Інструкційна картка до проведення практичного заняття №1 з дисципліни «Радіаційна фізика та основи дозиметрії»

1. Тема заняття: Визначення основних дозиметричних величин.

2. Мета заняття: Розширити та поглибити знання про дози випромінювання іонізуючого випромінювання: поглинена, експозиційна, еквівалентна, ефективна, колективна дози, їх потужності і одиниці вимірювання. Відпрацювати навички, прийоми щодо розрахунку основних дозиметричних величин, таких як: поглинена доза, еквівалентна доза іонізуючого випромінювання, потужність поглиненої та еквівалентної дози іонізуючого випромінювання.

2.1. Після виконання роботи курсант, учень повинен

знати: способи розрахунку поглиненої, експозиційної, еквівалентної, ефективної, колективної дози, їх потужностей та їх одиниці вимірювання.

вміти: розв’язувати задачі на визначення поглинутої та еквівалентної дози опромінення та їх потужностей.

3. Матеріально-технічне оснащення робочого місця: інструкційна картка до проведення практичного заняття №1.

4. Інструктаж з техніки безпеки (робота не потребує додаткового інструктажу).

5. Короткі відомості з теоретичної частини роботи

Іонізуючу властивість радіації в повітрі характеризують дозою випромінювання. Основною фізичною величиною, прийнятої в дозиметрії для оцінки міри дії іонізуючого випромінювання, є поглинута доза, або просто доза випромінювання. Доза випромінювання – це розрахована на одиницю маси опроміненої речовини поглинута енергія випромінювання.

де E — повна енергія іонізуючого випромінювання, яка передана опроміненій речовині; т — маса опроміненої речовини. Відповідно до рівняння (3) одиниця поглинутої дози [D] = 1 Дж/кг. Ця одиниця має спеціальну назву – Грей. До її введення застосовувалась одиниця рад (радіаційна абсорбційна доза): 1 рад = 10^-2 Гр. Співвідношення між одиницею поглинутої дози системи СІ і несистемною одиницею:

1 Дж/кг = 100 рад, 1 Гр = 100 рад, 1 Гp = 1Дж/кг, 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг.

Доза випромінювання залежить від часу опромінення; з плином часу доза накопичується. Зміна дози в одиницю часу називається потужністю дози. Потужність поглиненої дози дорівнює

Одиницею потужності поглинутої дози в системі СІ є грей за секунду (Гр/с, Gy/s) і джоуль на кілограм за секунду (Дж/кг/с, J/kg/s), а позасистемною – рад за секунду (рад/с, rad/s); співвідношення між ними: 1 Гр/с = 1 Дж/(кг/с); 1 Гр/с = 100 рад, 1 рад = 0,01 Гр/с.

Експозиційною називають дозу випромінювання, що характеризує іонізаційний ефект рентгенівського і гамма-випромінювань у повітрі. Вона дорівнює абсолютному значенню повного заряду іонів одного знаку, які утворюються в повітрі при повному гальмуванні електронів і позитронів в одиниці маси повітря.

де q – сумарний електричний заряд іонів одного знака, що виникають у сухому повітрі при повному гальмуванні всіх вторинних електронів, утворених квантами електромагнітного випромінювання; т – маса повітря, в якому утворюються іони.

У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг, C/kg). Це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якому в кожному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорівнює 1 кулону. Експозиційну дозу випромінювання гамма-променів вимірюють несистемною одиницею – рентгеном (Р, R). Співвідношення між одиницею експозиційної дози системи СІ і несистемною: 1 Кл/кг = 3876 Р або 1 Кл/кг = 3,88 • 103; 1 Р = 2,58 •10⁴ Кл/кг.

