 Использование предложенной методики при обработке спектров полученных при различных условиях 84
3.3.5 Результаты исследования для калибровочных образцов 85
3.3.6. результаты исследования для тестовых образцов 91
3.4 Применение предложенной методики обработки спектров ЭПР для дозиметрии с использованием различных материалов 95
Заключение 100
Выводы 102
- Сущность метода определения поглощенных доз внешнего фотонного излучения по спектрам ЭПР зубной эмали
- Анализ существующих методик обработки спектров ЭПР эмали зубов человека
- LMA как комбинация простейшего градиентного метода и метода Гаусса-Ньютона
- Оценка эффективности разработанного способа при обработке спектров, измеренных в различных условиях
Введение к работе
Актуальность работы.
Ретроспективное определение величин радиационного воздействия имеет большое значение для анализа радиационных рисков и является важной частью многих радиационно-эпидемиологических исследований. В частности, методы индивидуальной ретроспективной дозиметрии крайне необходимы тогда, когда население и персонал подверглись неконтролируемому облучению в результате радиационных аварий и инцидентов.
Для ретроспективной оценки индивидуальных накопленных доз облучения в случаях неконтролируемого воздействия радиации может быть использована электронная парамагнитная резонансная спектроскопия (ЭПР) образцов эмали зубов человека (ЭПР-дозиметрия). Этот метод на протяжении ряда лет успешно применяется для ретроспективной дозиметрии фотонного излучения после аварийных ситуаций (Skvortsov V.G. et.al, 1995; Скворцов В.Г. с соавт. 1996; Ivannikov A.I. et.al.,1997; Skvortsov V.G. et.al, 2000).
Известно, что спектр ЭПР облучённых образцов эмали зубов состоит из двух основных сигналов: нативного фонового сигнала (ФС) и радиационно-индуцированного сигнала (PC). Поглощённая доза в эмали может быть определена на основе измерения интенсивности PC с использованием калибровочных зависимостей. В области относительно малых доз (до 500 мГр), представляющей интерес в радиационной эпидемиологии, PC существенно маскируется ФС, что затрудняет измерение его интенсивности. Оценка доз в этой области крайне важна с точки зрения радиоэкологического мониторинга населения, проживающего на загрязненных территориях, когда ожидаемые дозы облучения относительно малы, однако радиационному воздействию подвержены широкие слои населения. Эти данные крайне необходимы для оценки рисков медицинских последствий подобных воздействий. Для того чтобы выделить PC и измерить его интенсивность с целью уменьшения порога чувствительности метода ЭПР-дозиметрии, необходимо проводить специальную математическую обработку спектра ЭПР. Выбор оптимального способа обработки спектра на этом этапе является очень важным для достижения надежного результата при определении поглощённой дозы фотонного излучения.
Цель работы.
Повышение точности и снижение предела регистрации метода ЭПР-
дозиметрии по эмали зубов при оценке малых доз облучения путём разработки
и усовершенствования способа математической обработки экспериментального
спектра ЭПР. ( ^
Задачи исследования.
-
Разработка модели на основе аналитических функций для описания нативного фонового и радиационно-индуцированного сигналов ЭПР облученной эмали зубов человека;
-
Разработка способа обработки спектров ЭПР эмали на основе подгонки модели к экспериментальному спектру ЭПР эмали зубов;
3. Разработка подходов к анализу эффективности способа обработки спектров эмали;
-
Оптимизация модели путём подбора функции, описывающей ФС и PC;
-
Анализ эффективности разработанного способа обработки спектров при различных параметрах измерений (микроволновая мощность, время накопления) спектров образцов облучённых разными дозами;
-
Оценка эффективности использования разработанного способа при различных условиях регистрации спектров ЭПР образцов эмали, используемых для ЭПР-дозиметрии в других лабораториях;
-
Разработка универсального способа обработки спектров ЭПР для дозиметрии с использованием различных материалов.
Научная новизна.
Впервые проведена оптимизация метода обработки спектров для ЭПР-дозиметрии по эмали зубов человека путём минимизации погрешности определения дозы, оцениваемой по отклонению от номинального значения образцов, облучённых разными дозами.
Также разработана аналитическая модель, учитывающая изменение формы компонент спектра ЭПР облучённой эмали при различной микроволновой мощности в резонаторе.
