Дози і рівні опромінення
Мірою вражаючої дії радіації з’являється доза опромінення. Для обліку особливостей джерел радіації і їх дії на різні об'єкти використовують деякі різновиди дози опромінювання.
Експозиційна доза характеризує здатність гамма - і рентгенівського випромінювання іонізувати навколишнє середовище. Експозиційна доза визначається лише для повітря. У практичному застосуванні використовуються позасистемні одиниці вимірювання експозиційної дози: Р (рентген), мР (мілірентген), мкР (мікрорентген).
Еквівалентна доза – поглинена доза в органі або тканині D, помножена на відповідний коефіцієнт якості для даного випромінювання Q.
,
Одиницею вимірювання еквівалентної дози є Дж/кг, що має спеціальне найменування зиверт (Зв).
Коефіцієнт якості Q – безрозмірний коефіцієнт, що визначає залежність несприятливих біологічних наслідків опромінення людини в малих дозах від повної ЛПЕ випромінювання
ЛПЕ
(або LΔ)
– лінійна передача енергії заряджених
частинок в середовищі, тобто середня
енергія
,
що втрачається частинкою в середовищі
при зіткненнях із передачею енергії
менше Δ,
на малому відрізку шляху
:
LΔ = (dE/dl)Δ
Таблиця 1.3. Регламентована залежність коефіцієнта якості Q від повної лінійної передачі енергії випромінювання Q(L∞)
L∞, кеВ/мкл води |
3,5 |
7,0 |
23 |
53 |
175 |
Q(L∞) |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
Середній коефіцієнт якості Q при декількох компонентах випромінювання з різною якістю визначається із вираження
,
де D – поглинена доза, тобто середня енергія dE, передана випромінюванням речовині в деякому елементарному об'ємі, ділена на масу речовини dm в цьому об'ємі:
або
У таблиці 1.4 приведені значення коефіцієнта якості для різних видів випромінювання.
Таблиця 1.4. Значення коефіцієнта якості Q
№ п/п |
Вид випромінювання |
Значення Q |
1 |
Рентгенівське і гамма-випромінювання |
1 |
2 |
Електрони і позитрони, бета-випромінювання |
1 |
3 |
Протони з енергією менше 10 МеВ |
10 |
4 |
Нейтрони з енергією менше 0,02 МеВ |
3 |
5 |
Нейтрони з енергією 0,1-10 МеВ |
10 |
6 |
Альфа – випромінювання з енергією менше 10 МеВ |
20 |
7 |
Важкі ядра віддачі |
20 |
Примітки: 1. Приведені значення Q слід використовувати при визначенні еквівалентної дози різних видів іонізуючих випромінювань з невідомим спектральним складом.
2. При розрахунку еквівалентної дози за рахунок альфа-активних остеотропних радіонуклідів слід враховувати коефіцієнт розподілу дози (КР), що характеризує вплив неоднорідності розподілу нукліда в органі (тканини) і його канцерогенну ефективність по відношенню до 226Ra.
Для всіх альфа-активних радіонуклідів, крім 226Ra, КР = 5, а для 226Ra КР = 1.
У таблиці 1.5 приведені розширені характеристики і визначення доз і рівнів опромінювання.
