7.Элементы дозиметрии.

В этом разделе речь пойдет о дозиметрии в узком смысле – о системе единиц, применяемый для количественной оценки воздействия ионизирующих излучений на организм.

Сложились две параллельные системы единиц: энергетическая и ионизационная.

Энергетической характеристикой поглощенной дозы в системе СИ является грей:

1 Гр = 1 Дж/кг

Соответственно, мощность поглощенной дозы следует измерять в греях в секунду:

1 Гр/с = 1 Дж/кгс = 1 Вт/кг

Устаревшими единицами поглощенной дозы и ее мощности являются рад и рад в секунду:

1 рад = 10^-2 Гр; 1 рад/с = 10^-2 Гр/с = 10^-2 Вт/кг

Однако «поймать» экспериментально джоуль энергии ионизирующих излучений на фоне многочисленных джоулей тепловой энергии, циркулирующих в организме – задача сложная; чтобы лучше это почувствовалось, напомним, что удельная теплоемкость воды с = 4190 Дж/кгК. Так что о приборах для прямых измерений поглощенной дозы – каких-нибудь «грееметрах» – слышать не приходилось, а косвенные измерения – через вычисления – задача со многими исходными данными.

Большую практическую ценность представляют дозиметрические характеристики, основанные на ионизирующем действии радиации: ведь угрозы, связанные с ней, связаны именно с ее ионизирующим действием. Этому подходу к делу соответствует экспозиционная доза.

Законной единицей экспозиционной дозы в системе СИ является 1 Кл/кг (кулон на килограмм). Здесь с кулоном, допустим, все легко: в кулонах или долях кулона напрашивается измерение суммарного заряда ионов какого-нибудь одного знака, возникших под действием радиации. А вот с килограммом дела обстоят хуже: килограмм – чего? какого стандартного вещества? мягких тканей? воды? воздуха?

Внесистемная единица экспозиционной дозы рентген (1 Р) введена таким образом, что оговорены и условия проведения измерений, и вопрос, что считать единичным результатом. Идея такова: вместо килограмма «живого веса» или тканеэквивалентной среды в аттестуемый поток радиации выставляется «на экспозицию» сухой воздух при нормальных условиях. Принимается, что облучаемый воздух получает экспозиционную дозу 1 рентген, если в 1 см³ образуется 2,0810⁹ пар ионов, имеющих суммарный заряд одного знака q = 2,0810⁹1,610^-19 = 3,3310^-10 Кл/см³ = 3,3310^-4 Кл/м³. Плотность воздуха  = 1,293 кг/м³. Отношение этих величин для дозы в 1 рентген:

Мы получили, что одному внесистемному рентгену соответствует 2,5810^-4 Кл/кг «системных» единиц Кл/кг для 1 кг воздуха.

Измерение экспозиционной дозы по степени ионизации воздуха (т.е. в рентгенах) технически просто и надежно: можно воспользоваться ионизационной камерой с воздушным заполнением. Сила тока через камеру прямо пропорциональна степени ионизации; напомним, что 1 ампер (1А) – это один кулон в секунду: 1 А = 1 Кл/с. Так что показания милли- или микроамперметра камеры фактически пропорциональны мощности Р экспозиционной дозы, и шкала может быть проградуирована прямо в единицах этой мощности: в Р/с, в мкР/с, в мкР/час, и т.п. Тогда экспозиционная доза, получаемая воздушной средой за время облучения t:

D_эксп = Рt (рентген)

Далее встает вопрос о прогнозе: что получит пациент при D_эксп, измеренной «по воздуху», с учетом того, что аттестованный поток радиации будет направлен на ткани пациента. Реальная лучевая нагрузка оценивается величиной эквивалентной дозы:

D_экв = D_экспf

Здесь f  1 – коэффициент, учитывающий биологическое действие излучения на ткани, с учетом достигнутого уровня знаний. Значения этого коэффициента нельзя рассматривать как установленные раз и навсегда. Например, встречающаяся оценка, что f = 1 для любого рентгеновского и -излучения (а заодно и -излучения) представляется весьма сомнительной: по-видимому, биологическое действие квантов с энергией в несколько кэВ и в несколько МэВ, существенно различное. Для некоторых видов ионизирующих излучений коэффициент f оказался весьма велик. Так, для нейтронного излучения f = 3  10, в зависимости от энергии нейтронов, а для -излучения – и вовсе f = 20.

В заключение отметим, что естественный радиационный фон в различных местностях неодинаков, и колеблется от 10-20 мкР/час на равнине до 60 мкР/час в горных местностях. В горах существенно «фонят» горные породы, но сказывается и то, что с ростом высоты возрастает и космическая составляющая естественного фона, как возрастает она и при полетах на самолете (но, заметим, именно горные местности богаты долгожителями).

Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) рекомендует считать нежелательным для человека все, что превосходит природный фон.

Приведенные сведения о дозиметрических характеристиках, единицах их измерения и их взаимосвязях сведены в систематизирующую таблицу

Обозначение	Определение	Формула	Единицы, их связи
Поглощенная доза
Dпогл.	Отношение поглощенной энергии к массе облученного вещества	Dпогл. =	1 грей (Гр) 1 Гр = 1; 1 рад = 10-2 Гр (*)
Мощность поглощенной дозы
Рпогл.	Отношение поглощенной дозы ко времени, за которое она получена	Рпогл. =	Грей в секунду (*)
Экспозиционная доза
Dэксп	Суммарный заряд ионов одного знака, возникший в единице массы облученного вещества	Dэксп =	Кулон на килограмм (1) Рентген (Р) 1Р = 2, 5810-4 (введен на основе способности излучения ионизировать воздух, взятый при нормальных условиях)
Мощность экспозиционной дозы
Рэксп.	Экспозиционная доза, полученная за единицу времени		Рентген в час, и дробные его единицы: Рентген в секунду, и его дробные единицы:
Эквивалентная доза
Dэкв.	Поглощенная доза излучения, пересчитанная с учетом биологического действия данного вида излучения	Dэкв. = Dпогл. f	1 зиверт (Зв) – количество излучения, дающего тот же биологический эффект, что и доза в 1 Гр 1 бер (*) – биологический эквивалент рада: 1 Бер = 10-2 Зв
Мощность эквивалентной дозы
Рэкв	Эквивалентная доза, полученная за единицу времени		Зиверт в секунду (ЗВ/с) Для рентгеновского, - излучения и естественного фона:
Суммарная поглощенная дозы
D	Произведение мощностей дозы на длительность облучения	D = Pt	Зиверт, Рентген, Кл/кг, Гр С указанием, за какое время доза получена: сутки, месяц, год, и т.п.
Примечание к таблице: знаком (*) помечены единицы, вышедшие из употребления, но встречаемые в литературе.