Література

1 Степанюк В.П. Радіоекологія. Конспект лекцій. Івано-Франківськ, ІФДТУНГ, 1999. – 201 с.

§1.4 Одиниці вимірювання іонізуючого випромінювання

1.4.1 Одиниці активності

Активність радіонукліда в джерелі - число спонтанних ядерних перетворень радіонукліда в цьому джерелі за малий проміжок часу і визначається за формулою:

(4.1)

де - постійна розпаду.

За одиницю вимірювання активності приймається одне ядерне перетворення за секунду, яка в системі СІ отримала назву бекерель [Бк, Bq]. Таким чином, один бекерель відповідає одному розпаду за секунду для будь-якого радіонукліда і має розмірність с^-1.

В ядерній фізиці допускається позасистемна одиниця активності - Кюрі [Кі,Сu].

1 Кі = 3,7·10¹⁰ ядерних перетворень в секунду.

Похідні одиниці від Кюрі (Кі):

мегакюрі - 1 МКі = 1·10⁶;

кілокюрі - 1 кКі = 1·10³;

кюрі - 1 Кі = 1;

мілікюрі - 1 мКі = 1·10^-3;

мікрокюрі -1 мкКі = 1·10^-6;

нанокюрі - 1 нКі = 1·10^-9;

пікокюрі - 1 пКі = 1·10^-12.

Для переходу одних одиниць (СІ) в інші (позасистемні) користуються співвідношенням

1Бк=2,7·10^-11 Кі;

1Кі=3,7·10¹⁰ Бк.

Одиниця питомої активності радіонуклідів Бк/кг (Кі/кг).

Одиниці питомої об’ємної активності радіонуклідів Бк/л (Кі/л); Бк/м3 (Кі/м3); Бк/км3 (Кі/км3).

Одиниці поверхневої активності радіонуклідів (щільність поверхневого радіоактивного забруднення)

Бк/м² (Кі/м²); Бк/км² (Кі/км²).

Вираз поверхневої активності 3,7·10¹⁰ Бк/км² (Кі/км²) через активність радіонуклідів в об’ємі грунту, з врахуванням розміщення радіонукліда в шарі товщиною 20 см

1Бк/км² = (5·10^-9)/σ [Бк/кг],

а при 5 см - 1Бк/км² = (2·10^-8)/σ [Бк/кг],

де σ – щільність грунту в одиницях г/см³. Щільність грунту прийнято за 1,25 г/см³.

1.4.2 Одиниці кількості радіонукліда

Одиницею кількості радіонукліда є кілограм [кг]. У вагових одиницях вимірюються, як правило, хімічно чисті довгоживучі радіонукліди.

Гама-випромінюючі радіоактивні речовини виражаються в мг-екв.Ra. 1 мг-екв. Ra - це така кількість радіоактивної речовини, яка випромінює -кванти, кількість яких еквіва-лентна - випромінюванню 1 мг Ra за однакових умов випро-мінювання.

Для визначення кількості радіоактивної речовини [мг-екв.Ra] порівнюють інтенсивність - випромінювання препарату з інтенсивністю випромінювання еталону Ra - , для якого відома маса [мг], при цьому

. (4.2)

Числом розпадів в с [Бк] вимірюють активності радіоак-тивних ізотопів з відносно малою тривалістю життя.

Перехід від активності речовини [с^-1] до кількості речовини [кг] виконується за допомогою формули

[кг] , (4.3)

де - стала радіоактивного розпаду речовини, с^-1; , - період піврозпаду, с; - масове число ізотопу; - число Авогадро ( ).

Приклад: Визначити масу , якщо активність [c^-1].

Період піврозпаду =1600 років.

Розв’язок: Період піврозпаду переводимо з років у секунди.

1600 років 365 днів 24 години 60 хвилин 60 секунд = секунд.

, [c^-1]

[кг] = 1 [мг].

1.4.3 Одиниці концентрації радіоактивних елементів

За одиницю концентрації радіоактивних речовин у гірських породах, рудах та інших твердих речовинах приймається вагова концентрація, яка вимірюється в кілограмах радіоактивної речовини на 1 кг породи або руди, або у відсотках. Часто використовується еквівалентна одиниця кг-еквівалент радію на 1 кг породи [ ]. Перехід від вагової концентрації до еквівалентної концентрації радію може бути здійснений, якщо виходити з умови, що при радіоактивній рівновазі в 1 кг урану міститься кг радію.

Рідше користуються об’ємною концентрацією - в кг/м³ або в об’ємних відсотках, а також в кілограмах на 1 м³ води або іншої рідини.