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) – це інтенсивність випромінювання, що утворюється за одиницю часу і характеризує швидкість накопичення дози. Її можна визначити за формулою:

Одиницею потужності експозиційної дози в системі СІ є ампер на кілограм (А/кг, A/kg), а несистемною одиницею для вимірювання випромінювань у повітрі є рентген за годину (Р/год, R/h), рентген за секунду (Р/с, R/s) або часткові одиниці: мілірентген за годину (мР/год), мікрорентген за годину (мкР/год). Рівень радіації (середня потуж­ність експозиційної дози) вимірюється в рентгенах за годину (Р/год).

Співвідношення між одиницею системи СІ і несистемною одиницею потужності експозиційної дози:

1 А/кг = 1 Кл/кг • с = 3876 Р/с, 1 Р/с =2,58 • 10⁴ А/кг = 2,58 • 10⁴ Кл/кг • с.

Еквівалентна доза характеризує те, що різні види іонізуючого випромінювання під час опромінювання організму однаковими дозами приводять до різного біологічного ефекту.

Для розрахунку еквівалентної дози випромінювання застосовується формула:

Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв, Sv). Один зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, гамма- та бета- випромінювань). Для обліку біологічної ефективності випромінювань введена несистемна одиниця поглинутої дози – біологічний еквівалент рентгена (бер). Один бер – це доза будь-якого виду випромінювання, яка створює в організмі такий же біологічний ефект, як 1 рентгенівського або гамма-випромінювання.

Доза в берах виражається тоді, коли необхідно оцінити загальний біологічний ефект незалежно від типу діючих випромінювань. Співвідношення між одиницею еквівалентної дози в системі СІ і несистемною одиницею: 1 Зв = 100 бер, 1 бер = 0,01 Зв.

Потужність еквівалентної дози – це величина, що характеризує відношення кількості еквівалентної дози до одиниці часу.

Одиницею потужності еквівалентної дози в системі СІ є зіверт за секунду (Зв/с, Sv/s), а несистемною одиницею є бер за секунду (бер/с) співвідношення між ними: 1 Зв/с = 100 бер/с, 1 бер/с = 0,01 Зв/с.

Ефективна доза опромінення розрахункова доза опромінення людини, яка враховує вклади ефектів опромінення різних органів і тканин людини на стан її здоров'я у цілому. Доза ефективна (D _еф) – це величина, яку використовують як засіб ризику виникнення віддалених наслідків опромінення усього тіла людини та окремих її органів і тканин з урахуванням їх радіочутливості, а також маси.

Колективна доза – це характеристика колективного ризику виникнення стохастичних ефектів опромінення. Вона дорівнює сумі індивідуальних ефективних доз. Одиниця ефективної колективної дози –люд/Зв.

Під якістю випромінювання ми розуміємо таку характеристику випромінювання, яка має одне і те ж значення у різних видів випромінювання, якщо за однакових умов опромінення даного об'єкту і однаковій дозі спостерігається один і той же радіаційний ефект. Іншими словами, радіаційна дія випромінювань однакової якості, у тому числі випромінювань різних видів, буде однаковим при рівних дозах.

Для порівняння біологічних ефектів, що викликаються різними видами випромінювання, введено поняття відносної біологічної ефективності (ВБЕ).

Відносна біологічна ефективність випромінювання – це відношення поглиненої дози зразкового випромінювання, що викликає певний біологічний ефект, до поглиненої дози даного випромінювання, що викликає той самий біологічний ефект:

де η – ВБЕ, і –дози відповідного зразкового і даного випромінювань, при яких спостерігається один і той же біологічний ефект.

Дані по ВБЕ, отримані в різних радіобіологічних дослідженнях, служать основою для становлення гранично допустимих рівнів опромінення і норм радіаційної безпеки. З метою протирадіаційного захисту використовують, однак, не конкретне значення отриманої в експерименті ВБЕ, а так званий коефіцієнт якості випромінювання (k = 1..20).

Коефіцієнт якості є регламентованою величиною ВБЕ, установлюваної спеціальними науковими комісіями на підставі медичних та радіобіологічних даних і призначеної для контролю радіаційної небезпеки.