Таблиця 1.5. Дози і рівні опромінення
№ п/п |
Найменування |
Характеристика |
1 |
2 |
3 |
1 |
Поглинена доза D |
Середня енергія dE, передана випромінюванням речовині в деякому елементарному об'ємі, ділена на масу речовини dm в цьому об'ємі D=dE/dm. Одиниця поглиненої дози грій (Гр), рівний 1 джоулю на килограмм (Дж/кг) |
2 |
Потужність поглиненої дози Р |
Приріст поглиненої дози dD за малий проміжок часу dt, що ділиться на цей проміжок, P = dD/dt. Одиниця потужності поглиненої дози – грій в секунду (Гр/с), рівний 1 джоулю на кілограм в секунду [Дж/(кг*с)] |
Продовження таблиці 1.5
1 |
2 |
3 |
3 |
Питома поглинена доза д |
Поглинена доза при флюенсі, рівному 1 частинці/см2, ∂ = D/Ф |
4 |
Експозиційна доза Х |
Повний заряд dQ іонів одного знаку, що виникає в повітрі при повному гальмуванні всіх вторинних електронів, які були утворені фотонами в малому об'ємі повітря dm в цьому об'ємі X=dQ/dm. Одиниця експозиційної дози – кулон на кілограм (Кл/кг) |
5 |
Еквівалентна доза Н |
Величина, введена для оцінки радіаційної небезпеки хронічного опромінювання випромінюванням довільного складу і визначувана як добуток поглиненої дози D на середній коефіцієнт якості Q в даній точці тканини. Спеціальна одиниця еквівалентної дози – зиверт (Зв) |
6 |
Питома еквівалентна доза h |
Еквівалентна доза при флюенсі, рівному 1 частинці/см2, h = H/Ф. Одиниця питомої дози – зиверт-сантіметр в квадраті на частинку (Зв*см2/част.) |
7 |
Максимальна еквівалентна доза Нм |
Найбільше значення сумарної еквівалентної дози від всіх джерел випромінювання в критичному органі |
8 |
Гранично допустима доза (ГДД) |
Найбільше значення індивідуальної еквівалентної дози за рік, яке при рівномірній дії в течії 50 років не викличе в стані здоров'я персоналу (категорія А) несприятливих змін, що виявляються сучасними методами; ГДД є основною дозовою межею для осіб категорії А |
9 |
Межа дози (МД) |
Гранична еквівалентна доза за рік для обмеженої частини населення (категорії Б); межа дози встановлюється менше ГДД для запобігання необґрунтованому опромінюванню цього контингенту людей; межа дози контролюється по усередненій для критичної групи дозі зовнішнього випромінювання і рівню радіоактивних викидів і радіоактивного забруднення об'єктів зовнішнього середовища; з’являється основною дозовою межею для осіб категорії В |
10 |
Допустимі рівні |
Нормативні значення надходження радіоактивних речовин в організм, зміст радіоактивних речовин в організмі, їх концентрація у воді і повітрі, потужності дози, щільність потоку і т.п., розраховані із значень основних дозових меж ГДД і МД |
Продовження таблиці 1.5. |
||
1 |
2 |
3 |
11 |
Граничне допустиме річне надходження (ГДН) для осіб категорії А |
Таке надходження радіоактивних речовин в організм протягом року, яке за 50 років створює в критичному органі еквівалентну дозу, рівну 1 ГДД. При щорічному надходженні на рівні ГДН еквівалентна доза за будь-який рік буде рівна або менше 1 ГДД (залежно від часу досягнення рівноважного вмісту радіоактивної речовини в організмі) |
12 |
Межа річного надходження (МРН) для осіб категорії Б |
Таке надходження радіоактивних речовин в організм протягом року, яке за 70 років створює в критичному органі еквівалентну дозу, рівну 1 МД |
13 |
Допустимий вміст (ДВ) |
Такий середньорічний вміст радіоактивних речовин в організмі (критичному органі), при якому еквівалентна доза рівна ГДД для категорії А або МД для категорії Б |
14 |
Допустима потужність дози (ДПД) |
Відношення ГДД або МД за рік до часу опромінення Т протягом року. Для категорії А час опромінення Т приймається рівним 1700 год = 105 хв. = 6,1*106 с. Для категорії В під час опромінення Т=8800 год = 5,3*105 хв. = = 3,2*107 с. При встановленні контрольних рівнів можуть використовуватися і інші розрахункові значення Т залежно від умов і фактичної тривалості опромінення |
15 |
Щільність потоку частинок (фотонів) φ |
Флюенс частинок dФ за малий проміжок часу dt, що ділиться цей проміжок: φ = dФ/dt |
16 |
Допустима щільність потоку частинок – фотонів (ДПП) |
Щільність потоку, при якій створюється допустима потужність дози ДПД |
17 |
Допустима концентрація (ДК) |
Відношення ПДП (або ПДН) радіоактивної речовини до об'єму V або повітря, з якими воно поступає в організм людини протягом року. Для категорії А об'єм повітря приймається V = 2,5 * 106 л/рік, для категорії Б об'єм повітря V = 7,3 * 106, води V = 800 л/рік |
18 |
Контрольні рівні |
Річне надходження радіонукліда в організм, вміст радіонукліда в організмі, потужність дози, щільність потоку, концентрація радіонукліда в повітрі (а для категорії Б і у воді), забруднення поверхні, що встановлюються в цілях обмеження опромінення персоналу і населення. Контрольні рівні встановлюються окремо для категорій А і Б |
Примітки: 1. До п.1. Допускається застосування терміну «доза випромінювання». При розрахунку поглиненої дози приймається наступний склад м'якої біологічної тканини % (по масі): 76,2 кисню; 11,1 вуглецю; 10,1 водню; 2,6 азоту.
