Одиниця активності - беккерель (Бк, Бq)

За одиницю активності (активність нукліда в радіоактивному джерелі) прийнята одиниця в системі СІ — беккерель (Бк, Бq) — це така кількість радіоактивної речовини, в якій проходить 1 акт розпаду за 1 с, а несистемна одиниця — кюрі (Кі, Сі) — така кількість радіоактивної речовини в якій проходить 37 млрд актів розпаду за 1 с. Співвідношення між одиницями:

ІБк =1 розп/с;

Бк = 2,7 · 10^-11 Кі;

1 Кі = 3,7 · 10 ¹⁰ Бк = 3,7 · 10 ¹⁰ розп/с.

Одиниця радіоактивності речовини -Бк/кг; Кі/кг; Бк/л; Кі/л

За одиницю радіоактивності речовини — питому вагову активність — прийнята одиниця беккерель на кілограм (Бк/кг), а несистемна — кюрі на кілограм (Кі/кг).

Одиницею радіоактивності рідкого і газоподібного середовища — питомою об'ємною активністю є одиниця в системі СІ — беккерель на літр (Бк/л), а несистемна одиниця — кюрі на літр (Кі/л).

Одиниця радіоактивності площі - Бк/км2; Кі/км2

За одиницю радіоактивності площі — питому забрудненість площі в системі СІ прийнято беккерель на квадратний кілометр (Бк/км²), несистемна одиниця — кюрі на квадратний кілометр (Кі/км²).

Іонізуючу властивість радіації в повітрі характеризують дозою випромінювання.

Доза випромінювання — це кількість енергії радіоактивних випромінювань поглинутих одиницею об'єму середовища, яке опромінюється.

Доза випромінювання (або опромінення) є мірою уражаючої дії радіоактивних випромінювань на організм людини, тварин і рослини. Вона може накопичуватися за різний час, а біологічне ураження від опромінення залежить від величини дози і від часу її накопичення.

Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози.

Експозиційна доза - доза випромінювання, що характеризує іонізаційний ефект рентгенівського і гамма-випромінювань у повітрі. Це доза, яка характеризує джерело і радіоактивне поле створене нею.

Рентген (р, в)

Експозиційну дозу випромінювання гамма-променів вимірюють несистемною одиницею — рентгеном (Р, R).

Один рентген — це така доза рентгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см сухого повітря при температурі 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд пар іонів (або точніше 2,08 · 10⁹).

На практиці застосовують менші часткові одиниці: мілірентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^-3 Р) і мікрорентген (1 Р = 1 000 000 мкР; 1 мкР = 10^-6 Р).

У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг, С/kg;).

Кл/кг - це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якому в кожному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорівнює 1 кулону.

Одиниця опромінення в системі СІ дорівнює 3876 Р. Експозиційна доза в рентгенах досить надійно характеризує небезпеку дії іонізуючих випромінювань при загальному і рівномірному опроміненні організму людини чи тварини.

Співвідношення між одиницею експозиційної дози системи СІ і несистемною:

1 Кл/кг = 3876 Р або

1 Кл/кг = 3,88 · 10^-3;

1 Р = 2,58 · 10^-4 Кл/кг.

Рентген визначає кількість енергії (дозу), яку одержує об'єкт, а не характеризує час, за який вона одержана. Для оцінювання дії іонізуючого випромінювання за одиницю часу застосовується поняття "потужність дози".

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) — це інтенсивність випромінювання, що утворюється за одиницю часу і характеризує швидкість накопичення дози.

Одиницею потужності експозиційної дози в системі СІ є ампер на кілограм (А/кг, А/кg), а несистемною одиницею для вимірювання випромінювань у повітрі є рентген за годину (Р/год, R/s), рентген за секунду (Р/с, R/h) або часткові одиниці: мілірентген за годину (мР/год), мікрорентген за годину (мкР/год).

