7.2. Дозиметрические величины. Приборы радиационного контроля

7.2.1. Дозиметрические величины и единицы их измерения

Разные виды излучений при взаимодействии со средой или веществом передают определенную величину энергии, которые в свою очередь поглощают эту энергию. При этом происходит возбуждение атомов и молекул, их ионизация и даже разрушение. Чтобы определить закономерности воздействия, распространения, поглощения ионизирующих излучений и охарактеризовать интенсивность их воздействия введены: понятие доза облучения и ее дозиметрические величины.

Дозой облучения называется часть энергии радиационного излучения, которая расходуется на ионизацию и возбуждение атомов и молекул любого облученного объекта.

Дозиметрической величиной, которая используется для характеристики воздействия рентгеновского и -излучения на среду служит экспозиционная доза. Она отражает способность данного вида излучений создавать в веществе заряженные частицы. Единицей измерения экспозиционной дозы в Международной системе единиц измерения (СИ) является Кулон/кг (Кл/кг), внесистемной единицей – Рентген (Р). На практике используются дробные доли рентгена: мР (миллирентген); мкР (микрорентген).

Доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой в 1 г, то есть активностью в 1 Ки.

1 Кл/кг = 3876 Р;

1 Р = 2,58 ·10¯⁴ Кл/кг

Необходимо учитывать, что любая доза накапливается во времени и эффект радиационного воздействия определяется не только общей дозой, но и временем за которое она получится. Поэтому введено понятие мощность дозы. Мощность экспозиционной дозы – экспозиционная доза отнесенная к единице времени: Р/час, мР/час, мкР/час и т.д. Единицей измерения мощности экспозиционной дозы в системе СИ является А/кг (ампер на кг). Мощность дозы, измеренную на высоте 70-100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации. Экспозиционная доза измеряется дозиметром.

Количественную оценку действия, производимого ионизирующим излучением в облученном веществе, дает поглощенная доза. Поглощенная доза – количество энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в пересчете на единицу массы любого вещества.

За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принимают Джоуль на килограмм (Дж/кг), т.е. в 1 кг массы облучаемого вещества поглощается 1 Дж энергии излучения. Эта единица имеет специальное название – грей (Гр). Внесистемной единицей измерения поглощенной дозы является рад. Рад – единица поглощенной дозы ионизирующего излучения, при которой веществом массой 1г поглощается энергия излучения в 100 эрг.

1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад

Используются такие значения единиц, как мГр, мкГр, мрад, мкрад и др.

Мощность поглощенной дозы – поглощенная доза, полученная за единицу времени. Единицы измерения мощности поглощенной дозы: рад/с, Гр/с, рад/ч, Гр/ч

и т.д.

Установлено, что при одной и той же поглощенной дозе различные виды излучений оказывают неодинаковые биологические эффекты. Объясняется это специфической ионизирующей способностью отдельных ионизирующих излучений. Особенности повреждающего действия ионизирующих излучений на организм человека позволяет учитывать эквивалентная доза. Эквивалентная доза - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий коэффициент качества данного вида излучения.

Коэффициент качества излучения (или весовой множитель W_R ) учитывает относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов. В НРБ-2000 приведены следующие взвешивающие коэффициенты (коэффициенты качества) для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы:

• Фотоны, электроны и мюоны любых энергий 1

• Нейтроны с энергией менее 10 кэВ 5

• Нейтроны с энергией более 20 МэВ 5

• Протоны с энергией более 2 МэВ 5

• Нейтроны с энергией от 10 до 100 кэВ 10

• Нейтроны с энергией от 2 до 10 МэВ 10

• Нейтроны с энергией от 100 кэВ до 2 МэВ 20

• Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра 20

Единицей измерения эквивалентной дозы в системе СИ является Зиверт (Зв).

1 Зв = Дж/кг. Зиверт – единица эквивалентной дозы излучения любой природы в биологической ткани, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр образцового рентгеновского излучения с энергией фотонов 200 кэВ. Используются также производные единицы: мкЗв, мЗв.

Внесистемная единица измерения эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рада).

1Зв = 100 бэр

1Зв = 1 Гр/ W_R

Эквивалентная доза в 1 Зв реализуется при поглощенной дозе в 1 Гр при W_R = 1.

Мощность эквивалентной дозы – отношение эквивалентной дозы к единице времени (Зв/с, мЗв/с, мкЗв/час и т.д.). Допустимая среднегодовая мощность эквивалентной дозы при облучении всего тела при 36-часовой рабочей неделе равна 28 мкЗв\час, естественный радиационный фон создает мощность эквивалентной дозы в пределах 0,05-0,2 мкЗв/час (по данным МКРЕ – Международной комиссии по радиологическим единицам и измерениям). Эквивалентная доза используется для оценки последствий облучения только малыми дозами, ее нельзя измерить, а можно только рассчитать.

Эквивалентная доза рассчитывается при равномерном облучении тела человека для «средней» ткани. Но дозы определяют и для отдельных органов при неравномерном облучении. В данном случае учитывают разную радиочувствительность органов и тканей и используют для этих целей эффективную дозу. Эффективная доза является мерой риска возникновения отдаленных последствий облучения всего человека, или отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она равна произведению эквивалентной дозы на соответствующий взвешивающий коэффициент W_T для данного органа или ткани. МКРЗ (Международная комиссия по радиационной защите) приняты следующие значения W_T (табл.1.).

Таблица 1

Величины взвешивающих коэффициентов

Орган или ткань	Коэффициент WT
Половые железы Красный костный мозг Толстый кишечник Легкие Желудок Мочевой пузырь Молочные железы Печень Пищевод Щитовидная железа Кожа, клетки костных поверхностей Остальные органы	0,20 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,05

Взвешивающий коэффициент характеризует отношение стохастического риска поражения какого-либо органа или ткани к риску поражения всего организма при равномерном облучении всего тела. Риск поражения всего организма принимают равным 1. Остальные органы включают: надпочечники, головной мозг, экстраторакальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку, вилочковую железу, матку.

Единицами измерения эффективной дозы являются Зиверт (Зв) и бэр.

Приведем и некоторые другие дозиметрические величины, используемые для расчета дозы облучения. Ожидаемая эквивалентная или эффективная доза предполагает определение дозовой нагрузки за некоторый период времени (например, за 70 лет). Эта доза позволяет оценить вероятность последствий облучения и принять соответствующие защитные меры. Измеряется данная доза в Зивертах (Зв).

Коллективная эффективная доза – это эффективная доза, полученная группой людей (облученной популяцией) от какого-либо радиоактивного источника. Измеряется она в человеко-Зивертах (чел.-Зв) и человеко-бэрах (чел.-бэр). Коллективную эффективную дозу можно рассчитать для отдельной местности и таким образом оценить масштабы радиационного поражения и отдаленные последствия облучения населения.