Проведена оптимизация условий измерения спектров ЭПР облучённой эмали путём минимизации погрешности определения дозы с использованием разработанного способа обработки спектров.
Выполнены испытания разработанного способа обработки спектров ЭПР облучённой эмали в применении к спектрам, измеренным разными лабораториями в процессе 4-го международного интерсличения по ЭПР-дозиметрии.
Впервые показано, что разработанный способ обработки спектров ЭПР является универсальным и пригоден для ретроспективной ЭПР- дозиметрии по другим объектам исследования.
Практическая значимость.
Проведение исследований методом ЭПР-спектроскопии эмали зубов человека обусловлена необходимостью получения дозиметрических оценок, необходимых для анализа радиобиологических эффектов, индуцированных радиацией, и уточнения коэффициентов риска отдалённых медицинских последствий, а также для того, чтобы создать научно-практическую базу для
принятия решений о мерах медицинского и социального характера защиты людей.
Разработанный способ обработки спектров предназначен для практического использования при определении индивидуальных накопленных доз фотонного излучения методом ЭПР-дозиметрии у лиц, подвергшихся неконтролируемому облучению вследствие радиационных аварий.
Основные положения, выносимые на защиту.
Эффективность разработанной модели, описывающей нативный фоновый и радиационно-индуцированный сигналы, в суммарном спектре ЭПР эмали зубов человека.
Результаты экспериментальной оценки спектров облучённой эмали зубов разработанным способом при сравнении с ранее используемыми моделями и подходами.
Эффективность применения методики на спектрах, полученных при разных условиях обработки, на примере 4-го международного интерсличения.
Возможность применения разработанного алгоритма, основанного на нелинейном методе наименьших квадратов, для подгонки смоделированного спектра, состоящего из компонент, представленных в численной форме, как универсального способа для ЭПР-дозиметрии с использованием других материалов.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены на:
8-й международной конференция по биодозиметрии (BioDose - 2008), США;
международной конференция EPRBioDose 2010, Франция.
Апробация диссертации состоялась 22 декабря 2010 г. (протокол № 256) на научной конференции радиологического экспериментального сектора ФГБУ МРНЦ Минздравсоцразвития России.
Публикации.
По результатам диссертационной работы опубликовано 5 научных работ (из них 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК МОиН РФ).
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и 14 таблиц, 18 страниц приложений. Список литературы содержит 102 наименования.
Сущность метода определения поглощенных доз внешнего фотонного излучения по спектрам ЭПР зубной эмали
Оценка интенсивности радиационно-индуцированного сигнала (PC) проводится следующими способами: непосредственное измерение амплитуды пика PC при gj_=2.0036 [11]. Этот способ прост в осуществлении, HOS дает удовлетворительные результаты лишь при высоких дозах облучения, так как при низких дозах облучения данный сигнал в значительной степени искажается НФ сигналом; измерение амплитуды пика при gf=1.997 [50]. Этот сигнал в меньшей1 степени искажается ФС, однако, он является более слабым по интенсивности, в сравнении с интенсивностью пика PC при gj_=2.0036; измерение амплитуд обоих пиков PC после вычитания ФС из интегрального спектра [9; 17; 28; 95]. Осуществление этого способа возможно только в случае оснащения спектрометра ЭПР соответствующим программным обеспечением. В качестве функции, моделирующей ФС, используются либо функция Гаусса, либо функция Лоренца [9], а также сигнал ЭПР, измеренный по образцам эмали заведомо необлученных зубов (как правило, эмаль молочных зубов) [3; 17; 93; 94]; выделение PC за счет насыщения ФС при повышенной мощности СВЧ. Нижний предел регистрации дозы и погрешность данного метода определяются необходимостью учета не полностью подавленного ФС, а , также тем, что с ростом мощности увеличивается интенсивность сигналов примесных ПЦ эмали, приводя к искажению базовой линии. Точность определения дозы при использовании двух последних методов может быть повышена путем двойного интегрирования сигнала для определения абсолютной концентрации ПЦ; для кривой I (Р) ФС характерно множество значений мощности СВЧ (например, Р1 и Р2 на рис. 1.4 - а), при которых интенсивность этого сигнала одинакова. Авторами работ [27; 101] предлагается измерять спектры ЭПР при двух таких значениях мощности и интенсивность PC оценивать по разностному спектру, полученному путем вычитания спектра ЭПР, записанного при меньшей мощности из спектра ЭПР, записанного при большей мощности. При реализации данного метода основные трудности заключаются в искажении базовой линии в спектрах, измеренных при больших значениях мощности, а также в учете индивидуальной вариабельности зависимости І(Р) ФС и большей погрешности определения значения Р1.
