Единицы измерения радиоактивности, дозы и мощности дозы излучения. Учебно-методическое пособие для практических занятий со студентами по специальности

Источник называют точечным, если доза или интенсивность излучения в данной точке изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Источник можно считать точечным, если его линейные размеры в 5-10 раз меньше расстояния на котором измеряют дозы.

Мощность экспозиционной дозы, соответственно, равна:

P K R2A t Р/ч

Если вместо активности известен гамма-эквивалент радиоактивного изотопа М(мг-экв.радия), то указанные выражения приобретают следующий вид:

где: 8,4 – гамма постоянная радия, ч.

Квадрат расстояния R² в знаменателе показывает, что доза от точечного источника ослабевает по закону квадратов расстояния подобно изменению интенсивности света.

Пример: На рабочем месте имеется радиоактивный препарат 60С0 активностью

10 мг-экв. радия. Какую дозу получит работающий на расстоянии 0,5 м за 6 дней, если работает ежедневно:

1)по 30 мин;

2)по 3 мин.

При пересчете в единицы СИ необходимо учесть, что 1Р=10 2 Гр.

Принцип расчета доз при внутреннем (инкорпорированном) облучении

При работе с открытыми источниками ионизирующих излучений радиоактивные вещества могут вследствие нарушения техники безопасности или при аварии попасть в организм через дыхательные пути, желудочнокишечный тракт, поры кожи и открытые повреждения. Иногда радиоактивные вещества вводят в организм с диагностической, терапевтической или экспериментальной целью. Во всех случаях попадания радиоактивных веществ в организм создается опасность лучевого поражения. Определить дозу, полученную в результате внутреннего облучения, трудно и особенно

тогда, когда неизвестно количество радиоактивного вещества, поступившего в организм.

Следует отметить, что при одних и тех же количествах радиоактивного вещества внутреннее облучение во много раз опаснее внешнего. Это связано с рядом особенностей:

-резко возрастает время облучения, так как попавшие внутрь организма радиоактивные вещества вступают в химическую связь различными элементами живой ткани и медленно выводятся из нее;

-расстояние от источника облучения до облучаемой ткани сокращается практически до нуля, а телесный угол при которой излучение воздействует на

организм, достигает 4 π;

-внешнее облучение воздействует на все ткани практический в равной степени, тогда как радиоактивные вещества отлагаются внутри организма неравномерно и могут концентрироваться вблизи особо чувствительных к излучению и важных в жизнедеятельности органов или непосредственно в них (критические органы);

-наибольшая опасность внутреннего облучения связана еще и с тем, что в числе поражающих факторов радиоактивных веществ при внутреннем облучении необходимо учитывать коэффициент ОБЭ, характеризующий линейную плотность ионизации. Особенно это относится к альфаизлучению.

Содержание радиоактивных веществ в организме со временем уменьшается в результате двух одновременно протекающих процессов: физического распада и биологического выведения их из организма. Скорость биологического выведения больше у тех радиоактивных веществ, которые имеют меньшее «сродство» с элементами живой ткани. Радиоактивные вещества, вступающие в обмен веществ и прочие биологические соединения, удерживаются в организме длительное время. Следовательно, эффективная постоянная выведения λэфф будет складываться из постоянной физического распада λфиз и постоянной биологического выведения λбиол :

Λэфф = λфиз + λбиол.

Если перейти от величин постоянных выведения к периодам полураспада Тфиз. и периодам полувыведения Тбиол., то убываение активности (эффективный период полувыведения Тэфф.) можно определить по формуле:

Тэфф Tфиз Тбиол

Tфиз Тбиол

Эффективный период полувыведения Тэфф показывает, за какое время

количество радиоактивного изотопа в организме (органе) уменьшится в два раза.

Доза при внутреннем облучении может быть подсчитана, если известны радиоактивный изотоп, его распределение в организме и время облучения. Со временем концентрация радиоактивного изотопа в тканьях организма будет уменьшаться по экспоненциальной зависимости:

Сt C0 e эфф t

где: С0 – исходная концентрация радиоактивного изотопа в мКи/г;

Сt - концентрация радиоактивного изотопа, оставшаяся по прошествии

времени t ;

е - основание натуральных логарифмов;эфф - постоянная эффективная выведения;

t - время, прошедшее от начального до данного момента ( t t0 ).

Мощность дозы при однократном поступлении радиоактивного вещества пропорциональна концентрации и, следовательно, также будет убывать по экспоненте:

Pt P e эфф t

Полная поглащенная доза Д (рад), накапливающаяся от начального

момента времени t 0 до полного распада изотопа, в каком либо органе с распределенном в нем гамма-излучателем может быть расчитана по формуле:

Д 0.032 K C0 p q Tэфф , рад.

где: 0,032-постоянный расчетный коэффициент поглащенных доз; К -постоянная гамма-изотопа;

С0 -начальная концентрация изотопа в ткани в мКи/г;

р - плотность ткани в г/см³;

q - геометрический фактор, зависящий от формы и размера обьекта;

Тэфф -эффетивный период полувыведения изотопа из организма (или из органа при расчете поглащенной дозы в органе).