Співвідношення між одиницею системи СІ і несистемною одиницею потужності експозиційної дози:

1 А/кг = 1 Кл/кг · с = 3876 Р/с,

1 Р/с = 2,58 · 10^-4 А/кг = 2,58 · 10^-4 Кл/кг·с.

Рентген як одиниця вимірювання за своїм визначенням є кількісною характеристикою гамма- чи рентгенівського випромінювання і нічого не говорить про кількість енергії, поглинутої об'ємом, який опромінюється. Через це для оцінювання ступеня впливу випромінювання на організм введено поняття "поглинута доза".

Поглинута доза — це кількість енергії різних видів іонізуючих випромінювань, поглинутих одиницею маси речовини.

Одиниця випромінювання поглинутої дози тканинами організму в системі СІ — джоуль на кілограм (Дж/кг, J/кg). Дж/кг — це кількість енергії будь-якого виду іонізуючої речовини в 1 кг. Крім цього, одиницею вимірювання поглинутої дози є грей (Гр, Gу). Ще застосовують несистемну одиницю — рад (rad) (це скорочення від англійського radiation absordent dose) — поглинута доза будь-якого випромінювання, за якої кількість енергії, поглинутої 1 г речовини, що опромінюється, відповідає 100 ерг, 1 рад = 0,01 Дж/кг = 100 ерг поглинутої речовини в тканинах. Співвідношення між одиницею поглинутої дози системи СІ і несистемною одиницею:

1 Дж/кг =100 рад,

1 Гр = 100 рад,

1 ГР = 1 Дж/кг,

1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг.

Для визначення дози опромінення біологічних об'єктів вимірюють дозу в повітрі в Р, а потім розрахунковим шляхом знаходять поглинуту дозу в радах. Через те, що доза випромінювання 1 Р у повітрі енергетично еквівалентна 88 ерг/г, то поглинута енергія в радах для повітря становить 88/100 = 0,88 рад. Таким чином, якщо доза випромінювання в повітрі дорівнює 1 Р, то поглинута доза буде 0,88 рад.

Поглинута доза більш точно визначає вплив іонізуючих випромінювань на біологічні тканини організму, в яких різні атомний склад і пильність. Є окрема залежність між поглинутою дозою і радіаційним ефектом: чим більша поглинута доза, тим більший радіаційний ефект. Поглинута доза характеризує радіаційний ефект для всіх видів органічних і хімічних тіл, крім живих організмів.

Одиницею потужності поглинутої дози в системі СІ є грей за секунду (Гр/с, Gy/s) і джоуль на кілограм за секунду (Дж/кг/с, J/kg/s), а несистемною — рад за секунду (рад/с, rad/s); співвідношення між ними:

1 Гр/с = 1 Дж/(кг/с);

1 Гр/с = 100 рад,

1 рад = 0,01 Гр/с.

Але поглинута доза не враховує те, що вплив на організм такої самої дози різних випромінювань неоднаковий. Наприклад, альфа-випромінювання у 20 разів, а бета-випромінювання у 10 разів небезпечніше від гамма-випромінювання. Знання величини поглинутої дози не досить для точного передбачення ні ступеня важкості, ні ймовірності виникнення ефектів ураження. Через це введена еквівалентна доза.

Еквівалентна доза характеризує те, що різні види іонізуючого випромінювання під час опромінювання організму однаковими дозами приводять до різного біологічного ефекту. Це пов'язано з неоднаковою питомою щільністю іонізації, викликаної різними видами випромінювань. Так, кількість іонів, які утворюються під дією випромінювання на одиниці шляху в тканинах, тобто щільність іонізації альфа-частинками, у сотні разів вища від гамма-променів. Тому введено поняття "відносна біологічна активність", яка показує співвідношення поглинутих доз різних видів випромінювання, що викликають однаковий біологічний ефект. Якщо умовно прийняти біологічну ефективність гамма- і бета-променів за одиницю, то для альфа-частинок вона буде дорівнювати десяти, а для повільних і швидких нейтронів відповідно п'яти і двадцяти. Еквівалентна доза опромінення використовується для оцінювання дії випромінювання на живі організми, насамперед людини і тварини.

Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв, Sv). Один зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, гамма- та бета-випромінювань).

Для обліку біологічної ефективності випромінювань введена несистемна одиниця поглинутої дози — біологічний еквівалент рентгена (бер).

Один бер — це доза будь-якого виду випромінювання, яка створює в організмі такий же біологічний ефект, як 1 рентгенівського або гамма-випромінювання.

Доза в берах виражається тоді, коли необхідно оцінити загальний біологічний ефект незалежно від типу діючих випромінювань.

Співвідношення між одиницею еквівалентної дози в системі СІ і несистемною одиницею:

1 Зв = 100 бер,

1 бер = 0,01 Зв.

Щоб урахувати нерівномірність ураження від різних видів випромінювань введено "коефіцієнт якості", на який необхідно перемножити величину поглинутої дози від певного виду випромінювання, щоб одержати еквівалентну дозу. Всі міжнародні й національні норми встановлені в еквівалентній дозі опромінення.

Одиницею потужності еквівалентної дози в системі СІ є зіверт за секунду (Зв/с, Sv/s), а несистемною одиницею є бер за секунду (бер/с) співвідношення між ними:

1 Зв/с = 100 бер/с, 1

бер/с = 0,01 Зв/с.

Деякі пояснення до одиниць обраних для вимірювання властивостей іонізуючих випромінювань

Основна фізична величина, яка характеризує радіоактивне джерело, це число розпадів в одиницю часу. Така величина названа активністю. Активність тієї чи іншої речовини, наприклад, радіоактивного ізотопу, визначається кількістю атомів, що розпадаються в одиницю часу (скажімо, за одну секунду), і, отже, число радіоактивних частинок, що випускаються речовиною, прямо пропорційно його активності.

Бекерель (Бк, Bq).

В якості одиниці активності в Міжнародній системі одиниць СІ обраний бекерель (Бк, Bq).

Активність в 1 Бк відповідає одному розпаду в секунду.

Однак у практичній дозиметрії та радіаційної фізики частіше використовується інша одиниця - кюрі (позначається Кі, Ci). Кюрі в 37 мільярдів разів більше одного Беккереля (1 Кі = 3,7 10¹⁰Бк), тобто відповідає 37 мільярдам радіоактивних розпадів у секунду.

Справа в тому, що саме таке число розпадів відбувається в одному грамі радію-226. Оскільки активність одного грама чистого радію близька до 1 Кі, то її часто виражають у грамах. У цьому (і тільки в цьому) випадку одиниця маси речовини має одиничну активність.

Період напіврозпаду (Т) - час, після закінчення якого активність речовини (або число радіоактивних атомів) зменшується удвічі.

У різних радіоактивних речовин період напіврозпаду змінюється в дуже широких межах: від мільйонних часток секунди до декількох мільярдів років. Наприклад, період напіврозпаду урану-238 дорівнює 4,5 мільярда років, радіоактивного ізотопу йоду-131 - близько 8 днів, цезію-137 - тридцять років.

Поглинена доза (радий rad) , грей (Гр, Gy)

Під дією випромінювань, що випускаються радіоактивними ізотопами, в опромінюваному об'єкті накопичуються різні порушення. Прийнято вважати (хоча це сьогодні все частіше піддається сумніву), що зміни, що відбуваються в опромінюваній речовині, повністю визначаються поглинутою енергією радіоактивного випромінювання. Це положення, строго кажучи, не доведено, і його можна назвати енергетичним постулатом. У всякому разі, поглинена енергія випромінювання служить найзручнішою фізичною величиною, що характеризує дію радіації на організми.

І ось на VII Міжнародному конгресі радіологів, який відбувся в 1953 році в Копенгагені, енергію будь-якого виду випромінювання, поглинену в одному грамі речовини, було рекомендовано називати поглиненою дозою.

