1.2. Нормируемые величины

Для оценки биологического эффекта воздействия излучения произвольного состава потребовалось введение новой характеристики дозы. В области малых доз одни и те же радиобиологические эффекты могут иметь одинаковую степень тяжести при различных поглощенных дозах, если на живой организм воздействуют ионизирующие излучения различной природы. Поэтому в области малых доз для целей радиационной защиты вместо поглощенной дозы в качестве меры неблагоприятных последствий при облучении живого организма, живой ткани или органа используется специальная величина - эквивалентная доза облучения органа или ткани. Эквивалентная доза является функционалом, приводящим облучение органов и тканей человека любым излучением к эквивалентному по ущербу облучению стандартным редкоионизирующим излучением.

Для радиационной безопасности представляет интерес поглощенная доза, усредненная по органу или ткани (а не взятая в точке) и взвешенная по качеству данного излучения - эквивалентная доза. Доза эквивалентная (H_T,R) – это поглощенная доза в органе или ткани Т, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения R

, (1.5)

где w_R - взвешивающий коэффициент для излучения R; D_T,R - cредняя поглощенная доза излучения типа R в ткани или органе Т.

При воздействии различных видов излучения с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения

.

Значения w_R определены в зависимости от вида и энергии излучения и предназначены для обеспечения радиационной безопасности в условиях хронического облучения в малых дозах.

Для рентгеновского и гамма-излучения радиационный взвешивающий коэффициент принят равным единице.

По степени биологического воздействия бета-излучение аналогично гамма-излучению и радиационный взвешивающий коэффициент w_R=1.

Значения взвешивающих коэффициентов, учитывающие эффективность различных видов излучения при расчете эффективной дозы, приведены в табл.1.2

Таблица 1.2.

Значение радиационных взвешивающих коэффициентов (w_R) в зависимости от вида излучения

Вид излучения	wR
Гамма-излучение	1
Бета-излучение	1
Альфа-излучение, осколки деления, тяжелые ядра	20
Нейтроны с энергией
<10 кэВ	5
10 – 100 кэВ	10
100 кэВ - 2 МэВ	20
2 – 20 МэВ	10
более 20 МэВ	5

Единицей эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий специальное наименование зиверт (Зв).

Мощность дозы – это доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час). Для мощности эквивалентной дозы Зв/с, Зв/ч. Зв/сут. Эквивалентная доза не может быть измерена, а только рассчитана.

К нормируемым величинам относится эквивалентная доза облучения кожи, кистей и стоп, хрусталика глаза и нижней части живота женщины. Причем эквивалентная доза в хрусталике глаза принимается равной дозе на глубине 300 мг/см² (3 мм) тканеэквивалентного материала. Для кожи нормируется эквивалентная доза в базальном слое 5 мг/см² (0,05 мм) под покровным слоем 5 мг/см² (0,05 мм). Для ладоней толщина покровного слоя 40 мг/см² (0,4 мм).

Пример 4. Мощность поглощенной дозы гамма-излучения при равномерном облучении всего тела составила 5 мкГр/ч и мощность поглощенной дозы тепловых нейтронов равномерно во всем теле 3 мкГр/ч. Чему равна мощность эквивалентной дозывсего тела?

Решение.

По формуле (1.5) рассчитаем полную мощность эквивалентной дозыво всем теле:

=5(мкГр/ч) 1 (мкЗв/мкГр)+3 (мкГр/ч) 5·(мкЗв/мкГр) =20 мкЗв/ч

Ответ: 20 мкЗв/ч.

Разные органы и ткани имеют разную чувствительность к излучению. Известно, например, что при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение гонад (половые железы) особенно опасно из-за риска генетических повреждений. В современной системе нормирования ограничивается риск возникновения отдаленных последствий. Мера риска определяется эффективной дозой.

Доза эффективная (Е)

Доза эффективная - величина, используемая как мера ущерба возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах H_Т, на соответствующие взвешивающие коэффициенты для данных органов или тканей:

, (1.6)

где w_T - взвешивающий коэффициент, учитывающий чуствительность различных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации.

Числовые значения взвешивающих коэффициентов w_T для органов и тканей (табл.1.3) установлены равными отношению эквивалентой дозы равномерного облучения всего тела стандартного человека и эквивалентной дозы Н_Т органа или ткани Т, при которых ожидается один и тот же ущерб.