Оценка геометрического фактора сложна. В справочниках даются ориентировочные значения q для различных точек тела разной формы (шар,

где: С0 – начальная концентрация радиоизотопа в мКи/г;

t -время в днях.

Поглащенную дозу Д (t ) (рад) для короткожвущего бета-излучающего

изотопа, распадаящегося практически полностью в течение первых суток (или одной недели) после поступления его в биологическую ткань, расчитывают по формуле:

Д ( ) 73.8 C0 E Tэфф , рад

где: 73,8 – постоянный расчетный коэффициент поглащенных доз, если

где: t -время облучения в днях.

Альфа излучающие вещества при попадании внутрь организма оказывают более выраженное биологическое действие, чем гамма и бета излучающие вещества при равной концентрации на 1 г ткани. Это обусловлено высокой плотностью ионизации среды вдоль пути альфачастицы. При этом надо помнить, что отнощение ОБЭ альфа – излучения к ОБЭ гамма и бета излучений равно 10.

Поглащенная доза Д (t ) от альфаизлучения за время t, когда заметно

снижается концентрация радиоизотопа вследствие физических и биологических процессов, рассчитывается по формуле, анологичной расчету поглащенной дозы от бета – излучения, но с введением в нее коэффициента ОБЭ:

где: Еά - средняя энергия альфа частиц.

Если в обьекте облучения одновременно находятся альфа, бета и гамма излучающие изотопы, то отдельно расчитывают дозы от каждого вида излучения, а полученные величины складывают.

Понятие о микродозиметрии

Как только стало ясно, что в радиобиологическом эффекте существенную роль играет поражение таких микроструктур, как клетка и даже отдельные ее части, сразу возникла необходимость в исследовании микроскопического распределения поглащенной энергии. Это предопределило развитие самостоятельной научной дисциплины – микродозиметрии.

Микродозиметрия – это область физики, занимающаяся исследованием процесса и распределения энергии ионизирующего излучения в веществе в пределах микрообьемов (клетки). Следовательно, микродозиметрия проводит исследования, связанные с распределением энергии, на клеточном и субклеточном уровнях, когда усредненные макроскопические величины (экспозиционная и поглащенная дозы, линейная передача энергии и др) характеризующие поле излучения и взаимодействия излучения с веществом, для рещения указанных задач становятся непреемлемыми, так как размер микроструктур составляет ангстрем, что соизмероимо с размерами треков ионизирующих частиц.

ПЕРЕСЧЕТ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИИ

Студент изучает, переписывает в свою рабочую тетрадь таблицу.

Таблица 2. ОСНОВНЫЕ РАДИАЦИОННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ

ДРОБНЫЕ ДОЛИ РАДИАЦИОННЫХ ВЕЛИЧИН:

Вариант 1

1 задача. В отчетах полученном заведующим отделом радиобиологии показано 4-измерения радиоактивности. В первом отчете 12 Ки/км2, во втором 2500 мКи/км2, в третьем 6000 м Ки/км2, в четвертом 37 · 1010 Бк/км2.

Задание: 1. Необходимо расчитать все показатели в системе СИ и определить суммарный показатель.

2. Определить среднеарифметический показатель загрязнения окружающей среды во внесистемной единице измерения.

2 задача. Уровень поглащенной дозы полученной подопытным животным (овца) при измерении разными дозиметрами была следующая 108 рад; 112860

мрад; 1,3 Гр; 1,12 Гр.

Задание: Необходимо найти среднеарифметический показатель поглащенной дозы в системе СИ и внесистемной единице измерения.

3 задача. Животное находящееся на растоянии 30 км от Чернобыльской АЭС получило поглащенную дозу облучения:

1.гамма облучением – 4600 рад.

2.бета облучением через желудочно-кишечный тракт – 1364 мРад.

3.альфа облучением через желудочно-кишечный тракт – 1456 мРад. Задание: Необходимо расчитать суммарную эквивалентную дозу

облучения в Зивертах (Зв) и в бэрах (бэр).

4 задача. Радиоактивность комбикорма определенной разными приборами равна: 1,2 Ки/кг; 0,0013 кКи/кг; 1260 мКи/кг.

Задание: Все показатели необходимо перевести в систему СИ.

Вариант 2

1 Задача. Космонавт вышел в открытый космос 3 раза. В первый раз находился в открытом космосе 2 часа, при этом мощность дозы облучения составила 8 бэр/минут. Во второй раз находился 3 часа –36 мбэр/сек. В третий раз 3 часа – 12 бэр/час.

Задание: Определить эквивалентную дозу облучения космонавта в Зиверт (Зв). Коэффициент защиты скафандра = 100.

2 Задача. Удельная активность молока в первой посуде – 0,12 Ки/л., во второй

– 126 мКи/л., в третьей – 13630 мкКи/л в четвертой 1 Ки/л. Смешайте молоко из всех посуд.

Задание: Найдите удельную активность молока в Беккерелях (Бк).