КИМ образом, £>(£) есть энергетический, ненормированный спектр дозы.

Установленная в СИ единица дозы ионизирующего излуче- НИЯ (поглощенная доза)—سرح, ее обозначение Гр —по имени английского ученого с. грея, внесшего большой вклад в ста. новление радиационной дозиметрии. Один грей равен поглощен- ной дозе излучения, при которой веществу массой[ 1 кг пере, дается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. в практике и научной литературе распространена внесистемная единица дозы излучения ра^:

1 рад=10-2 Гр.

§ 10. Экспозиционная доза

Экспозиционная доза — специфическая величина в дозиметрии, введенная для фотонного излучения. Она равна абсолютному значению полного заряда ионов одного знака, которые образу- ются в воздухе при полном торможении электронов и позитро- нов, освобожденных фотонами в единице массы воздуха. Обо- значим экспозиционную дозу X, тогда

х=٥٠/٥т, (10.1)

где ٥٠ —суммарный заряд всех ионов одного знака, создан- ных в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонным излучением в массе воздуха ٥щ. Здесь важно понять, что заряд ٥٠ включает заряд всех ионов одного знака, созданных в результате полного использования кинети- ческой энергии электронов и позитронов в воздухе независимо от места образования этих ионов؛ имеется в виду, что эти ионы созданы только теми электронами и позитронами, которые воз- никли в массе воздуха ٥га.

Легко-Установить связь между экспозиционной[ дозой и кер- мой фотонного излучения в воздухе Ку. Действительно, керма есть сумма начальной кинетической энергии всех электронов и позитронов, освобожденных фотонами в единице массы воздуха. При торможении в воздухе эти заряженные частицы тратят часть своей энергии на тормозное излучение; остальная энер- ГИЯ идет на ионизацию и возбуждение атомов среды. Следова- тельно, экспозиционная доза

Х=(Кг-Ез)е/№\ (10.2)

где ج —заряд одного иона; и? —средний расход энергии элек- тронов на образование одной пары ионов в воздухе.

Если пренебречь энергией тормозного излучения, что вполне допустимо для низких и средних энергий[ фотонов, то

Х=еКу/1 (10.3)

Таким образом, керма фотонного излучения в воздухе висту- пает как энергетический эквивалент экспозиционной дозы,. أساً-

вественно мощность кермы есть энергетический эквивалент мощности экспозиционной дозы Р.

Установленная в СИ единица экспозиционной дозы — кулон на килограмм, Кл/кг. Кулон на килограмм равен экспозицион­ной дозе, при которой все электроны и позитроны, освобожден­ные фотонами в воздухе массой 1 кг, производят ионы, несущие электрический заряд 1 Кл каждого знака. В практике и научной литературе распространена внесистемная единица экспозиционной дозы — рентген, обозначение Р — по имени немецкого ученого В. К٠ Рентгена, открывшего рентгеновские лучи.

1 Р=2,58٠10^-4 Кл/кг (точно);

1 Кл/кг=3,88٠ 10³ Р (приблизительно).

§ 11. Коэффициент качества излучения. Эквивалентная доза

Уже отмечалось, что результат воздействия излучения на объект определяется не только поглощенной энергией, но и ха­рактером распределения этой энергии в облучаемом объекте, распределением облучения во времени, видом излучения и дру­гими факторами, значимость которых различна в зависимости от условий облучения и рода измеряемого радиационного эф­фекта. В частности, биологический эффект облучения при про­чих равных условиях различен для разных видов излучения. Возникает вопрос — почему? Не заложена ли причина в самой природе ионизирующих частиц, которая может быть различна для разных видов излучения? Наши сведения о взаимодействии излучений с веществом свидетельствуют о том, что в некоторых случаях природа частиц действительно определяет способ дис٠ сипации переданной энергии. Например, нейтроны, взаимодейст­вуя с кристаллической решеткой, способны произвести смещение атомов в решетке и нарушить ее структуру, в то время как у-кванты умеренных энергий могут лишь ионизовать атомы. Од­нако применительно к биологическому действию различие в фи­зической природе частиц не является главным фактором раз­личия радиационных эффектов. Более того, даже частицы одной природы, но разных энергий могут вызывать неодинаковый эф­фект при одной и той же поглощенной дозе.

