2.3.1. Характеристики радіоактивності та одиниці вимірювання

Кожен радіоізотоп (радіонуклід) розпадається з відповідною швидкістю, яка характеризується (вимірюється) періодом напіврозпаду (Т), тобто періодом часу, протягом якого розпадається половина усіх атомів. Радіоактивний розпад не може бути зупинений або прискорений. Це природна властивість радіоактивних речовин.

Для різних радіоактивних ізотопів період напіврозпаду має значення від долі секунди до мільярдів років. Причому у того самого елемента можуть бути ізотопи з різним періодом напіврозпаду. Відповідно і радіоактивні елементи поділяються на короткоіснуючиі(часи, дні) і довгоіснуючі (роки).

Період напіврозпаду визначають за формулою

де   – стала радіоактивного розпаду певного радіонукліда (частка загальної кількості атомів радіоізотопа, що розпадається кожної секунди).

Окрім швидкості радіоактивного розпаду до основних характеристик радіоактивності відносять активність (кількість РР); дозу випромінювання (дозу радіації); рівень радіації (потужність дози випромінювання); ступінь забруднення радіоактивними речовинами.

Активність радіоактивної речовини (А) визначають кількістю розпадів ядер атомів за одиницю часу. Вона пропорційна кількості РР і зворотно пропорційна періоду напіврозпаду речовин, тобто характеризує інтенсивність радіоактивного випромінювання джерела (ступінь небезпеки).

За одиницю активності в Міжнародній системі одиниць (Сі) прийнято бекерель (Бк): 1 Бк = 1 розп/сек.

Позасистемна одиниця – кюрі (Кі) – це така кількість РР, в якій здійснюється 37 млрд розпадів ядер атомів за секунду, тобто 1 Кі = = 3,7·10¹⁰ розп/сек. На практиці для оцінювання активності використовують тисячні долі кюрі – мілікюрі (мКі), і мільйонні долі кюрі – мікрокюрі (мкКі).

Активність в 1 Кі дуже велика. Таку активність має 1 г радію, 3 т урану, 0,001 г кобальту-60. Іноді активність вимірюють кількістю розпадів ядер за хвилину. Тоді 1 Кі = 2,22·10⁹розп/хв.

Доза випромінювання (доза радіації) d характеризує ступінь уражальної дії радіоактивного випромінювання.

Доза радіації – це кількість енергії випромінювання, поглинена в одиниці об’єму або маси речовини за весь час дії.

Енергія випромінювання, поглинена речовиною, витрачається на її іонізацію. Отже, доза радіації характеризує ступінь іонізації речовини: чим більша доза, тим більший ступінь іонізації. Тому саме доза радіації (доза випромінювання) є мірою уражальної дії радіоактивних випромінювань на організм людини, тварини, рослини. Біологічний ефект опромінення залежить не тільки від величини дози, а й від часу її накопичення. Чим швидше накопичена певна доза, тим більша її уражальна дія, і навпаки.

Розрізняють три види доз радіації: поглинена, експозиційна, еквівалентна.

Поглинена доза (D_погл) характеризує кількість поглиненої енергії різних видів випромінювання   в одиниці маси (об’єму) середовища, вимірюється в джоулях на кілограм (Дж/кг), у системі Сі називається грей (Гр).

Позасистемна одиниця поглиненої дози називається рад (rad – radiation absorbet dose), 1 рад – це доза будь-якого виду випромінювання, за якої одним грамом маси речовини поглинається енергія у 100 ерг (1 рад = 100 ерг/г).

Співвідношення цих одиниць таке: 1 Гр = 100 рад або 1 рад = 0,01 Гр.

Експозиційна доза (D_експ) характеризує іонізувальну спроможність рентгенівського і гамма-випромінювань у повітрі, а отже джерело радіаційної небезпеки і радіоактивне поле, створюване цим джерелом. Цей показник потенційної небезпеки опромінення вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг); позасистемна одиниця – рентген (Р). Співвідношення цих одиниць таке: 1 Кл/кг = 3,88·10³ Р.

Один Рентген (1 Р) – це доза рентгенівського і гамма-випромінювання, яка утворює в 1 см³ сухого атмосферного повітря за нормальних умов (температура 0 С, тиск 1013 гПа (760 мм ртутного стовпа)) близько 2 мільярдів пар іонів, що несуть одну електростатичну одиницю заряду кожного знака. При цьому кількість поглинутої енергії становить 88 ерг (енергетичний еквівалент рентгена). Отже, 1 Р = 0,88 рад або 1 рад = 1,14 Р.

Еквівалентна доза (D_екв) характеризує дію радіоактивного випромінювання на біологічне середовище і враховує те, що різні види випромінювання спричиняють різний уражальний ефект за однієї дози. Наприклад, альфа-випромінювання спричиняє людині ураження у 20 разів більше, ніж гамма-випромінювання.

Одиниця вимірювання еквівалентної дози в системі Сі називається зіверт (Зв), позасистемна одиниця – бер (біологічний еквівалент рентгена); 1 бер – це енергія будь-якого виду випромінювання, поглинута одним грамом біологічної тканини, яка створює такий же біологічний ефект, як і доза рентгенівського або гамма-випромінювання в 1 рад.

Співвідношення цих одиниць таке: 1 Зв = 100 бер або 1 бер = 0,01 Зв.

Оскільки поглинену дозу в глибині тканини виміряти неможливо, то її визначають за експозиційною дозою (D_експ). Від експозиційної дози за допомогою відповідних коефіцієнтівf переходять до поглинутої дози (D_погл) в організмі:

D_погл = D_експ f.

Для води і м’яких тканин коефіцієнт f_т приблизно беруть як одиницю (f_т = 0,93). Отже, поглинута доза в організмі в радах чисельно дорівнює відповідній експозиційній дозі в рентгенах, яка вимірюється дозиметричними приладами.

За зовнішнього загального опромінення можна вважати, що експозиційна, поглинена та еквівалентна дози рівні, тобто 1 Р = 1 рад = 1 бер.

Ступінь забруднення характеризує міру забруднення радіоактивними речовинами поверхонь об’єктів, продуктів харчування, води, фуражу і т. ін. Таке забруднення може спричинити радіаційна аварія з викидом РР, воно є джерелом ураження людей, тварин. Забруднення може бути поверхневим (тонкий мікронний шар РР) або об’ємним і масовим (глибинне, структурне забруднення).

Ступінь забруднення характеризується щільністю забруднення, яка вимірюється кількістю радіоактивних розпадів атомів за одиницю часу на одиниці поверхні (м², см²), в одиниці об’єму (м³, см³, л) або маси (кг, г) тобто в одиницях питомої активності:

– у системі Сі: Бк/м², Бк/см²; Бк/м³, Бк/см³; Бк/л; Бк/кг, Бк/г;

– у позасистемних одиницях: Кі/м², Кі/м³, Кі/л, Кі/кг.

Нормами радіаційної безпеки встановлено гранично допустимі забруднення поверхонь, питної води, різних видів продуктів харчування (див. табл 7.2–7.3).