§ 9.2. Виды ионизирующих излучений. Основные единицы измерения

Электромагнитное (гамма, рентгеновское) и корпускулярное (альфа, бета, нейтронные) излучения, способные при взаимодействии с вещест­вом создавать в нем заряды, ионы и электроны, называются ионизирую­щими.

Радиоактивный распад ядер сопровождается в основном α-, β- и γ-излучением.

Радиоактивные излучения характеризуются ионизирующей и про­никающей способностью.

Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией, т. е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема, массы. Излучения различных видов обладают различной ионизирую­щей способностью.

Проникающая способность радиоактивных излучений определя­ется величиной свободного пробега. По мере пробега в веществе ско­рость частиц уменьшается и на некотором расстоянии от начала пути становится равной скорости движения атомов и молекул среды. Это расстояние называется длиной пробега.

Альфа-частицы представляют собой поток ядер гелия, испускаемых веществом и имеющих положительный заряд. Их энергия лежит в пре­делах от трех до девяти МэВ. Чем больше энергия частицы, тем больше полная ионизация, вызываемая ею в веществе. Пробег α-частиц, испу­скаемых радиоактивными веществами, достигает 8—9 см в воздухе, а в мягкой биологической ткани нескольких десятков микрон. Обладая сравнительно большой массой, α-частица быстро теряет свою энергию при взаимодействии с веществом, что обусловливает низкую проникаю­щую способность и высокую удельную ионизацию.

Бета-частицы — это поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Скорость их близка к скорости света, мак­симальная энергия лежит в диапазоне 0,05—3,5 МэВ, максимальный пробегов воздухе составляет несколько десятков метров, а в биологиче­ских тканях — несколько сантиметров. Ионизирующая способность β-частиц ниже, а проникающая способность выше, чем α-частиц, так как они обладают значительно меньшей массой и большей скоростью распространения.

Нейтронное излучение — это поток нейтронов. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, они свободно взаимодействуют с яд­рами атомов, вызывая ядерные реакции. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии и состава атома вещества, с которым они взаимодействуют.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния ядра, γ-лучи обладают большой проникающей способностью и малым ионизирую­щим действием. Энергия γ-излучений различных изотопов находится в пределах от 0,1 до 3 МэВ.

Рентгеновское излучение — электромагнитное, оно возникает при торможении быстрых электронов в веществе. Практически рентгеновское излучение может возникать в любых электровакуумных установках, в которых применяются достаточно большие напряжения (десятки и сотни киловольт) для ускорения электронного пучка. Как и γ-излучение, оно обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникания.

Основные единицы радиоактивности и ионизирующих излучений. Активность А радиоактивного вещества — число ядерных превращений dN в этом веществе за малый промежуток времени dt:

А = dN / dt,

Единицей измерения активности в системе СИ является один распад

в секунду (расп/с). Эту единицу называют беккерель (Бк). Внесистемная

единица активности — кюри (Ки). Это активность препарата, в котором

происходит 3,7-10¹⁰ расп/с. Производные единицы: 1мКи = 3,7'10⁷

расп/с, 1 мкКи = 3,7 • 10⁴ расп/с. Внесистемная единица активности кюри

связана с беккерелем следующим образом: 1 Ки = 3,7' 10¹⁰ Бк.

Поглощенная доза излучения D — отношение средней энергии dĒ,

преданной излучением веществу в некотором элементарном объеме, массе dm вещества в этом объеме

D = dĒ/dm

Единицей поглощенной дозы в системе СИ является один джоуль на килограмм (Дж/кг). Эту единицу поглощенной дозы принято называть грэй (Гр).

Внесистемной единицей поглощенной дозы излучения является рад, который соответствует поглощению 100 эрг энергии любого вида иони­зирующего излучения в 1 г облученного вещества (1 рад = 100 эрг/г). Производными единицами являются миллиард (мрад) и микрорад

(мкрад).

Соотношение между единицами: 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Величина поглощенной дозы зависит от вида излучения, его энерге­тического состава, состава облучаемой среды и условий облучения.

Для характеристики фотонного излучения по эффекту ионизации применяют так называемую экспозиционную дозу рентгеновского и γ-излучений X_экс . Она представляет собой отношение суммарного за­ряда 46 всех ионов одного знака, созданных в воздухе, при полном тор­можении всех вторичных электронов, которые были образованы фото­нами в малом объеме воздуха с массой dm к массе воздуха в этом объеме:

X_экс = dQ/dm.

Единица экспозиционной дозы в системе СИ — кулон на килограмм (Кл/кг).

Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и γ-излучений является рентген (р). Производные единицы: миллирент­ген (мр), микрорентген (мкр), рентген — это доза фотонного излучения, которая в 1 см³ воздуха создает ионы, несущие одну электростатиче­скую единицу электричества каждого знака. Масса 1 см³ атмосферного сухого воздуха при нормальных условиях составляет 0,0012932 г, сле­довательно, 1 Кл/кг = 3,876∙10³ Р; 1Р = 2,58 • 10^-4 Кл/кг.

В связи с тем что одинаковая поглощенная доза различных видов излучений вызывает в биологической ткани различное биологическое действие, введено понятие эквивалентная доза.

Эквивалентная доза ионизирующего излучения H_экв — величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облуче­ния и определяется произведением поглощенной дозы D в ткани на коэффициент качества Q этого излучения: H= DQ

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв) — это эквивалентная доза любого вида излучения в биологической ткани, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза а один Гр образцового рентгеновского и γ-излучегшя. В качестве, образцового обычно принимают рентгеновское излучение с энергией 200 кэВ.

Внесистемная единица эквивалентной дозы — бэр. Это эквивалентная доза любого вида излучения в биологической ткани, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза 1 рад образ­цового рентгеновского и γ-излучения. Производные единицы миллибэр (мбэр), микробэр (мкбэр).

В дозиметрической практике часто сравнивают равноактивные пре­параты по ионизационному эффекту, производимому γ -излучением в воздухе. Если два препарата при тождественных условиях измерения

создают одну и ту же мощность экспозиционной дозы, то говорят, что они имеют одинаковый γ-эквивалент. Внесистемной единицей γ-эквивалента является один мг экв. Это γ-эквивалент радиоактивного пре­парата, γ-излучение которого при тождественных условиях измерения создает такую же мощность экспозиционной дозы, что и γ-излучение 1 мг радия Государственного эталона радия СССР в равновесии с основ­ными дочерними продуктами распада при платиновом фильтре толщи­ной 0,5 мм. Обычно принимают, что при этих условиях 1 мг радия соз­дает на расстоянии 1 см мощность экспозиционной дозы Х_экс = 8,4 Гр. Эта величина называется у-постоянной радия Г_Rа

Экспозиционную дозу рентгеновского и γ-излучения в воздухе можно рассчитать по формуле

At

Х_экс = Г_Rа ——

r²

где A — активность источника, Бк; t — время облучения, с; r - расстояние от источника, м; Г_Rа — γ-постоянная изотопа.