По современным представлениям о биологическом действии ионизирующих излучений определяющую роль играет ионизация живой ткани. Свойства ионов не зависят от причины, по ко­торой они возникли, а следовательно, и от природы ионизирую­щих частиц. В чем же тогда различие для разных видов излу­чений? Главное различие заключается в том, что разные виды излучений создают ионы с неодинаковым пространственным рас­пределением. Например, тяжелые заряженные частицы создают более плотную дорожку ионов, чем легкие; различными оказы­ваются диапазоны энергий, передаваемых б-частицам, которые по-своему влияют на пространственное распределение ионов. Значительные различия обнаруживаются в микроскопическом рас­

пределении поглощенной энергии, а следовательно, и ионизации *. Таким образом, представляется целесообразным определить некоторую- физическую величину, которая учитывала бы про- странственное распределение переданной энергии. Такой вели- чиной в некотором приближении может служить линейная пере- дача энергии —лпэ. «Некоторое приближение» здесь означает, что если для двух различных видов частиц лпэ одинакова, то пространственное распределение переданной ими энергии более идентично, чем если бы лпэ была различной, лпэ, таким образом, выступает как характеристика качества излучения.. Под качеством в банном случае мы понимаем такую характеристику излучения, которая имеет одно и то же значение у разных видов излучения, если при одинаковых условиях облучения данноео объекта И одинаковой дозе наблюдается один и тот же радици онный эффект. Другими словами, радиационное действие излу- чений одинакового качества, в том числе излучений разных ВИ- дов, должно быть одинаковым при равных дозах. Сразу огово- римся, что пока такой универсальной величины, которая пол- ностью определяла бы качество излучения, не найдено.- Возможно, здесь следует искать комбинацию величин. Тем не менее во многих случаях, особенно в области противорадиаци- онной защиты, лпэ является удобной характеристикой качества излучения.

Для сравнения биологических эффектов, вызываемых разными видами излучения, введено понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ).

Относительная биологическая эффективность излучения —это отношение поглощенной дозы образцового излучения, вызываю- щего определенный биологический эффект, к поглощенной дозе данного излучения, вызывающего тот же биологический эффект:

v\=Do/D_x, (11.1)

где К]— ОБЭ; Do и ٥* —дозы соответственно образцового и дан- ного излучений, при которых наблюдается один и тот же--био- логический эффект.

В качестве образцового излучения принимают рентгеновское излучение с граничной эне.ргией фотонов 200 кэВ; для образ- цового излучения ٩٢٦==1; обычно полагают 4 = 1 для фотонов любых энергий**.

ОБЭ зависит от вида излучения, его энергии, наблюдаемой биологической реакции, распределения излучения во времени, индивидуальных особенностей биологического объекта и других факторов, часть которых' недостаточно хорошо изучена. Особую значимость имеет зависимость ОБЭ от лпэ. На рис. 7 показана

* Вопросы микроскопического распределения поглощенной энергии рассмат- ривает раздел дозиметрии آ микродозиметрия (см. гл. 13).

** Строго говоря, ОБЭ зависит от энергии фотонов. Международная КОМИС- сия по радиологической защите ( КРЗ) рассматривает целесообразность отне- сти знач'ение 4 = 1 для фотонов более высоких энергий.

37

зависимость ОБЭ от ЛПЭ, полу- ченная в радиобиологических экспериментах. Кривая 1 соот- ветствует сложным биологиче- ским системам, для которых на- блюдается максимум ОБЭ в зна- чении ЛПЭ около 100 кэВ/мкм. Кривая 2 типична для инактива- ции некоторых бактерий и виру- сов. Начиная с некоторых значе- ний ЛПЭ кривая падает, не про-

Рис. 7. Зависимость ОБЭ от ЛПЭ являя максимумов или мини- мумов.

