13. Поглощенная, экспозиционная, эквивалентная дозы и мощности доз; определение понятий, единицы измерения в си и внесистемные, их соотношения.

Доза излучения - это количество энергии радиоактивных излучений, поглощенных единицей объема среды, которая облучается. Доза излучения (или облучение) является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека, животных и растений. Она может накапливаться за разное время, а биологическое поражение от облучения зависит от величины дозы и от времени ее накопления.

Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения.

Экспозиционной дозой называют дозу излучения, которая характеризует ионизационный эффект рентгеновского и гамма-излучений в воздухе. Это доза, которая характеризует источник и созданное им радиоактивное поле. Экспозиционную дозу излучения гамма-лучей измеряют внесистемной единицей - рентгеном (Р, R). Один рентген - это такая доза рентгеновского или гамма-излучения, которая в 1 см³ сухого воздуха при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. создает 2 млрд. пар ионов (или точнее 2,08·10⁹). На практике применяют и производные единицы: миллирентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^-3 Р) и микрорентген (1 Р = 1000000 мкР; 1 мкР = 10^-6 Р). В системе СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг, C/kg). Это единица экспозиционной дозы излучения, при которой в каждом килограмме воздуха образуются ионы с общим зарядом, который равняется 1 кулону.

Единица облучения в системе СИ равняется 3876 Р. Экспозиционная доза в рентгенах довольно надежно характеризует опасность действия ионизирующих излучений при общем и равномерном облучении организма человека или животного. Соотношения между единицей экспозиционной дозы системы СИ и внесистемной: 1 Кл/кг = 3876 Р или 1 Кл/кг = 3,88∙10³ Р; 1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг. Рентген определяет количество энергии (дозу), которое получает объект, но не характеризует время, за которое она получена. Для оценки действия ионизирующего излучения за единицу времени применяется понятие "мощность дозы".

Мощность экспозиционной дозы (уровень радиации) - это интенсивность излучения, которое получается за единицу времени и характеризует скорость накопления дозы. Единицей мощности экспозиционной дозы в системе СИ является ампер на килограмм (А/кг, A/kg), а внесистемной единицей для измерения излучений в воздухе является рентген в час (Р/ч, R/h), рентген в секунду (Р/с, R/s) или производные единицы: миллирентген в час (мР/ч), микрорентген в час (мкР/ч). Соотношение между единицей системы СИ и внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы: 1 А/кг = 1 Кл/(кг·с) = 3876 Р/с, 1 Р/с = 2,58·10^-4 А/кг = 2,58·10^-4 Кл/(кг·с). Рентген как единица измерения по своему определению является количественной характеристикой гамма- или рентгеновского излучения и ничего не говорит о количестве энергии, поглощенной объемом, который облучается. Поэтому для оценки степени влияния излучения на организм введено понятие "поглощенная доза".

Поглощенная доза - это количество энергии разных видов ионизирующих излучений, поглощенных единицей массы вещества. Единица поглощенной дозы излучения тканями организма в системе СИ - джоуль на килограмм (Дж/кг, J/kg). Дж/кг - это количество энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенного 1 килограммом тела. Кроме этого, единицей измерения поглощенной дозы является грей (Гр.). Еще применяют внесистемную единицу - рад (rad) (это сокращение от англ. radіatіon absorbent dose) - поглощенная доза любого излучения, при которой количество энергии, поглощенной 1 г вещества, которое облучается, соответствует 100 эрг; 1 рад = 0,01 Дж/кг = 100 эрг поглощенного вещества в тканях. Соотношение между единицей поглощенной дозы системы СИ и внесистемной единицей: 1 Гр = 1 Дж/кг, 1 Дж/кг = 100 рад, 1 Гр = 100 рад, 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг.

Для определения дозы облучения биологических объектов измеряют дозу в воздухе в Р, а потом расчетным путем находят поглощенную дозу в радах. Из-за того, что доза излучения 1 Р в воздухе энергетически эквивалентна 88 эрг/г, то поглощенная энергия в радах для воздуха составляет 88/100 = 0,88 рад. Таким образом, если доза излучения в воздухе равняется 1 Р, то поглощенная доза будет 0,88 рад.

Поглощенная доза более точно определяет влияние ионизирующих излучений на биологические ткани организма, которые имеют разные атомный состав и плотность. Есть отдельная зависимость между поглощенной дозой и радиационным эффектом: чем больше поглощенная доза, тем больше радиационный эффект. Поглощенная доза характеризует радиационный эффект для всех видов органических и химических тел, кроме живых организмов.

Единицей мощности поглощенной дозы в системе СИ является грей в секунду (Гр/с) и джоуль на килограмм за секунду (Дж/(кг·с), J/(kg·s)), а внесистемной - рад в секунду (рад/с, rad/s); соотношение между ними: 1 Гр/с = 1 Дж/(кг·с); 1 Гр/с = 100 рад/с, 1 рад/с = 0,01 Гр/с.

Но поглощенная доза не учитывает то, что влияние на организм такой же дозы, но разных излучений неодинаково. Например, альфа-излучение в 20 раз, а бета-излучение в 10 раз опаснее, чем гамма-излучения. Знание величины поглощенной дозы недостаточно для точного предвидения ни степени трудности, ни вероятности возникновения эффектов поражения. Из-за этого введена эквивалентная доза.

Эквивалентная доза характеризует то, что разные виды ионизирующего излучения во время облучения организма одинаковыми дозами приводят к разному биологическому эффекту. Это связано с неодинаковой удельной плотностью ионизации, вызванной разными видами излучений. Так, количество ионов, которые образуются под действием излучения на единице пути в тканях, то есть плотность ионизации альфа-частицами, в сотни раз выше, чем гамма-лучей. Поэтому введены понятия "относительная биологическая активность", которая показывает соотношение поглощенных доз разных видов излучения, которые вызовут одинаковый биологический эффект. Если условно принять биологическую эффективность гамма- и бета-лучей за единицу, то для альфа-частиц она будет равняться десяти, а для медленных и быстрых нейтронов соответственно пяти и двадцати. Эквивалентная доза облучения используется для оценки действия излучения на живые организмы, прежде всего человека и животного.

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв, Sv). Один зиверт равняется поглощенной дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского, гамма- и бета-излучений).

Для учета биологической эффективности излучений введена внесистемная единица поглощенной дозы - биологический эквивалент рентгена (бэр). Один бэр - это доза любого вида излучения, которая создает в организме такой же биологический эффект, как единица рентгеновского или гамма-излучение.

Доза в бэрах выражается тогда, когда необходимо оценить общебиологический эффект независимо от типа действующих излучений. Соотношение между единицей эквивалентной дозы в системе СИ и внесистемной единицей: 1 Зв = 100 бэр, 1 бэр = 0,01 Зв. Чтобы рассчитать неравномерность поражения от разных видов излучений, введен "коэффициент качества", на который необходимо перемножить величину поглощенной дозы от определенного вида излучения, чтобы получить эквивалентную дозу. Все международные и национальные нормы установлены в эквивалентной дозе облучения.

Единицей мощности эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт в секунду (Зв/с, Sv/s), а внесистемной единицей является бэр в секунду (бэр/с) соотношение между ними: 1 Зв/с = 100 бэр/с, 1 бэр/с = 0,01 Зв/с.