Для повышения точности определения дозы приведенными выше способами можно использовать метод последующих дооблучений. Сущность метода заключается в облучении исследуемого образца в последовательно возрастающих дозах и построении зависимости измеренных значений доз от добавленной дозы. Затем измеренную зависимость экстраполируют к нулевому уровню добавленной дозы и по точке пересечения с осью абсцисс определяют искомое значение дозы. Точность метода можно повысить, если процедуру экстраполяции проводить для большого числа точек спектра - так называемый "метод плато". Применение данного метода особенно целесообразно при измерении образцов, имеющихся в единичных экземплярах и для которых неизвестно значение радиационного выхода ПЦ. К недостаткам данного метода следует отнести не всегда оправданное возрастание энерго- и трудозатрат [86].
Для определения абсолютных значений доз излучения по измеренным значениям интенсивности PC эмали используются калибровочные коэффициенты, определяемые экспериментально при облучении образцов эмали заданными дозами. Существует два подхода к использованию калибровочных коэффициентов. Первый состоит в использовании универсальных коэффициентов, полученных усреднением результатов измерений индивидуальных калибровочных коэффициентов. Данный подход оправдан в случае проведения широкомасштабных рутинных измерений доз [3; 17; 47; 76; 94]. В тех случаях, когда необходима высокая точность измерений, для учета индивидуальной радиационной чувствительности образца эмали может быть использован метод последующих дооблучений [9; 14; 50].
В обоих случаях - определение универсальных калибровочных коэффициентов и осуществление метода последующих дооблучений -используются, как правило, калиброванные моноэнергетические источники гамма-излучения с изотопами Со-60 или Cs-137.
Минерализованные ткани организма млекопитающих, главным образом состоят из-солей кальция, большинство из которых фосфаты, с небольшим содержанием карбонатов. Некоторые из этих солей представляют собой кристаллы в виде аморфной или «субмикрокристаллической» фазы [15; 79].
Как было отмечено выше, ионизирующее излучение вызывает в минерализованных тканях организма, наряду с другими процессами, образование ПЦ, концентрацию которых можно определить с помощью ЭПР-спектроскопии. РИ ПЦ в кристаллической решетке костных минералов могут быть распознаны как стабильные ПЦ, характеризующиеся асимметричным синглетным сигналом ЭПР. Достаточно давно установлено, что наиболее уникальными дозиметрическими характеристиками обладает эмаль зубов человека, РИ ПЦ которой являются наиболее стабильными.
Зуб состоит из коронки и корня (рис. 1.5). Составляющие зуб ткани: Эмаль, которая является твердым защитным покровом коронки зуба. Ее толщина колеблется в диапазоне 1,0 — 2,5 мм. Плотность составляет 2,92 г/см3. Химический состав представлен в таблице 1.1 [2; 10; 29; 51]. Эмаль является самой твердой тканью в организме. Это объясняется высоким содержанием неорганических веществ (более 95%). Основное составляющее вещество — гидроксиапатит кальция - Саю(Р04)б(ОН)2. Его содержание в эмали зубов человека составляет около 84 %.
Анализ существующих методик обработки спектров ЭПР эмали зубов человека
Таким образом на основе проведенного анализа литературы, можно сделать вывод, что эмаль зубов человека обладает уникальными свойствами с точки, зрения проведения ретроспективных измерений накопленных доз излучения. Такая возможность обусловлена, в первую очередь, высокой стабильностью ПЦ, образующихся в эмали под действием ионизирующего излучения. Концентрацию стабильных радиационно-индуцированных (РИ) ПЦ можно оценить методом ЭПР-спектроскопии эмали и использовать это значение для определения дозы излучения. В настоящее время с развитием техники спектроскопии ЭПР стало возможным определение малых концентраций РИ ПІД в эмали, соответствующих дозам гамма-излучения порядка 30-50 мГр.
