12. Дозиметрия. Дозы: экспозиционная, поглощенная, эквивалентная и эффективная; соотношение между системными и внесистемными (традиционными) единицами доз. Коллективные дозы.

Дозиметрия - это измерение дозы или ее мощности.

Доза ионизирующего излучения - количество энергии ионизирующей радиации, поглощенной единицей массы любой облучаемой среды. Мощность дозы - доза излучения в единицу времени.

Основная задача дозиметрии - определение дозы излучения в различных средах и в тканях живого организма.

Значение дозиметрии:

- необходима для количественной и качественной оценки биологического эффекта доз ионизирующих излучений при внешнем и внутреннем облучении организма

- необходима для обеспечения радиационной безопасности при ра­боте с радиоактивными веществами

- с ее помощью можно обнаружить источник излучения, определить его вид, количество энергии, а также степень воздействия излучения на облучаемый объект.

Виды доз:

а) экспозиционная доза (Х) - количественная характеристика поля источника ионизирующего излучения (гамма или рентгеновского), характеризующая величину ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении.

Кулон на килограмм (Кл/кг, C/kg) - системная единица экспозиционной дозы; 1 Кл/кг равен экспозиционной дозе фотонного излучения, при которой сумма электрических зарядов всех ионов одного знака, созданных электронами, освобожденными в облученном воздухе массой 1 кг, при полном использовании ионизирующей способности всех электронов, равна 1 Кл.

Рентген (Р, R) - традиционная (внесистемная) единица экспозиционной дозы; 1 рентген равен экспозиционной дозе рентгеновского или гамма-излучения в воздухе, при которой в результате полной ионизации в 1 см³ сухого атмосферного воздуха при температуре 0^о С и давлении 760 мм рт. ст. (т.е. в 0,001293 г сухого атмосферного воздуха) образуются ионы, несущие заряд, равный 1 единице заряда СГС каждого знака.

СГС - система единиц измерения, в которой существуют три независимые величины: сантиметр-грамм-секунда.

Соотношение единиц: 1 Р = 2,58*10^-4 Кл/кг (точно); 1 Кл/кг = 3,88*10³ Р (приблизительно).

Мощность экспозиционной дозы - величина, выраженная в мР/ч или мкР/ч. Обычные фоновые показатели мощности экспозиционной дозы для Беларуси - до 18-20 мкР/ч.

По традиции экспозиционную дозу использовали в рентгенодиагностике благодаря тому, что ионизирующая способность рентгеновского излучения для воздуха и биологической ткани приблизительно одинакова. Однако, при переходе к высокоэнергетическим типам излучения, выяснилась ограниченность использования этой характеристики при оценке поглощенной дозы, особенно в живых организмах. В связи с этим экспозиционная доза применяется для оценки поля источника излучения, а для определения взаимодействия ионизирующих излучений со средой используется поглощенная доза.

б) поглощенная доза (D) - количество энергии, поглощаемое единицей массы облучаемого вещества.

Джоуль на килограмм (Грей, Гр, Gy) - системная единица поглощенной дозы. 1 Дж/кг = 1 Гр.

Рад (rad, rd - radiation absorbed dose - поглощенная доза излучения) - традиционная (внесистемная) единица поглощенной дозы.

Соотношение единиц: 1 рад = 0,01 Гр.

Для мягких тканей человека в поле рентгеновского или -излучения поглощенная доза в 1 рад примерно соответствует экспозиционной в 1 P.

Поглощенная доза не зависит от вида и энергии ионизирующего излучения и определяет степень радиационного воздействия, т.е. является мерой ожидаемых последствий облучения.

Учитывая существенные различия в механизме взаимодействия разных типов излучения с веществом, ионизирующей способности и т.д., следует ожидать, что одна и та же поглощенная доза может дать разный биологический эффект. Для количественной оценки такого различия вводятся понятия: “взвешивающие коэффициенты для различных видов излучения (W_R)” и “эквивалентная доза”.

