Дозиметрия ионизирующих излучений. Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной формы образования по изучению дисциплины (н

ФГБОУ ВО «КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ ИМЕНИ Н.Э. БАУМАНА»

М.И. Гилемханов, Ф.А. Медетханов

Факультет ветеринарной медицины

Кафедра фармакологии, токсикологии и радиобиологии

ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов

Казань 2018

1

УДК 614.876 (076) ББК 51.26 я 73 Г 47

Печатается по решению Ученого совета факультета ветеринарной медицины ФГБОУ ВО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н. Э. Баумана» от « » 2018 года, протокол №

Рецензенты: заведующий отделом токсикологии ФГБНУ «ФЦТРБВНИВИ», кандидат биологических наук Э.И. Семенов, профессор кафедры биологии, генетики и разведения ФГБОУ ВО Казанская ГАВМ, доктор сельскохозяйственных наук Р.И. Михайлова

ГилемхановМ.И., МедетхановФ.А.

Г 47Дозиметрия ионизирующих излучений. Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной формы образования по изучению дисциплины (направлению подготовки 36.05.01 – «Ветеринария», квалификация – специалист,36.03.01 – «Ветеринарносанитарная экспертиза», 36.03.02 – «Зоотехния» квалификация – бакалавр, и слушателей факультета повышения квалификации по специальности «Ветеринария») / М.И. Гилемханов, Ф.А. Медетханов– Казань: ФГБОУ ВО Казанская ГАВМ, 2018 – 42.

Подготовлено кафедрой фармакологии, токсикологии и радиобиологии ФГБОУ ВО Казанская ГАВМ.

УДК 614.876 (076) ББК 51.26 я 73

©Гилемханов М.И., 2018 © Федеральное государственноебюджетное

образовательное учреждение высшего образования «Казанская государственная академия

ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана», 2018

2

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….………….4

1.ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЯ……..…..5

2.ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ……………...7

3.ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ……………………………….……………..8

4.ОТНОСИТЕЛЬНАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ……………………...9

5.ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ…….……10

6.ПРЕДЕЛЫ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ………………………..……………………..14

7.МЕТОДЫ ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ………………………………………………….…………………19

8.ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ………………...………………………..24

9.САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО РАСЧЕТУ ЭКСПОЗИЦИОННОЙ ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ…………………………...……..27

10.САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО РАСЧЕТУ ЭКИВАЛЕНТННОЙ ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ……………..……………………..34

4. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………...41

3

Введение

Биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической среды. В результате взаимодействия излучений с биологической средой живому организму передается определенное количество энергии. Часть поступающего в организм излучения, которое пронизывает облучаемый объект (без поглощения), действия на него не оказывает. Поэтому основная физическая величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от количества поглощенной энергии. Для измерения количества поглощенной энергии введено такое понятие, как доза излучения.

Дозойоблучения называется энергия излучения, поглощенная в единице объема или массы вещества за все время воздействия излучения.

Энергия излучения, поглощенная веществом, затрачивается на его ионизацию. Следовательно, доза облучения, характеризует степень ионизации вещества: чем больше доза, тем больше степень этой ионизации.

Поэтому именно доза излучения (или облучения) является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека,

животного или растения. Одна и та же доза может накапливаться за разное время, причем биологический эффект облучения зависит не только от величины дозы, но и от времени ее накопления. Чем быстрее получена данная доза, тем больше ее поражающее действие, и наоборот.

Без знания доз излучения невозможно прогнозировать тяжесть лучевого поражения, контролировать радиационную безопасность людей и животных при различных радиационных авариях. Доза – это количество вещества или энергии, введенное или поступившее в организм.

Различаютэкспозиционную,поглощенную и эквивалентнуюдозы облучения.

4

1 ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Для характеристики дозы по эффекту ионизации, вызываемому в воздухе, используется так называемая«экспозиционная доза» рентгеновского

игамма-излучения, основанная на их ионизирующем действии.

Экспозиционная доза выражается суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в единице массы или объема воздуха в условиях электронного равновесия. Именно таков физический смысл экспозиционной дозы (X), определяемой по формуле:

X = dQ / dm, где:

dQ– суммарный заряд ионов, dm – масса воздуха в этом объеме.

Таким образом, экспозиционная доза облучения характеризует ионизационную способность рентгеновских и гамма-лучей в воздухе.

В 1928 году II Международным конгрессом радиологов в Стокгольме за единицу экспозиционной дозы рентгеновских и гамма-лучей в воздухе был принят Рентген (Р, R).

Названа в честь великого немецкого ученого Вильге́льмаКо́нрадаРентге́на.

Вильге́льмКо́нрадРентге́н (правильно Рѐнтген; нем. WilhelmConradRöntgen; 27 марта 1845 года – 10 февраля 1923 года) –

немецкий физик, работавший в Вюрцбургском университете. С 1875 года он является профессором в Хоэнхайме, с 1876 года – профессор физики в Страсбурге, с 1879 года – в Гиссене, с 1885 года – в Вюрцбурге, с 1899 года – в Мюнхене. Первый в истории физики лауреат Нобелевской премии (1901

год).

5

1 Рентген – это такая доза излучения, при которой в 1 см3 воздуха

(0,001293 г) при t = 0 0C и при атмосферном давлении 760 мм.рт. столба образуются 2,08109 пар ионов.

По определению 1Р = 1(абсолютная электростатическая система единиц) СГСЭ = n· q, где «n» – число ионов, «q» - заряд иона (q = 4,8 10CГСЭ).

Таким образом, для образования одной электростатической единицы заряда требуется ионов:

n = 1/ 4,8 10-10 = 2,08·× 109пар ионов /см3.

