22. Доза излучения

Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения.

Экспозиционная доза Х ионизирующего излучения - суммарный заряд, образовавшийся за счет излучения в 1 см³ воздуха за некоторое время t.

Измеряется в кулонах на килограм (Кл/кг), внесистемная единица - рентген (Р).

При дозе в 1 Р в 1 см³ при нормальных условиях образуется 2,08^.10⁹ пар ионов, что соответствует 2,58^.10^-4Кл/кг. При этом в 1 см³ воздуха за счет ионизации поглощается энергия, равная 1,1^.10^-8 Дж, т.е. 8,5 мДж/кг.

Поглощенная доза излучения Д_п. - физическая величина, равная отношению поглощенной энергии W_п к массе M_п облучаемого вещества. Величины поглощенной дозы определяются с помощью выражения

Д_п = W_п / M_п.

В системе СИ единицей поглощенной дозы является Грей. Эта единица названа в честь английского физика А. Грея. Такую дозу получает тело массой 1 кг, если оно поглотило энергию в 1 Дж.

До 1980 г. в качестве единицы поглощенной дозы применялись: рад и рентген. Это внесистемные единицы.

Рад – от англ. поглощенная доза излучения.

1 рад = 10^-2 Дж/кг = 10^-2 Гр.

1 Грей (Гр)= 100 рад  110 Р (для гамма-излучения).

Единица «Рентген» довольно часто используется и сейчас; возможно, это просто дань традиции. По определению доза в 1 Р соответствует такому излучению, при котором в 1 см³ воздуха при н.у. (Р₀=760 мм. рт. ст, Т = 273 К) обра-зуется определенное число пар ионов (N  2,1·10⁹), так что их суммарный заряд равен 3,3·10^-10 Кл. Понятен смысл данного определения: зная ток и время разрядки, можно опытным путем определить суммарный заряд ионизации и число пар ионов, возникших в результате облучения

N_ион= Q_общ/е.

Для этих же условий (н.у.) найдем величину поглощенной дозы:

Д_п = W_п/M_п = 112,5·10^-10/0,128·10^-5 = 8,7·10^-3 Дж/кг.

Таким образом, доза в 1 рентген соответствует поглощенной дозе 8,7·10^-3 Дж/кг или 8,7·10 мГр.

1 Р = 8,7·10^–3 Дж/кг = 8,7 мГр.

Доза в 1 Р создается лучами, испускаемыми 1 граммом радия, на расстоянии 1 м от источника в течение 1 часа.

Мощность поглощенной дозы Д^I_П.- физическая величина, характеризующая величину энергии, поглощаемой единицей массы какого-либо физического тела в единицу времени:

D¹_п = Д_П / t = W_П / M_Пп t.

Величину фонового излучения нам обычно сообщают в микрорентген/час, например 15 мкР/час. Эта величина имеет размерность мощности поглощенной дозы, но выражена она не в единицах системы СИ.

Эквивалентная доза H_экв.- величина, которая харак-теризует поглощенную дозу живого организма. Она равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма:

H_экв. = КК  D_П,

где КК – средний коэффициент качества ионизирующего излучения в данном элементе объема биологической ткани (табл. 22.1).

Таблица 22.1.э.

Вид излучения	КК
Рентгеновское и γ-излучение	1
Электроны, позитроны, β-излучение	1
Протоны (W  10 МэВ)	10
Нейтроны (W  20 кэВ)	3
Нейтроны (W = 0,1 – 10 МэВ)	10
Альфа –излучение (W 10 МэВ)	20

Надо отметить, что эквивалентная доза H_экв харак-теризует среднее значение поглощенной дозы живым орга-низмом, хотя одни и те же ткани (кости, мышцы, мозг и др.) для разных людей и при разных условиях будут поглощать разную энергию.

В системе СИ единицей эквивалентной дозы является Зиверт (1 Зв), названной так в честь шведского ученого – радиолога Р.Зиверта. На практике часто используется внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена).

1 бэр = 0,01 Дж/кг.

На практике используются дольные единицы: миллибэр (1мбэр = 10^-3 бэр); микробэр (1мкбэр = 10^-6 бэр); нанобэр (1нбэр = 10^-9бэр).

Существует другое определение понятия бэр.

Бэр - это количество энергии, поглощенное живым орга-низмом при облучении любым видом ионизирующей радиации и вызывающее такой же биологический эффект, как и погло-щенная доза в 1 рад рентгеновского или -излучения с энергией 200 кэВ.

Соотношение между названными единицами (1 Зв, 1 бэр, 1 Р) такое:

1 Зв = 100 бэр  110 Р (для гамма-излучения).

По мере удаления от точечного источника доза убывает обратно пропорционально квадрату расстояния ( 1 / r²).

Поглощенная доза

D_п = D¹_эт·t_обл/r². D¹_эт = 1Р·1м²/час ,

где D¹_эт - мощность точечного источника; t_обл - время облучения, ч; r - расстояние от источника, м.

Активность точечного излучателя и мощность дозы связаны соотношением:

Р = К_ ,

где К_ - ионизационная постоянная, r - расстояние от источника излучения, d - толщина защитного экрана, - коэффициент поглощения излучения в материале экрана.

Ионизационная постоянная К_ и коэффициент поглощения экрана сложным образом зависят от вида и энергии излучения. Для гамма-квантов с энергией около 1 МэВ отношение коэффициента поглощения к плотности материала для многих материалов (вода, аллюминий, железо, медь, свинец, бетон, кирпич) близко к величине 7^.10^-3 м²/кг.

Естественный фон радиации (космические лучи; радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около Гр на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр. Доза излучения в 3 – 10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.

При работе с любым источником радиации (радиоактивные изотопы, реакторы и др.) необходимо принимать меры по радиационной защите всех людей, могущих попасть в зону действия излучения.

Самый простой метод защиты это удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние. Даже без учета поглощения в воздухе интенсивность радиации убывает о пропорционально квадрату расстояния от источника. Поэтому ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать руками. Надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой.

В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, используют для защиты от излучения преграды из поглощающих материалов.

Наиболее сложна защита от -лучей и нейтронов из-за их большой проникающей способности. Лучшим поглотителем -лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита.

Фону в 15 мкР/час соответствует мощность дозы 36,2·10^–12 Гр/с (или 4,16·10^-9 Р/с). При такой мощности дозы человек за один год, при условии, что ионизация тканей происходит также как ионизация воздуха, получит дозу радиации, равную 1,1 мГр (или 0,13 Р). Такая доза радиации очень мала и неопасна для человека. Но надо еще иметь в виду, что радиация может накапливаться строительными материалами, которые используются при постройке жилых и промышленных зданий. Влияние излучения от конструкционных материалов может быть более существенным, чем от фона наружного воздуха.

Зная общую эквивалентную дозу, можно найти эквива-лентную поглощенную дозу отдельных органов (H_орг,i = К_рр×Д_экв) и оценить вероятность их лучевого поражения. В то же время при использовании лучевой терапии в медицине очень важно знать и установить значения мощности источника излучения и время экспозиции таким образом, чтобы эквивалентная поглощенная доза для данного органа (например, для легких) не выходила за пределы допустимой дозы.