В якості одиниці поглиненої дози був обраний радий (rad), за першими літерами англійського словосполучення «radiation absorbed dose», - поглинена доза випромінювання).

Один радий відповідає такій поглиненій дозі, при якій кількість енергії, яка виділяється в одному грамі будь-якої речовини, дорівнює 100 ерг незалежно від виду та енергії іонізуючого випромінювання.

Таким чином,

1 рад = 100 ерг/г = 10^-2 Дж / кг = 6,25 · 10⁷ МеВ/г для будь-якого матеріалу.

Поглинена доза, утворена в речовині в одиницю часу, називається потужністю поглиненої дози і вимірюється в одиницях рад/с, рад/ хв, рад/год і т.д.

Радій, так само як і кюрі (1 Кі = 3,7 гігабеккерелей, ГБК), - це так звані позасистемні одиниці, і з точки зору ортодоксальних прихильників системи СІ на їх використання повинен бути накладена сувора заборона. Однак життєва практика виявилася сильнішою формальних приписів, і «незаконна» одиниця поглиненої дози - радий - використовується набагато частіше, ніж відповідна одиниця системи СІ - грей (позначається Гр, Gy).

Співвідношення між одиницями поглиненої дози таке:

1 Гр = 1 Дж / кг = 100 рад.

Потужність поглиненої дози вимірюється в системі СІ в Гр/с, Гр/год і т.д.

Еквівалентна доза ; бер (бер); зіверт (позначається Зв, Sv).

Варто звернути увагу на ту обставину, що радий (або грей) - одиниця чисто фізичної величини. По суті, це енергетична одиниця, ніяк не враховує ті біологічні ефекти, які виробляє проникаюча радіація при взаємодії з речовиною. Однак те, що дійсно цікавить фахівців з дозиметрії та радіаційної фізики, - це зміни в організмі, що виникають при опроміненні людини. Виявилося, що тяжкість усіляких порушень сильно розрізняється залежно від типу випромінювання.

Іншими словами, знання поглиненої дози абсолютно недостатньо для оцінки радіаційної небезпеки. Більш того, виміряти поглинену дозу безпосередньо в живій тканині надзвичайно важко, і навіть якщо б вдалося виконати такі виміри, їх цінність була б невелика. Дійсно, відгук живого організму па опромінення визначається не стільки поглиненою дозою, скільки мікроскопічним - тобто на рівні окремих молекул - розподілом енергії по чутливих структурам живих клітин. Тому виникла необхідність ввести таку вимірну величину, яка враховувала б не тільки виділення енергії, а й біологічні наслідки опромінення.

З міркувань простоти і зручності біологічні ефекти, викликані будь-якими іонізуючими агентами, прийнято порівнювати з впливом па живий організм рентгенівського або гамма-випромінювання. Зручність тут полягає в тому, що для рентгенівського випромінювання задані дози і їх потужності порівняно просто виходять (наприклад, за допомогою каліброваних рентгенівських джерел), добре відтворюються і надійно вимірюються. Всі ці процедури стають помітно складніше для інших типів випромінювань. Щоб можна було порівнювати вплив останніх з біологічними ефектами від рентгенівського і гамма-випромінювання, вводиться так звана еквівалентна доза, яка визначається як добуток поглиненої дози на певний коефіцієнт, що залежить від виду випромінювання.

Цей коефіцієнт, званий «чинником якості» Q, приблизно дорівнює одиниці для гамма-променів і протонів високої енергії; для теплових нейтронів Q ≈ 3, а для швидких нейтронів значення Q досягає десяти. При опроміненні α-частинками і важкими іонами Q ≈ 20, а це означає, що навіть відносно малі поглинені дози можуть викликати серйозні біологічні наслідки. Еквівалентна доза вимірюється в берах (бер - біологічний еквівалент рентгена). Іноді вживається також назва «рем» (від англійської абревіатури rem - roentgen equivalent for man, еквівалент рентгена для людини). Коефіцієнт якості випромінювання Q встановлюється на основі радіобіологічних експериментів і приводиться в спеціальних таблицях. Для рентгенівського випромінювання (Q = 1) один радий поглиненої дози відповідає одному беру.