При средней работе на один акт ионизации в воздухе, равной 34 эВ (1эВ

= 1,6·× 10-12 эрг), единице экспозиционной дозы в 1Р будет соответствовать:

1Р = 2,08·×109× 34 × 10-6 = 7,06·×104Мэв/см3 = 0,114эрг/см3, а в пересчете на 1г воздуха = 87,7эрг/г.

Эти величины принято называть энергетическими эквивалентами рентгена. С их помощью можно соотнести поглощенную и экспозиционную дозу и их единицы:

Х(Р) = 0,877 ×D(рад)

За единицу измерения экспозиционной дозы в Международной системе единиц (СИ)(отфранцузскогоLeSystèmeInternationald’Unités, SI) принят кулон на килограмм (Кл/кг,C/kg).

Названа в честь выдающегося французского ученого Шарль Огюсте́н

де Куло́на.

Шарль Огюсте́н де Куло́н (фр. Charles-AugustindeCoulomb, 14

июня 1736 – 23 августа 1806) – французский военный инженер и учѐный-

физик, исследователь электромагнитных и механических явлений; член

6

Парижской Академии наук. Его именем названы единица электрического заряда и закон взаимодействия электрических зарядов.

1 Кл/кг – экспозиционная доза рентгеновских лучей или гамма-

излучения, при которой сопряженная с этим излучением корпускулярная эмиссия на килограмм сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 Кулон электричества каждого знака.

Соотношение между системной и внесистемной единицами экспозиционной дозы:

1 Кл/кг = 3876 Р 1 Р = 2,58 × 10-4 Кл/кг

Ониимеют производные единицы (дольные и кратные

единицы) (см. таблица 1).

Таблица 1 –Производные единицы (дольные и кратные величины)

2 ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Для определения эффекта облучения в живых организмах используется

понятие поглощенная доза облучения.В 1953 г. на VII Международном

7

конгрессе радиологов в Копенгагене была принятаединица рад(radiationabsorbeddose).

1 рад– это поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения,

прикоторой в 1 г массы поглощается энергия излучения, равная 100 эрг (1

рад = 100 эрг/г = 10-2Дж/кг= 6,25 107 МэВ/г. для любого материала).

В 1975 году за единицу поглощенной дозы облучения в Международной системе единиц (СИ)принят Грей – (Гр,Gy). Названа в честь выдающегося британского ученогоЛьиюсХарольд Грэй.

Льюис Харольд Грэй (англ. LouisHaroldGray; 10 ноября

1905 – 9 июля 1965) – английский физик, работавший в области воздействия радиации на биологические организмы, один из родоначальников радиобиологии.

1 Грей это такая поглощенная доза, при которой в 1 кг массы облученного вещества поглощается 1 Джоулю (Дж) энергии излучения.

Грей (Гр) и рад имеет производные единицы.

1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад

1 рад=0,01 Гр.

3 ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

При измерениипоглощенной дозы облучения биологических объектов существующими приборами, отградуированными в рентгенах, можно определить расчетным путем по формуле:

Dп= X × K, где

X - экспозиционная доза излучения;

K - коэффициент поглощения.

Поглощение энергии ионизирующего излучения зависит от многих факторов:

8

-величины экспозиционной дозы;

-величины переходного коэффициента К, характеризующего плотность облучаемого объекта (например, для воздуха - 0,88; для биологической ткани:

костной - 2 - 5; для жировой - 0,6; для всего живого организма в целом - 0,93).

-расстояния источника ИИ до облучаемого объекта, состояния воздушной среды;

-угла падения лучей на объект;

-массы животного и его позы.

4 ОТНОСИТЕЛЬНАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Воздействие разных видов ионизирующих излучений при одинаковых поглощенных дозах приводит к различным биологическим эффектам.

Так как разные виды излучения обладают различными ионизирующими свойствами, при одной и той же поглощенной дозе они оказывают неодинаковое поражающее действие на организм.

Поэтому радиобиологический эффект тем выше, чем больше степень ионизации, создаваемая излучением. Гамма- и бета - излучения поражают биологические ткани почти одинаково, а альфа-лучи - в 20 раз сильнее! Чтобы учесть этот эффект, было введено понятие эквивалентной дозы.

Чтобы можно было сравнить различные виды излучения друг с другом,

введено понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ).

Под ОБЭ излучения понимают его относительную (по сравнению с рентгеновским или гамма-излучением) способность при заданной поглощенной дозе вызывать лучевое поражение определенной степени тяжести. ОБЭ рентгеновского и гамма-излучения определенной энергии (100

–150 кэВ) принимается равной единице.

Всвязи с изложенным коэффициенты ОБЭ используются только при сравнительной оценке действия различных видов излучений в радиобиологии, т.е. в научных целях. Для решения же задач радиационной

9

защиты были предложены коэффициенты качества «К»(Q), которые показывают во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского или гамма-излучения при одинаковой дозе в тканях.

Приведем коэффициенты качества принятые для некоторых видов

ионизирующей радиации:

Таблица 2 – Коэффициент относительной биологической эффективности для различных видов излучений

Коэффициенты качества используются для расчета т.н. эквивалентных

доз.

5 ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Различные виды эквивалентных доз:

Эффективная (с учетом коэффициентов риска (КР) для отдельных органов) – Зв.

Коллективная (с учетом количества облученных в популяции) –

Человеко-Зв.

Ожидаемая (с учетом продолжительности воздействия) – Зв.

Полная (с учетом всех видов ионизирующих излучений) – Зв.

10