67. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом.

При прохождении ионизирующей частицы (карпускулярной или фотона) через вещество оно может испытать рассеяние, поглощение (захват), деление или пройти вещество без взаимодействия. Вероятность элементарных актов взаимодействия зависит от вида частиц, их энергии и атомного номера (заряда элемента – порядковый номер химического элемента в периодической таблице) материала среды.

Различают упругое и неупругое взаимодействие.

При упругом взаимодействии (аналогичном столкновению бильярдных шаров) природа частиц не изменяется и их суммарная энергия до и после взаимодействия остается постоянной, происходит только перераспределение энергии между взаимодействующими частицами. Возможен и такой случай упругого взаимодействия, когда энергия каждой их взаимодействующих частиц не изменяется, а изменяется только направление их движения.

При неупругом взаимодействии природа частиц также не изменяется, но их суммарная кинетическая энергия после взаимодействия оказывается меньше. Часть энергии затрачивается на производство какой-либо работы (нагревание среды, возбуждение или ионизация атомов, излучение и т.д.).

В процессе взаимодействия возможно и изменение природы частиц в результате протекания ядерных реакций, рождения и аннигиляции частиц и т.п.

67. Дозиметрические величины.

Физические величины, функционально связанные с радиационным эффектом, называются дозиметрическими.

Основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, является поглощенная доза ионизирующего излучения D - отношение средней энергии , переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме: (Грей (Гр). 1Гр = 1Дж/кг. , 1рад = 0,01Гр. )

Поглощенная доза ионизирующего излучения является мерой ожидаемых последствий облучения объектов как живой, так и неживой природы. Она не зависит от вида ионизирующего излучения (a, b, g, X, n и др.) и его энергии, но для одного и того же вида и энергии излучения зависит от вида вещества.

По этой причине для оценки радиационной безопасности при хроническом облучении человека в малых дозах, т.е. дозах, не способных вызвать лучевую болезнь, используется эквивалентная доза ионизирующего излучения H_т - произведение «тканевой дозы» (дозы на орган) D_т на взвешивающий коэффициент w_R для излучения R: H_т= w_R× D_т .

,где m_т - масса ткани или органа, D - поглощенная доза в элементе dm.

(Зиверт (Зв). 1Зв=1Гр/ w_R ,1 бэр=0,01 Зв=1рад/ w_R. )

Разные органы или ткани человека могут облучаться неравномерно, причем они имеют разную чувствительность к облучению (радиочувствительность), поэтому введена эффективная доза ионизирующего излучения Е - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы H_Tt в органе или ткани Т за время t на соответствующий взвешивающий коэффициент w_Т для данного органа или ткани:

Взвешивающий коэффициент w_Т равен отношению стохастического (вероятностного) риска смерти r_T в результате облучения Т-го органа или ткани к риску смерти от равномерного облучения тела при одинаковых эквивалентных дозах:

Поглощенная, эквивалентная и эффективная дозы характеризуют меру ожидаемого эффекта облучения для одного индивидуума. Эти величины являются индивидуальными дозами.

Для оценки меры ожидаемого эффекта при облучении больших групп людей, вплоть до целых популяций, используется коллективная эффективная доза S - величина, определяющая полное воздействие от всех источников на группу людей. Она представляет собой сумму произведений средней эффективной дозы Е_i для i-ой подгруппы большой группы людей на число людей N_i в подгруппе:

(человекозиверт (чел·Зв), внесистемная единица - человекобэр (чел·бэр)).

На практике до настоящего времени применяется экспозиционная доза Х фотонного излучения - это отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, созданных в сухом атмосферном воздухе при полном торможении электронов и позитронов, которые были образованы фотонами в элементарном объеме воздуха с массой dm, к массе воздуха в указанном объеме:

Х=dQ/dm.

Единица экспозиционной дозы в СИ - кулон на килограмм (Кл/кг).

Кулон на килограмм равен экспозиционной дозе, при которой все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в воздухе массой 1кг, производят в воздухе ионы, несущие электрический заряд 1Кл каждого знака.

Внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген. Рентген - это единица экспозиционной дозы фотонного излучения, которая в 1см³ сухого воздуха при температуре 0⁰С и давлении 760 мм рт.ст. приводит к образованию 2,08×10⁹ пар ионов, несущих заряд в одну электростатическую единицу электричества каждого знака.

Соотношение внесистемной единицы и единицы экспозиционной дозы в СИ имеет вид:

1Р=2,58×10^-4Кл/кг.

Экспозиционная доза характеризует ионизационную способность рентгеновского и гамма-излучения в воздухе, т.е. является характеристикой поля фотонного, а не всех видов ионизирующего излучения, причем только в диапазоне энергий от нескольких кэВ до 3МэВ и только для воздуха. По этим причинам экспозиционная доза и ее мощность, а также все внесистемные единицы (кюри, рад, бэр, рентген и др.) с 1.01.1990 г. изымаются из употребления.

Однако в обращении находится еще много приборов радиационного контроля, шкалы которых проградуированы во внесистемных единицах - в рентгенах, радах, Рентгенах в час, а также в кратных или дольных единицах (например, в миллирентгенах или в микрорентгенах в час).

Чтобы оценить при этом поглощенную дозу в биологической ткани, следует знать, что в условиях электронного равновесия экспозиционной дозе 1 Р соответствует поглощенная доза 0,873 рад в воздухе или 0,95 рад в биологической ткани. Поэтому с погрешностью до 5% экспозиционную дозу в рентгенах и поглощенную дозу в ткани в радах можно считать совпадающими.