У принципі особливої ​​необхідності в спеціальній одиниці еквівалентної дози немає, вона може вимірюватися в тих же одиницях, що і поглинена доза, оскільки коефіцієнт Q - безрозмірний. Тим не менш, з огляду на важливість проблеми біологічної дії іонізуючих випромінювань, у радіаційній фізиці і при розрахунку захисту від ядерних випромінювань стали використовувати одиницю еквівалентної дози. У системі СІ ця одиниця встановлена ​​зовсім недавно і називається зіверт (позначається Зв, Sv). Еквівалентна доза в 4 ... 5 зіверт (приблизно 400 ... 500 бер), отримана за короткий час, викликає важке променеве ураження і може призвести до смертельного результату.

Рентген (Р, R).

Іонізаційний метод реєстрації випромінювання став історично першим - він почав широко використовуватися в 20-х роках. У зв'язку з цим були зроблені спроби встановити такі одиниці вимірювання радіації, які дозволили б пов'язати іонізаційний ефект з біологічним, а також з поглинанням енергії випромінювання. У 1928 році в якості такої одиниці був прийнятий рентген (позначається Р, R).

У сучасній дозиметрії рентген розглядається не як одиниця, що характеризує поглинену енергію і тим самим безпосередньо пов'язана з біологічним ефектом, а тільки як одиниця, що визначає іонізуючу здатність рентгенівського і гамма-випромінювань в 1 см³ повітря.

Фізична величина, якій відповідає одиниця «рентген», називається експозиційною дозою рентгенівського і гамма-випромінювань. Експозиційна доза визначається за іонізації повітря - як відношення сумарного заряду всіх іонів одного знака, створених у повітряному обсязі іонізуючим агентом, до маси повітря в цьому обсязі.

У системі СІ одиницею експозиційної дози служить Кл / кг (кулон, поділений на кілограм). Експозиційна доза в 1 Кл / кг означає, що сумарний заряд усіх іонів одного знака (наприклад, позитивних), які виникли під дією випромінювання в 1 кг повітря, дорівнює одному кулон.

З точки зору переконаних прихильників системи СІ, рентген - застаріла і як би «незаконна», позасистемна одиниця.

Один рентген - це така експозиційна доза рентгенівського або гамма-випромінювання, при якій в 1 см3 атмосферного повітря при температурі 0 ° C і тиску 760 мм ртутного стовпа виникають іони, що несуть позитивний або негативний заряд в одну електростатичну одиницю (1 CGSE).

Оскільки заряд електрона дорівнює 4,8 10^-10 електростатичних одиниць, то число утворених пар іонів, як неважко підрахувати, дорівнюватиме для експозиційної дози в 1 рентген 208 мільярдам на 0,001293 г повітря (така маса одного кубічного сантиметра). На утворення однієї пари іонів в повітрі в середньому витрачається енергія, яка дорівнює 34 електрон-вольт (еВ), отже, при експозиційній дозі в 1 рентген в 1 см³ повітря поглинається близько 0,114 ерг або, в перерахунку на один грам повітря, 88 ерг / р. Таким чином, 88 ерг/г - це енергетичний еквівалент рентгена для повітря.

Хоча однозначний зв'язок між поглинутою дозою радіації та експозиційної дозою, виміряної в рентгенах, можна встановити лише приблизно (з точністю до флуктуації), практична зручність одиниці «рентген» безперечна, оскільки іонізацію в повітрі можна легко виміряти за допомогою іонізаційної камери. За результатами таких вимірів ми можемо судити про поглиненої енергії в біологічній тканині.