Метод ЭПР - дозиметрии по эмали зубов успешно использовался при проведении медико-дозиметрических исследований случаев переоблучения людей в результате аварий на радиационных объектах (ЧАЭС, Маяк и пр.), атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, при анализе радиационной обстановки на территориях, загрязненных радиоактивными выпадениями вследствие аварии на ЧАЭС, а также на "чистых" (контрольных) территориях [15; 16; 22; 43; 48-52; 60; 78-80; 84; 89; 90; 92;].
Следует отметить, что имеется множество вопросов, касающихся корректной интерпретации данных, получаемых методом ЭПР - дозиметрии, а также их точности и достоверности, которые необходимо решить для того, чтобы метод ЭПР - дозиметрии получил еще более широкое распространение как инструментальный метод ретроспективной оценки индивидуальных накопленных доз излучения.
Существует ряд методов обработки спектров ЭПР эмали зубов. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Этот факт говорит о том, что необходимо создание унифицированного, простого для оператора, и в то же время, максимально точного подхода при работе со спектрами ЭПР облученной эмали зубов человека.
Существует целый ряд методических подходов к подготовке образцов эмали, измерению спектров ЭПР, их математической обработке и интерпретации результатов для определения доз излучения. Каждый из этих подходов имеет свои особенности, которые, в конечном счете, проявляются в виде различной, свойственной для каждого подхода, систематической погрешности результата определения дозы.
В данной работе использовали единый, стандартизированный в лаборатории Экспериментальной ядерной медицины МРНЦ РАМН, методический подход для анализа всех образцов эмали. Имеющиеся систематические погрешности метода дают одинаковый вклад во все определяемые значения доз излучения и могут быть учтены в дальнейшем при анализе данных по мере развития метода [6].
При проведении исследований использовали образцы эмали зубов человека, удаленных по медицинским показаниям у населения, проживающего как на контрольных ("чистых") территориях (Боровский и Жуковский районы Калужской области), так и на территориях, загрязненных радиоактивными выпадениями вследствие аварии на Чернобыльской АЭС (Гордеевский район Брянской области).
Эмаль выделяли путем удаления дентина из коронки зуба при помощи твердосплавных зубоврачебных боров при низкой скорости вращения (10 000 об/мин). Затем эмаль измельчали в агатовой ступке и, при необходимости, разделяли на фракции требуемого размера при помощи набора калиброванных сит (Retsch, Германия) с размерами ячеек 75, 105, 150, 250, 355, 500 и 850 мкм. Масса образцов для анализа составляла от 50 до 150 мг.
При обработке борами и измельчении эмаль испытывает высокие механические напряжения, сопровождающиеся образованием неспаренных электронов в кристаллической фазе и разрывами волокон коллагена с образованием органических макрорадикалов. Таким образом, на этапе механической обработки возможно образование ПЦ, которые мы будем называть механо-индуцированными (МИ). Образование МИ ПЦ может приводить к существенным искажениям базовой линии в спектрах ЭПР, препятствуя выделению радиационно-индуцированного сигнала (PC) из суммарного спектра [33]. В этом случае возможно снижение интенсивности PC, что может приводить к появлению систематической погрешности при определении значений накопленных доз. Поэтому после приготовления образцы промывали дистиллированной водой и этанолом от мелкодисперсной пыли и выдерживали в течение нескольких суток при комнатной температуре для рекомбинации механо-индуцированных парамагнитных центров.
LMA как комбинация простейшего градиентного метода и метода Гаусса-Ньютона
В качестве основного показателя при выборе оптимального способа обработки спектров был принят усредненный параметр СОД, поскольку он характеризует точность определения дозы. Из зависимостей усредненного СОД от микроволновой мощности, представленных на рисунке 3.6, видно, что данный параметр для Способов 1 я 3 имеет существенно меньшее значение, чем для Способа 2 во всем диапазоне мощности СВЧ-поля в резонаторе. Для Способа 4 СОД также существенно меньше, чем для Способа 2 во всем диапазоне мощности. Этот параметр для Способа 4 существенно меньше по сравнению с результатами, полученными для Способов І и J в области 2-5 мВт и близок при 1 и 10 мВт. Таким образом, использование Способов J и 3 с применением модели, учитывающей зависимость формы компонент от мощности, является наиболее эффективным среди испытанных здесь способов. Особо эти преимущества проявляются при мощности 2-5 мВт, которая может быть признана оптимальной для проведения измерений. Кроме того, применение этой модели дает возможность снизить количество подгоняемых параметров, по сравнению с ранее использованным Способом 4 [101], что приводит к снижению ошибки подгонки МНК.
