Активность, экспозиционные, поглощенные, эквивалентные дозы. Соотношения между единицами доз.

Действие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облучения тканей и органов. Для его количественной оценки введены специальные единицы, которые делятся на внесистемные и единицы в системе СИ. Сейчас используются преимущественно единицы системы СИ. Ниже в таблице 10 дан перечень единиц измерения радиологических величин и проведено сравнение единиц системы СИ и внесистемных единиц.

Для описания влияния ионизирующих излучений на вещество используются следующие понятия и единицы измерения :

Активность радионуклида в источнике (А). Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени (dN) к величине этого интервала (dt) :

A = dN/dt

Единица активности в системе СИ - Беккерель (Бк).

Внесистемная единица - Кюри (Ки).

Число радиоактивных ядер N(t) данного изотопа уменьшается со временем по закону:

N(t) = N0 exp(-tln2 / T1/2) = N0 exp(-0.693t / T1/2)

где No - число радиоактивных ядер в момент времени t = 0, Т1/2 -период полураспада - время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.

Массу m радионуклида активностью А можно рассчитать по формуле :

m = 2.4*10-24 M T1/2 A

где М - массовое число радионуклида, А - активность в Беккерелях, T1/2 - период полураспада в секундах. Масса получается в граммах.

Экспозиционная доза (X). В качестве количественной меры рентгеновского и гамма-излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц :

X = dQ/dm

Единица экспозиционной дозы - Рентген (Р). Рентген - это экспозиционная доза рентгеновского и

гамма-излучения, создающая в 1куб.см воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм рт.ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества. Экспозиционной дозе 1 Р

соответствует 2.08*109 пар ионов (2.08*109 = 1/(4.8*10-10)). Если принять среднюю энергию образования 1 пары ионов в воздухе равной 33.85 эВ, то при экспозиционной дозе 1 Р одному кубическому сантиметру воздуха передается энергия, равная :

(2.08*109)*33.85*(1.6*10-12) = 0.113 эрг,

а одному грамму воздуха :

0.113/roвозд = 0.113/0.001293 = 87.3 эрг.

Поглощение энергии ионизирующего излучения является первичным процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в облученной ткани, приводящей к наблюдаемому радиационному эффекту. Поэтому естественно сопоставить наблюдаемый эффект с количеством поглощенной энергии или поглощенной дозы.

Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме :

D = dE/dm

Единица поглощенной дозы - Грей (Гр). Внесистемная единица Рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облученного вещества.

Эквивалентная доза (Н). Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощенной дозы Dr, созданной облучением - r и усредненной по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель wr (называемый еще - коэффициент качества излучения)

(таблица 11).

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв).

Влияние облучения носит неравномерный характер. Для оценки ущерба здоровью человека за счет различного характера влияния облучения на разные органы (в условиях равномерного облучения всего тела) введено понятие эффективной эквивалентной дозы Еэфф применяемое при оценке возможных стохастических эффектов - злокачественных новообразований.

Эффективная доза равна сумме взвешенных эквивалентных доз во всех органах и тканях:

где wt - тканевый весовой множитель (таблица 12), а Ht -эквивалентная доза, поглощенная в

ткани - t. Единица эффективной эквивалентной дозы - Зиверт.

Действие ионизирующего излучения на человека. Стохастические и нестохастические эффекты.

Особенности биологического действия.

Первичные механизмы: явление радиоактивности самопроизвольно, спонтанно, распространение квантов свободно прямолинейно, проникают на разную глубину (геометрия полета) – мишень-биомолекула всегда случайна, так как энергия одного кванта сопоставима энергией связи атома в молекуле, электрона в ядре. Первая стадия – чисто физическая передача энергии – мишень либо приобретает заряд, либо переходит в возбужденное состояние. Мгновенно начинается вторая стадия физико-химических изменений: перераспределение избыточной энергии в атомах, молекулах, в результате чего в клетке появляются продукты-радиотоксины оксидной, хеноидной природы, супероксиданион, синксетный кислород, гидрорадикал с высоким окислительным потенциалом (чем больше кислорода, тем больше окислителей образуется в клетке). Чаще всего первичная мишень – вода, но могут быть и другие молекулы. Третья стадия биохимических изменений, нарушается структура любых молекул – характер поражения зависит от структуры, в которой находится молекула. Начало процесса может быть и в митохондриях, и в лизосомах, и в мембранах. Если первичный процесс развивается в структурах, ответственных за наследственность, то вероятность попадания кванта в такие структуры настолько же меньше, насколько больше других клеточных структур, но если попадание произошло, то реализация нарушения маловероятна.