Концентрація радіоактивних газів (Rn,Tn,An) в рідинах і газах в системі СІ вимірюється числом розпадів в 1 с в одиниці об’єму газу або рідини [Бк/л]. На практиці використовуються позасистемні одиниці - кюрі на літр [ Бк/л] і, похідна від неї, еман, 1 еман =10^-10 кюрі/л =3,7 Бк/л.

1.4.4 Одиниці іонізуючого випромінювання

Одиниці іонізуючого опромінювання - міра дії опромінювання в речовинному середовищі, яка визначається дозою. Розрізняють дозу експозиційну і дозу поглинання. Експозиційна доза характеризує іонізаційну дію променів і чисельно дорівнює відношенню сумарного заряду іонів, як кожного так і окремо створених фотонами випромінювання, до одиниці маси опроміненої речовини

. (4.4)

Одиницею експозиційної дози є кулон на кілограм, Кл/кг.

Рентген (Р)- доза рентгенівського або -випромінювання, при якому спряжене з ним вторинне корпускулярне випромінювання в 0,001293 г повітря (1см³ сухого повітря при 0⁰С і 760 мм рт. ст.) утворить іони, які несуть заряд в одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знаку.

Зв’язок між одиницями експозиційної дози [Кл/кг] і [Р] наступний

1Р= Кл/кг= Гр.,

1Кл/кг= Р.

Гама-випромінювання дозою в 1Р в 1 см³ повітря утворює пар іонів: на утворення пари іонів витра-чається 34 еВ (5,44 [фДж]).

Таким чином, енергетичний еквівалент рентгена

Зауважимо, що поняття експозиційної дози і потужності відносяться до фотонного випромінювання з енергією фотонів 1 кеВ 3 МеВ.

Поглинута доза випромінювання - кількість енергії випромінювання, яка поглинається одиницею маси опроміненої речовини і вимірюється в системі СІ в греях [Гр,Gr]

. (4.5)

Таким чином, грей дорівнює дозі випромінювання, при якому опроміненій речовині масою в 1 кг передається енергія іонізуючого випромінювання, яка дорівнює 1Дж.

.

.

Але ця величина не враховує того, що при однаковій поглинутій дозі - випромінювання є значно небезпечнішим, ніж бета- і -випромінювання. Тому, для порівняння різних видів опромінювання з точки зору їх ушкодження тканин організму введено поняття еквівалентної дози поглинання, яку вимірюють в системі СІ одиницею зіверт [Зв]. Зіверт - це одиниця поглинутої дози, що помножується на коефіцієнт відносної біологічної ефективності ( ),який враховує різну радіоактивну небезпеку для організму від окремих видів іонізуючого випромінювання.

, (4.6)

де - поглинена доза рентгенівського чи гама-випромінювання, що спричинила будь який ефект; - поглинена доза будь якого іншого виду випромі-нювання, що спричинила такий же ефект.

Еквівалентна доза іонізуючого випромінювання.

[Зв, бер], (4.7)

де - еквівалентна доза випромінювання, Зв (бер); - поглинута доза, Гр (рад).

; .

Ефективна еквівалентна доза - еквівалентна доза, помно-жена на коефіцієнт, який враховує різну чутливість різних тканин до опромінювання. Ефективна еквівалентна доза іонізуючого випромінювання ( або D_ее)

[Зв], (4.8)

де - еквівалентна доза у зівертах; - тканинний коефіцієнт.

Таблиця 4.1 – Коефіцієнти відносної біологічної ефективності (ВБЕ) різних видів іонізуючого випромінювання (МКРЗ – Міжнародна комісія з радіаційного захисту)

Вид випромінювання і діапазон енергій
Фотони будь-якої енергії (рентген-, )	1
Електрони і мюони	1
Нейтрони з енергією до 10 кеВ	5
10 ÷ 100 кеВ	10
100 кеВ ÷ 2 МеВ	20
2 МеВ ÷ 20 МеВ	60
понад 20 МеВ	5
Протони з Е>2МеВ	5
-випромінювання, важкі ядра	20

Приклад. 10 Гр є летальною дозою для людини; така ж доза (10 Гр) щитовидної залози інкорпорованого ¹³¹J у порівнянні з ефектом поглиненої людиною дози зовнішнього випромі-нювання (не спричиняє летальний ефект). , (4.9)

- ефективна еквівалентна доза для кожного радіонукліда і джерела випромінювання.

Таблиця 4.2 – Тканинні коефіцієнти ( ) для визначення вибіркового впливу іонізуючого випромінювання

Органи (тканини)		Органи (тканини)
Статеві залози	0,20	Печінка	0,05
Червоний кістковий мозок	0,12	Стравохід	0,05
Товста кишка	0,12	Щитовидна залоза	0,05
Легені	0,12	Шкіра	0,01
Шлунок	0,12	Поверхня кісток	0,01
Сечовий міхур	0,05	Інші органи	0,05
Молочні залози	0,05

Колективна ефективна еквівалентна доза - сума індивідуальних еквівалентних доз даної групи людей [людино-Зв].