в) эквивалентная доза (H_TR) - мера выраженности биологического эффекта облучения. При расчете эквивалентной дозы используют взвешивающие коэффициенты как множители поглощенной дозы:

, где H_TR - эквивалентная доза в органе или ткани Т, созданная излучением R; D_TR- средняя поглощенная доза от излучения R в ткани или органе T; W_R – взвешивающий коэффициент для излучения R.

Взвешивающие коэффициенты (W_R) позволяют учесть относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов.

Так как W_R - безразмерный множитель, системная единица для эквивалентной дозы та же, что и для поглощенной дозы - Дж/кг (специальное название - Зиверт: Зв, Sv)

Бэр (rem) - внесистемная единица эквивалентной дозы (бэр - биологический эквивалент рада).

Соотношение единиц: 1 бэр = 0,01 Зв.

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения.

Вид излучения и диапазон энергии	Взвешивающий коэффициент WR
Фотоны любых энергий	1
Электроны и мюоны любых энергий	1
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20
Нейтроны с энергией: менее 10 кэВ	5
от 10 кэВ до 100 кэВ	10
от 100 кэВ до 2 МэВ	20
от 2 МэВ до 20 МэВ	10
более 20 МэВ	5

Риск развития стохастических последствий облучения организма человека зависит не только от эквивалентной дозы, но и от радиочувствительности тканей или органов, подвергшихся облучению. Радиочувствительность органов и тканей учитывает эффективная доза.

г) эффективная доза (Е) - величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности; представляет сумму произведений эквивалентных доз в тканях и органах тела на соответствующие взвешивающие коэффициенты:

,

где H_T - эквивалентная доза в ткани или органе T; W_T - взвешивающий коэффициент для органа или ткани T.

Взвешивающий коэффициент W_T характеризует относительный вклад данного органа или ткани в суммарный ущерб здоровью из-за развития стохастических эффектов. Сумма W_T равна 1.

Системная единица эффективной дозы - зиверт (Зв, Sv); внесистемная единица – бэр. 1 Зв равен 100 бэр.

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы (W_T).

Ткань или орган	WT	Ткань или орган	WT
Гонады	0.20	Печень	0.05
Красный костный мозг	0.12	Пищевод	0.05
Толстый кишечник	0.12	Щитовидная железа	0.05
Легкие	0.12	Кожа	0.01
Желудок	0.12	Клетки костных поверхностей	0,01
Мочевой пузырь	0.05	Остальное	0.05
Молочные железы	0.05

Соотношение между системными и внесистемными единицами доз.

Величина и ее символ	Единица СИ	Внесист. единица	Соотношение между единицами
Экспозиционная доза, X	Кл/кг	Р	1 Кл/кг = 3,88*103 Р 1 Р = 2,58 *10-4 Кл/кг
Поглощенная доза, D	Гр (Дж/кг)	рад	1 Гр = 100 рад 1 рад = 0,01 Гр
Эквивалентная доза, H	Зв	бэр	1 Зв = 100 бэр 1 бэр = 0,01 Зв
Эффективная доза, E	Зв	Бэр	1 Зв = 100 бэр 1 бэр = 0,01 Зв

Для оценки эффектов облучения группы людей используют коллективные дозы:

а) коллективная эквивалентная доза (S_T) в ткани T - используется для выражения общего облучения конкретной ткани или органа у группы лиц; она равна произведению числа облученных лиц на среднюю эквивалентную дозу в органе или ткани.

б) коллективная эффективная доза (S) - относится к облученной популяции в целом; она равна произведению числа облученных лиц на среднюю эффективную дозу.

В определении коллективной эквивалентной и коллективной эффективной доз не указано время, за которое получена доза. Поэтому при расчете коллективных доз всегда должно быть четкое указание на период времени и группу лиц, по которым проводился данный расчет.

Коллективные дозы используют для оценки лучевой нагрузки на популяцию и риска развития стохастических последствий действия ионизирующих излучений. Единицы коллективных доз – человеко-зиверт и человеко-бэр.

«Подушная доза» (per caput dose, Зв) - значение коллективной дозы, разделенное на число членов облученной группы.