Реакции макроорганизма.

Непосредственные Отдаленные

нестохастические стохастические

острая лучевая болезнь хроническая лучевая болезнь лучевой дерматит лучевая катаракта (только возникает)

склероз внутренних органов сокращение продолжительности жизни

рак лейкемия генетические нарушения

Непосредственные и нестохастические реакции детерминированы.

Нестохастические и стохастические эффекты отличаются особенностями зависимости доза – эффект.

Зависимость для нестохастических реакций:

есть порог вредного действия

чем больше доза, тем сильнее ответная реакция

100 Бэр = 1 Зв – порог для острой лучевой болезни (в 5% случаев – легкая степень, тошнота, рвота), чем раньше проявляются симптомы, тем больше полученная доза.

200 Бэр = 2 Зв – порог для катаракты.

300 Бэр = 3 Зв – порог для лучевого дерматита, лучевого ожога.

ОЛБ – 3 Зв – средняя тяжесть, 5 Зв – тяжелая степень (лучевой нефроз), 10 Зв – летальная доза.

Зависимость для стохастических реакций:

нет пороговой дозы (1 кванта мало, но может индуцировать)

чем больше доза, тем вероятнее эффект

с увеличением дозы сила ответной реакции не возрастает

нет дозы, которая в 100% случаев вызывала бы стохастический эффект.

Открытые и закрытые ИИИ, используемые в медицине.

Виды нуклидных источников.

Закрытые. Их эксплуатация не предполагает вскрытие герметичной оболочки, внутри которого находятся радиоактивные элементы.

Открытые. Их эксплуатация предполагает вскрытие герметичной оболочки и, следовательно, попадание радионуклидов во внешнюю среду.

Виды облучения:

1. Внешнее

2. Внутреннее

Закрытые источники дают только внешнее облучение, открытые – внутреннее облучение (при попадании в организм).

I131 в ампуле – открытый источник, так как его использование предполагает вскрытие ампулы и внутривенное введение в организм;

Cs137 в капсуле в пищеводе – облучение внешнее.

При сопоставимых дозах внутреннее облучение опаснее, так как при нем все виды облучения воздействуют на организм. Попавшие нуклиды долго (иногда пожизненно) задержи-ваются в организме, облучая его.

Нормирование радиационной безопасности. (НРБ)

В настоящее время действуют нормы радиационной безопасности 1999 года на основе концепции безпороговости.

Ионизирующее излучение 1 из многочисленных факторов риска, поэтому риск сопоставляется с плюсами и с риском от нерадиационных факторов.

Принципы НРБ:

1. не превышение основных дозовых пределов (норм).

2. запрещение применения ионизирующего излучения, если + не больше –

3. поддержание доз облучения на возможно низком уровне, если это экономически возможно.

Нормы устанавливаются для персонала (рентгенолог) и для населения (травматолог).

Нормирование дозы и активности

Нормы доз для персонала:

ПДД (предельно допустимая доза) на все тело 20 млЗв = 2 Бэр

Только на кожу стоп и кистей 500 млЗв = 50 Бэр (альфа лучи)

Для женщин до 45 лет на нижнюю часть живота не более 10 млЗв в месяц

Нормы доз для населения:

ПДД (предельно допустимая доза) на все тело 1 млЗв = 0,1 Бэр

Только на кожу стоп и кистей 5 Бэр

Вышеперечисленные дозы не включают в себя дозы от естественного фона и медицинских источников.

Нормы активности для персонала:

Рассчитана предельная активность для каждого нуклида (нормируется предельно допустимое поступление в организм в Бк/год в области рабочей зоны, рабочих поверхностей).

Для населения так же рассчитана предельная активность для каждого нуклида, но берут предельное годовое поступление, дополнительную активность в атмосферном воздухе и дополнительную активность в воде.

Пределы поступления через органы дыхания и органы пищеварения (персонал на рабочем месте не должен принимать пищу, курить, пользовать косметикой). Впервые нормируется радиоактивность строй материалов, фосфорных удобрений, минеральных вод и дозы от медицинских профилактических процедур.

В НРБ установлены критерии для аварийных ситуаций, когда требуется вмешательство для отселения и когда для дезактивации воды, либо должно быть налажено обеспечение населения стабильным йодом.