Основные дозиметрические величины и единицы их измерения

Самопроизвольный распад радиоактивных ядер сопровождается ионизирующим излучением. Каждый радионуклид распадается со своей скоростью. Как известно скорость распада пропорциональна числу ядер радионуклида:

A = λ*N (7)

Где N – число ядер радионуклида, λ – постоянная распада, характеризующая вероятность распада за единицу времени. Чем она больше, тем быстрее происходит распад.

Постоянная распада связана с периодом полураспада соотношением:

Т_1/2 = 0,693 / λ (8)

На основании этого можно сделать следующее определение активности как количественной характеристики источника излучения.

Активность источника.

Активностью радиоактивного препарата называется число актов распада ядер данного препарата в единицу времени. Активность измеряется в единицах, именуемых кюри (Ки). Кюри–активность одного грамма радиоактивного свежеприготовленного препарата радия, в котором происходит 3,710¹⁰ расп./с. Единица активности соответствующая 1 расп./с в системе СИ получила название беккерель (Бк).

Для определения активности γ – излучения применяется своя единица активности – миллиграмм-эквивалент радия (мг-экв Ra). 1 мг-экв. Ra - активность такого количества радионуклида, которое создает такую же мощность дозы, как и 1 мг радия, заключенный в платиновый фильтр толщиной 0,5 мм.

Между активностью (Бк) и массой радиоактивных веществ (г) существует определенная связь. Если во взятом количестве радиоактивного вещества будет происходить в каждую секунду 3,7*10¹⁰ распадов, то общее число атомов N, дающее эту активность, будет равно активности вещества (3,7*10¹⁰ Бк), деленной на постоянную распада λ, 1/с, т.е. N= A/λ:

(9)

Общее количество радиоактивного вещества в граммах m, дающего активность вещества А = 1 Бк, равно

(10)

где А – это атомная масса данного радионуклида, г; N_A = 6,02*10²³ 1/моль – число Авогадро; А/ N_A – масса одного атома.

Подставляя данные, получаем массу вещества в граммах активностью 1 Бк (г/Бк):

активность А 1 г любого радионуклида в единицах Бк (Бк/г) равна:

(11)

Активность источника не может прямо характеризовать ионизирующее действие излучения, испускаемого источником. При одной и той же активности источника ионизирующее действие излучения зависит от таких факторов как вид и энергия излучения, физическая природа облучаемой среды и др. Поэтому кроме измерения активности источника излучения требуется измерять и ионизирующее действие излучения.

Поглощенная доза.

Степень и глубина и форма лучевых поражений, развивающихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую очередь зависят от величины поглощенной энергии излучения. Для характеристики этого показателя используется понятие поглощенной дозы.

Согласно определению Международной комиссии по радиологическим измерениям (мкре) поглощенная доза какого-либо ионизирующего излучения есть энергия, которая передается ионизирующими частицами единице массы облучаемого вещества.

. (12)

Единицей поглощенной дозы может быть любая величина, имеющая размерность [энергия/масса]. В системе единиц СИ поглощенная доза измеряется в греях ³ (Гр):

1Гр = 1Дж/кг.

По рекомендации мкре единицей поглощенной дозы является рад:

1 рад=100 эрг/г=10^-2 Гр.

Экспозиционная доза.

Для оценки биологического действия облучения решающую роль играет количество энергии, поглощенной организмом. Однако существующие дозиметрические приборы позволяют измерить не поглощенную дозу, а лишь дозу излучения по ионизирующему эффекту, производимому данными излучениями в воздушной среде. Поэтому все расчеты, связанные с защитой человека от действия излучения, приходится производить на основании не фактически поглощенной дозы, а дозы излучений, показывающей ионизирующее действие излучения в воздухе.

Экспозиционная доза – это количественная характеристика взаимодействия рентгеновского или γ- излучения с веществом, равная суммарному электрическому заряду ионов одного знака, образованному излучением, в единице массы вещества.

(13)

Единицей экспозиционной дозы облучения в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/кг). Чаще всего используется внесистемная единица рентген ( Р ).