Колективна еквівалентна доза випромінювання ( )

(люд.-Зв, або люд.-бер), (4.10)

де - чисельність населення в групі, кожна з яких характеризується середньою еквівалентною дозою випромі-нювання .

Граничні дози для різних категорій людей:

категорія А - 50 мЗв/рік;

категорія Б - 5 мЗв/рік.

Крім грея і зіверта використовують і інші одиниці поглинутої і еквівалентної дози випромінювання: Рад (rad), Бер (rem).

Критичний орган – це орган або тканина, частина тіла або все тіло, опромінення яких завдає найбільшої шкоди організму.

Керма - відношення суми початкових значень кінетичних енергій T усіх заряджених частинок, утворених побічно іонізуючим випромінюванням, до маси m опроміненої речовини, в якій ці частинки утворились

[Дж/кг] . (4.11)

Потужності експозиційної дози, поглинутої дози еквіва-лентної дози і керми - відношення приросту ( ) експози-ційної дози, ( ) поглинутої, еквівалентної ( ) доз і керми за час інтервалу до цього інтервалу відповідно.

; ; ; . (4.12)

У таблиці 4.3 наведені одиниці виміру радіоактивності у системі СІ та позасистемні.

Таблиця 4.3 – Співвідношення між одиницями величини дози іонізуючого випромінювання

Величина, її позначення	Одиниці, її позначення		Співвідношення між одиницями
	СІ	Позасистемна
Активність, А	Бекерель [Бк]	Кюрі [Кі]	1 Кі = 3,7·1010 Бк
Поглинена доза випромі-нювання,	Грей [Гр]	Рад [рад]	1 рад = 0,01 Гр
Потужність поглиненої дози випромі-нювання,	Грей за секунду [Гр/с]	Рад за секунду [рад/с]	1 рад/с = 0,01 Гр/с
Еквівалентна доза випромі-нювання,	Зіверт [Зв]	Бер [бер]	1 бер = 0,01 Зв
Потужність еквівалентної дози випромі-нювання,	Зіверт за секунду [Зв/с]	Бер за секунду [бер/с]	1 бер/с = 0,01 Зв/с

Одиницею потужності експозиційної дози є ампер на кілограм [А/кг].

На практиці широко використовуються позасистемні одиниці експозиційної дози і потужності експозиційної дози - рентген [Р] і рентген в секунду [Р/с] і їх похідні: Р/хв, Р/год, мкР/с, мкР/год і інші.

Рентген – кількість рентгенівського і гама-випромінювання, при якому в 1 см³ повітря утворюється 2,1·10⁹ пар іонів.

1 Р = 2,58·10^-4 Кл/кг.

1 Кл/кг = 3,876·10^-3 Р.

При перерахунку на 1 г повітря одиниці експозиційної дози в 1 Р буде відповідати

Отже

З порівняння одиниць вимірювання потужності дози - випромінювання випливає рівність:

1 мкР/год= A/кг = nA/кг= nA/кг.

Потужність експозиційної дози точкового джерела розраховується за формулою:

[A/кг] , (4.13)

де - потужність експозиційної дози - випромінювання (А/кг) на відстані від точкового джерела в м;

- гама-стала джерела (потужність експозиційної дози

- випромінювання на відстані 1 м при активності джерела в 1 Бк);

- активність джерела в Бк.

У системі СІ гама-стала джерела для Rа²²⁶ на відстані 1м дорівнює

[(Aм²)/(кгБк)].

Потужність експозиційної дози гама-випромінювання в мкР/год точкового джерела радію масою в грамах розраховується за формулою:

, (4.14)

де - гама-стала,

,

Якщо - маса радію в мг; - відстань в м.

В таблиці 4.4 приведені відношення -сталих окремих ізотопів і Ra, маса ізотопа приймається у мг.

Таблиця 4.4 - Значення К_ ізотопів

( в одиницях К_ (Ra) = 8,4 P/год)

Ізотоп		Ізотоп
Na22	1,45	Mo99	0,21
Na24	2,26	Sb126	0,33
Al28	1,02	Ti129	0,25
Mn56	1,00	Cs137	0,42
Fe59	0,74	Au198	0,29
Co60	1,57	Hg203	0,17
Cu64	0,14	Po210	0,67
Zn65	0,34	U236	0,11

Інтенсивність -випромінювання визначається кількістю енергії, яка проходить за 1 с через одиницю площі поперечного перетину, перпендикулярної до напрямку променів.