2. До п.2. Грей (Гр.) – одиниця поглиненої дози; Гр. – доза випромінювання, при якій опроміненій речовині масою 1 кг передається енергія іонізуючого випромінювання 1 Дж: 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 радий.
3. До п.3. Флюенс Ф – число частинок (фотонів) dN, проникаючих в сферу малого перетину dS, ділене на цей перетин Ф = dN/dS.
4. До п.4. Термін «експозиційна доза» використовується для фотонного випромінювання з енергією фотонів 1-3000 кеВ. Потужність експозиційної дози визначається аналогічно потужності поглиненої дози.
5. До п.5. Еквівалентна доза і коефіцієнт якості повинні використовуватися лише для цілей радіаційної безпеки при Н не більше 5 ГДД. Потужність еквівалентної дози визначається аналогічно потужності поглиненої дози.
6. Активність А радіоактивної речовини – число спонтанних ядерних перетворень dN в цій речовині за малий проміжок часу dt, що ділиться на цей проміжок: A=dN/dt. Одиницею активності, яка в системі СІ одержала назву бекерель, Бк, є одне ядерне перетворення на секунду.
Для категорій опромінюваних осіб встановлюють три класи нормативів: основні дозові межі, табл. 1.6, допустимі рівні, відповідні основним дозовим межам і контрольні рівні.
Таблиця 1.6. Основні дозові межі опромінення
Нормовані величини |
Дозові межі, мЗв |
|
особи із персоналу (група А) |
особи із населення (група Б) |
|
Поглинена доза |
20 мЗв в рік в середньому за будь-які послідовні 5 років, але не більше 50 мЗв в рік |
1 мЗв в рік в середньому за будь-які послідовні 5 років, але не більш 5 мЗв в рік |
Еквівалентна доза за рік в: - кришталику - шкірі - кистях і стопах |
150 500 500 |
15 50 50 |
Примітки: 1. Дози опромінення, як і решта всіх допустимих похідних рівнів персоналу групи Б, не повинні перевищувати ј значень для персоналу групи А.
2. Дані для шкіри відносяться до середнього значення в покривному шарі завтовшки
5 мг/см2. На долонях товщина покривного шару – 40 мг/см2.
Зв'язок між одиницями вимірювання радіоактивного випромінювання і забруднення приведений в табл. 1.7.
Таблиця 1.7. Одиниці виміру радіоактивного випромінювання і забруднення
Дозиметричні величини |
Одиниці виміру |
Співвідношення між одиницями |
|
система СІ |
несистемні |
||
Активність |
Бекерель (Бк) |
Кюрі (Ки) |
1 Бк = 1 розпад/с |
Ступінь забруднення |
Бк/м2 |
Ки/м2 |
1 Ки/м2 = 3,7*1010 Бк/м2 |
Експозиційна доза |
1 кулон електричних зарядів в 1 кг повітря (Кл./кг) |
Рентген (Р) |
1 Кл/кг = 3876 Р |
Поглинена доза |
Грей (Гр.) |
рад |
1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад |
Еквівалентна доза |
Зіверт (Зв) |
бер |
1 Зв = 100 бер = 1 Гр * Q |