Рентген - такая доза, при которой под действием облучения рентгеновскими или γ- лучами в 1 см³ воздуха при нормальных условиях создаются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака. Масса 1 см³ сухого атмосферного воздуха при 0°C и давлении 760 мм рт. ст. равна 0,001293 г.

Для воздуха 1 Р соответствует 0.88 рад, для биологической ткани 0.93 рад.

Эквивалентная доза.

Воздействие излучения на организм человека определяется не только количеством поглощенной энергии или числом пар, образованных ионов, но и плотностью ионизации, т. е. количеством пар ионов, образованных на единице пути ионизирующей частицы в тканях. Выше указывалось, что наибольшую плотность ионизации создают α- частицы, поэтому поражающее действие их в несколько раз больше, чем β– частиц или γ - излучения, даже при равном количестве поглощенной энергии.

Для сравнительной оценки биологического действия различных видов излучения используются коэффициенты качества (КК) и величины линейной потери энергии (ЛПЭ), показывающие во сколько раз биологическое действие данного вида излучения сильнее биологического действия γ- излучения при равных величинах поглощенной энергии.

Доза, получаемая объектом с учетом КК, называется эквивалентной (D_экв). Эта величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения человека в поле ионизирующих излучений произвольного состава, определяется суммой произведений поглощенных доз D_i отдельных видов излучений и их соответствующих коэффициентов качества К_i, т. е.

. (14)

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв).

Зиверт - это количество энергии, поглощенное живой тканью при облучении любым видом ионизирующей радиации и вызывающее такой же биологический эффект как и поглощенная доза в 1 Грей рентгеновского или γ- излучения с энергией 200 кэВ.

Внесистемной единицей Dэкв. является биологический эквивалент рада (Бэр).

1 бэр = 10^-2 Зв.

В таблице 1 приведены данные, позволяющие определить биологическую эквивалентную дозу.

Соотношение между поглощенной дозой излучения, выраженной в радах, и экспози-ционной дозой рентгеновского и γ – излучений, выраженной в рентгенах, для воздуха имеет вид:

Dэксп. = 0,877 ∙ D погл.

Таблица 1.

Виды излучения	КК
γ – излучение	1
Рентгеновское излучение	1
β – излучение	1
α – излучение (≤10 МэВ)	20
Протоны (≤10 МэВ)	10
Тяжелые ядра отдачи	20
Нейтроны тепловые	3
Нейтроны с энергией 5 кэВ	2,5
Нейтроны с энергией 20 кэВ	5
Нейтроны с энергией 500 кэВ	10
Нейтроны с энергией 5 МэВ	7
Нейтроны с энергией 10 МэВ	6,5

Мощность дозы.

Мощность дозы – это доза, получаемая объектом в единицу времени. Она характеризует скорость накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться со временем. Если за некоторый промежуток времени ∆t приращение дозы равно ∆D, то среднее значение мощности дозы:

(14)

В системе Си мощности поглощенной, экспозиционной и эквивалентной доз измеряются соответственно в Гр/с, А/кг и Зв/с. В тоже время применяются множество внесистемных единиц – рад/час, мкР/с бэр/год и другие.

Мощность экспозиционной дозы γ –излучений можно определить, если известна ионизационная γ – постоянная, характеризующая данный радионуклид. Различают дифференциальные и полные γ – постоянные. Дифференциальная γ – постоянная относится к определенной моноэнергетической линии γ -спектра изотопа. Полная γ – постоянная (Кγ) равна сумме дифференциальных γ – постоянных.

Полная ионизационная γ – постоянная, или просто ионизационная γ – постоянная, данного изотопа определяется как мощность экспозиционной дозы в рентгенах за час, которая создается точечным изотопным γ – источником активностью в 1 мКи на расстоянии 1см без начальной фильтрации. В соответствии с определением ионизационная γ – постоянная:

(15)

Где Р – это мощность экспозиционной дозы, Р/ч; R – расстояние; А – активность , мКи.

Гамма-эквивалент любого радионуклида может быть найден по соотношению:

К_γ∙Q_X = 8,4 m (16)

Где К_γ – постоянная любого γ – излучаещегося нуклида; Q_X – активность, мКи;

m – активность, мг-экв Ra.