Эффективная доза является функционалом, который переводит дозу неравномерного облучения органов и тканей к равному по ущербу дозе равномерного облучения.

Сумма тканевых взвешенных коэффициентов равна единице. Поэтому, при равномерном облучении всего тела, как следует из (1.6), эффективная доза численно равна эквивалентной.

Единица эффективной дозы - зиверт (Зв). Мощность эффективной дозы измеряются в Зв/с (Зв/ч. Зв/сут).

Эффективная доза не может быть получена непосредственно измерением, ee получают только расчетным путем.

Таблица 1.3 .

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов

Орган или ткань	Взвешивающий коэффициент, wR
Гонады	0,2
Костный мозг (красный)	0,12
Толстый кишечник	0,12
Легкие	0,12
Желудок	0,12
Мочевой пузырь	0,05
Грудная железа	0,05
Печень	0,05
Пищевод	0,05
Щитовидная железа	0,05
Кожа	0,01
Клетки костных поверхностей	0,01
Остальное	0,05

При расчетах учитывается, что рубрика “остальное” состоит из надпочечников, головного мозга, верхнего отдела толстого кишечника (слепая кишка, восходящая и поперечная часть ободочной кишки), тонкого кишечника, почек, мышечной ткани, поджелудочной железы, селезенки, вилочковой железы и матки. В тех исключительных случаях, когда один из перечисленных органов или тканей получает эквивалентную дозу, превышающую самую большую дозу, полученную любым из 12 органов или тканей, для которых определены взвешивающие коэффициенты, следует приписать этому органу или ткани взвешивающий коэффициент, равный 0,025, а оставшимся органам или тканям из рубрики “остальное” приписать суммарный коэффициент, равный 0.025 для расчета средней дозы.

В общем виде эффективная доза, при комбинированном (внутреннем и внешнем) облучении человека техногенными радионуклидами, равна сумме дозы внешнего облучения Е_внеш и ожидаемой дозе внутреннего облучения Е_внутр (τ)

Е = Е_внеш + Е_внутр (τ) _, (1.7)

где Е_внеш - эффективная доза внешнего облучения; Е_внутр (τ) - ожидаемая эффективная доза внутреннего облучения за время τ.

Доза эффективная ожидаемая (при внутреннем облучении) определяется по формуле

(1.8)

где Н_Т(τ) - ожидаемая эквивалентная доза за время , прошедшее после поступления радиоактивных веществ в организм

, (1.9)

где t₀ – возраст к моменту поступления;

_T(τ) - мощность эквивалентной дозы к моменту времени t в органе или ткани T.

Время τ принимается равным 50 лет для взрослых и 70-t₀ для детей. t₀ – возраст при поступлении радионуклида в организм.

Практически это означает, что доза внутреннего облучения, полученная человеком до полного распада и/или биологического выведения радионуклида из организма будет приписана моменту поступления.

В тех случаях, когда человеческий организм облучается относительно равномерно распределяющимися радионуклидами (¹³⁷Cs, ¹⁰⁶Ru), эквивалентные дозы в отдельных органах и тканях незначительно отличаются от эффективной дозы.

Ожидаемая эквивалентная доза внутреннего облучения органа или ткани Т (Н_Т) от радионуклидов в органах или тканях j можно определить по числу распадов N_j , радионуклида, которое будет в этих органах и тканях до полного распада и/или биологического выведения радионуклида из организма. Если радионуклид имеет большой период полураспада и достаточно долго удерживается в организме (например ⁹⁰Sr ²³⁹Pu), то число распадов берется за время τ . Расчет ожидаемой эквивалентной дозы проводится по формуле

Зв/с, (1.10)

где Е_i – энергия частицы (фотона), МэВ/частицу;

n_i –квантовый выход i-го вида излучения, част.(фотонов)/атом;

ε_i,j – фракция i-й поглощенной энергии в органе Т от излучения в j-м органе, отн.ед.;

w_R,i – радиационный взвешивающий коэффициент для i-го вида излучения, Зв/Гр;

А_j – активность радионуклида в j-м органе,Бк;

m_Т-масса органа Т, кг;

К= 1 - коэффициент перевода энергии в единицы поглощенной дозы, Гр/(Дж/кг)

1,6·10^-13 – переводной множитель, Дж/МэВ.