Из анализа зависимостей усредненного ОСД от мощности (рис. 3.7) следует, что этот параметр не связан напрямую с параметром СОД, характеризующим точность определения дозы. Например, Способ 2 дает меньшее значение ОСД по сравнению с остальными способами, хотя его СОД больше, чем у других способов. Таким образом, параметр ОСД лишь характеризует, насколько близко модель описывает спектр.
Таким образом, в результате проведённого исследования показано, что использование данной модели позволяет увеличить точность определения дозы по сравнению с ранее использованной моделью, в которой форму радиационно-индуцированного сигнала устанавливали фиксированной вне зависимости от мощности, а форму нативного фонового сигнала варьировали в процессе подгонки модели к экспериментальному спектру. Для дальнейшего усовершенствования модели необходимо провести испытания на дополнительных сериях спектров, измеренных в других условиях, в частности, полученных в различных зарубежных лабораториях при проведении международных интерсличений [44, 53, 96, 99, 100], в которых принимала участие лаборатория экспериментальной ядерной медицины с группой «Изотоп» Медицинского Радиологического Научного Центра (г. Обнинск).
Проведение 4-го международного интерсличения [44, 53], позволило исследовать поведение модели при различных условиях записи спектров. Также мы провели сравнение среди 10 способов оценки поглощённой дозы методом ЭПР спектроскопии эмали зубов человека, использованных в разных лабораториях.
Международный проект межлабораторного сравнения метода ЭПР -дозиметрии по эмали зубов человека, проводится с целью определения мировой тенденции развития метода. По результатам этого исследования предлагаются новые введения для увеличения точности оценки доз.
Задача исследования состояла в том, чтобы проанализировать полученные со всех лабораторий результаты и выделить наиболее точный и удобный способ оценки доз.
Образцы эмали выделяли путем удаления дентина из коронки зуба при помощи твердосплавных зубоврачебных боров при низкой скорости вращения. Затем её дробили на кусочки размерами 0,5 — 1,5 мм. Полученный набор образцов был разделён по нескольким критериями и отправлен участникам исследования: Тестовые образцы с известным значением дозы (тестовые образг{ы). Эти образцы были приготовлены из зубов мудрости жителей Японии, и они были облучены в дозах неизвестным для участников интерсличения. Возраст эмали используемой для подготовки этих образцов был менее 20 лет. Пять зубов были разделены пополам, в зависимости от области прилегания в полости рта, на щёчную (внешняя сторона зуба) и язычную поверхности (внутренняя сторона). Одна половина каждого зуба была облучена. Участникам не сообщили ни о том, какие образцы были облучены, ни о том какие из половин образцов происходили из одного и того же зуба. Три образца были облучены дозой 143 мГр, два - дозой 226 мГр, а пять оставшихся образцов не облучали. (В сумме получилось 10 образцов).
Калибровочные образцы приготовленные из эмали зубов жителей Японии (образцы CJ (Calibration Japan)). Эти образцы были приготовлены из набора эмали зубов мудрости жителей Японии. Возраст эмали не превышал 20 лет. Образцы были облучены следующими дозами: 0, 0, 0, 100, 200, 300, 500 и 1000 мГр. (Всего 8 образцов).
Участникам исследования было предложено использовать одинаковые параметры в процессе получения спектров, но по причине эксплуатации различных типов спектрометров, некоторые параметры пришлось модифицировать, для того, чтобы получить примерно одинаковые условия записи спектров. Особенно это оказалось актуальным в случаях использования разных резонаторов. Микроволновая мощность, подаваемая на них была выбрана таким образом, чтобы иметь такие же условия насыщения для сигнала от эмали. Было показано, что для резонаторов с низкой добротностью, которые использовались в методиках 2, 3, 4 и 7, мощность СВЧ-поля, при которой наступает «насыщение» сигнала ЭПР, приблизительно в 5 раз выше СВЧ-мощности, подаваемой в резонатор большей добротности [57]. По этой причине, в таких случаях было рекомендовано увеличивать СВЧ-мощность, подаваемую в резонатор. Кроме того, участникам исследования было предложено использовать их собственные параметры и условия записи спектров ЭПР, которые они считают наиболее подходящие для проведения измерений. Рекомендованные и использованные лабораториями участниками параметры записи спектров представлены в таблице 3.3 [100].