ОБЭ определяют в конкретных условиях радиобиологического эксперимента. Суммируя и анализируя данные по ОБЭ, можно составить представление об относительной радиационной опасно- сти для человека различных видов излучений.

Данные по ОБЭ, полученные в радиобиологических исследо- ваниях, служат основой для установления предельно допустимых уровней облучения и норм радиационной безопасности. В целях противорадиационной защиты используют, однако, не конкретное значение полученной в эксперименте ОБЭ, а так называемый коэффициент качества излучения.

Коэффициент качества является регламентированной величи- ной ОБЭ, устанавливаемой специальными научными комиссиями на основании медицинских и радиобиологических данных и пред- назначенной для контроля радиационной опасности. Отсюда следует, что по мере накопления и уточнения данных по биоло- гическому действию излучений коэффициенты качества для раз- личных видов излучений могут быть пересмотрены. Являясь основой при установлении норм, обеспечивающих радиационную безопасность, коэффициенты качества в Советском Союзе уза- кониваются ГОСТом и нормами радиационной безопасности (НРБ).

Помимо численных значений коэффициента качества для раз- ных видов излучений устанавливается зависимость коэффициента качества от ЛПЭ излучения. За основу принимается кривая вида 1 на рис. 7. Однако и здесь связь между коэффициентом каче- ства и ЛПЭ устанавливается на основе обобщения и анализа данных по ОБЭ с учетом накопленных знаний по последствиям облучения, а не путем прямого наблюдения этой связи. В табл. 1 приведены средние значения ЛПЭ в воде, с которыми сопостав- лены значения коэффициента качества к. Коэффициенты качества для промежуточных значений ЛПЭ находят линейным интерпо-

лированием.

Принято, что излучения с одинаковым коэффициентом каче­ства при равных дозах и одинаковых условиях облучения при­водят к одинаковому биологическому эффекту с точки зрения радиационной опасности. Коэффициент качества есть зависящий

38

Таблица 1. Значения коэффициента качества для излучений с различными Л ПЭ Гид излучения	Средняя удельная ионизация в воде, пар ионов/мкм	Среднее значение ЛПЭ в воде, кэВ/мкм	Коэффициент качества к
Фотонное излучение; элек­троны, позитроны	<100	<3,5	1
Тяжелые ионизирующие ча­стицы	<100 100—200 200—650 650—1500 1500—5000	3,5> 0 ١ 7—3,5 23—7,0 53—23 175—53	1—2 2—5 5—10 10—20

от ЛПЭ коэффициент, на который надо умножить поглощенную дозу, чтобы для целей противорадиационной защиты биологиче­ский эффект облучения людей выражался в одной и той же мере независимо от вида излучения.

Однако введение коэффициента качества оказывается не все­гда достаточным для количественного описания биологических эффектов облучения, поэтому может возникнуть необходимость в других уточняющих коэффициентах, например в коэффициенте распределения, который учитывал бы неоднородность распреде­ления источников, инкорпорированных внутрь организма.

Произведение поглощенной дозы ٥ на средний коэффициент качества ионизирующего излучения к в данном элементе объема биологической ткани стандартного состава образует эквивалент­ную дозу ионизирующего излучения Н\

Н=кЭ. (11.2)

Для смешанного излучения эквивалентную дозу определяют как сумму произведений значений поглощенной дозы отдель­ных видов излучений на соответствующие значения коэффициента качества для этих излучений ке٠

Н = (11.3)

В СИ установлена единица эквивалентной дозы зиверт, Зв — по имени шведского ученого Р. Зиверта — первого председателя МКРЗ, созданной в 1928 г. Один зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологи­ческой ткани стандартного состава на средний коэффициент ка­чества равно 1 Дж/кг. Зиверт связан с внесистемной единицей эквивалентной дозы бэр следующим соотношением:

1 Зв=100 бэр.

Международная комиссия٧по радиологической защите (МКРЗ) в качестве меры радиационного воздействия на живой организм ввела эффективную эквивалентную дозу Н_э$, которая опреде-