Оценка эффективности разработанного способа при обработке спектров, измеренных в различных условиях
Для тестовых образцов спектры ЭПР, полученных в лабораториях участниц международного исследования, были обработаны только нашим методом. Пересчитанные значение доз определены на основе полученных амплитуд PC, используя калибровочные параметры для амплитуд спектров образцов CJ пересчитанных нашим же методом. Эти дозы проанализированы с точки зрения отклонения от фактических значений доз, представляя собой чистую ошибку дозы.
Распределение чистых ошибок дозы характеризуется следующими параметрами: RMSE - среднеквадратичное отклонение чистой ошибки дозы (параметр объединяющий случайную и систематическую погрешности), Среднее — среднее значение чистой ошибки дозы (оценка отклонения, или систематической погрешности) и SDE - стандартное отклонение чистой ошибки дозы от среднего (оценка случайной погрешности). Все эти параметры представлены в таблице 3.9.
На рис. 3.10 г, показано отношение стандартного отклонения чистой ошибки межу полученными и пересчитанными значениями доз. Параметр SDE характеризует случайный вклад в ошибку определении PC, которые в основном связаны с присутствием в спектре ЭПР низкочастотных шумов и характеризует качество спектров, зарегистрированных на нём. Качество спектра преимущественно зависит от присутствия низкочастотных шумов, которые изменяются с течением времени и вероятно вызваны электромагнитными нарушениями и микрофонным эффектом в отверстии резонатора спектрометра. Этот эффект хорошо показан для L-диапазона ЭПР дозиметрии, где он может быть особенно высоким [62]. Для уменьшения влияния этого эффекта, необходимо проводить вычитание спектра пустого резонатора до и после измерения образцов. Возможно, данная манипуляция позволит повысить точность результатов.
Из результатов проведённого исследования следует, что выбор методики обработки спектров достаточно сильно влияет на погрешность результатов определения ЭПР дозы. Это даёт предложенной в данной работе методике большую возможность в применении её в оценке доз, так как её параметры, характеризующие точность - ниже, чем у большинства представленных выше.
Для целей ЭПР дозиметрии могут быть использованы различные материалы, в которых при облучении образуются стабильные парамагнитные центры. При этом радиационно-индуцированный сигнал, который используется для дозиметрии, как правило, перекрывается с другими сигналами и маскируется ими при относительно малых дозах. Это могут быть фоновые сигналы, сигналы от других радиационно-индуцированных центров, в том числе нестабильных, механоиндуцированные сигналы, а также сигналы от примесей.
Математическая обработка спектров ЭПР облучённых материалов с целью отделения полезного дозиметрического сигнала от других сигналов и определения его интенсивности является одной из основных стадий, определяющих погрешность определения дозы и порог чувствительности метода ЭПР дозиметрии в приложении к используемым материалам.
Проблемой при разработке автоматизированной процедуры математической обработки спектров является выбор модели, описывающей сигнал от различных парамагнитных центров, дающих вклад в спектр, а также выбор метода обработки спектров.
Разработан алгоритм и программа обработки спектров ЭПР в применении к дозиметрии, основанная на новых принципах по сравнению с использованными ранее методами.
Программа производит обработку экспериментального спектра путём подгонки нелинейным методом наименьших, квадратов модельного спектра, составленного из суммы предварительно определённых компонент опорных спектров, представленных в виде численных массивов. Программа позволяет проводить не только подгонку амплитуд компонент, а также уточнять относительное положение и ширину составляющих компонент по магнитному полю. Спектры составляющих компонент, представленные в виде числовых массивов могут быть либо предварительно измерены, либо смоделированы математическими методами. Необходимые для подгонки нелинейным методом наименьших квадратов производные функций, описывающих компоненты, рассчитываются методом численного дифференцирования.
В ранее использованных методах, для математической обработки спектров ЭПР в целях дозиметрии использовали линейный метод наименьших квадратов в применении к компонентам к компонентам спектра представленным в численном виде, либо аналитическими функциями, что ограничивало область использования метода.
Действие разработанной процедуры продемонстрировано в применении к обработке спектров облучённой зубной эмали, полученных в процессе международных интерсличений. Показано, что применение процедуры позволяет в ряде случаев уменьшит погрешность определения дозы.
