4. ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ

Прежде чем сформировать основные принципы радиационной безопасности, необходимо было основательно изучить: свойства изучений радионуклидов; взаимодействие их с веществом; радиационные эффекты, которые они производят в облученном объекте, в том числе и организме человека. Проведенные исследования позволили выявить существующие особенности неблагоприятного радиационного воздействия на организм. Главным из них являются: вид излучений, выделяемая энергия при распаде радионуклида; пути поступления радионуклидов в организм; биологическая радиочувствительность облучаемых тканей и органов.

Для количественной оценки воздействия ионизирующих излучений на облучаемый объект введено понятие «доза». Выделяют экспозиционную, поглощенную, эквивалентную и эффективную эквивалентную дозу облучения.

Экспозиционная доза характеризует ионизационную способность рентгеновского и гамма-излучения в воздухе. Она является характеристикой радиационного фона в ограниченном диапазоне энергии и только для воздуха.

Экспозиционная доза Х – это отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, образовавшихся в элементарном объеме воздуха при облучении его ионизирующим излучением к массе dm воздуха в этом объеме:

X = dmdQ . (4.1)

Единица измерения экспозиционной дозы в системе СИ – кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон на килограмм равен экспозиционной дозе, при которой в воздухе массой 1 кг произведены ионы, несущие электрический заряд 1 Кл каждого знака. Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р). Один рентген соответствует образованию 2,08 109 пар ионов в 1 см3 воздуха при температуре 0 0С и нормальном атмосферном давлении 760 мм рт. ст. (1013 гПа). Соотношение внесистемной и системной единиц имеет вид:

1Р=2,58 10-4 Кл/кг.

Изменения, происходящие в облучаемом объекте под воздействием различного рода излучений, зависят от величины поглощенной энергии. Поэтому наиболее удобной характеристикой излучения, определяющей степень его воздействия на облучаемый объект, является поглощенная энергия излучения. Она показывает какое количество энергии ионизирующего излучения поглощено в единице массы любого вещества.

Если в результате воздействия на вещество массой dm поглощается энергия ионизирующего излучения dE, то поглощенная доза Д оценивается выражением

Д = dmdE .

За единицу измерения поглощенной дозы в СИ принят грей (Гр). Это такая доза, при которой массе 1 кг любого вещества передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж, т.е.

35

Д = 11Джкг =1Грей =1Гр.

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад – энергия в 100 эрг, поглощенная в 1 г любого вещества независимо от вида и энергии излучения. 1 Гр = 100 рад.

Эквивалентная доза вводится для оценки радиационной опасности облучения человека от разных видов излучения. Для уяснения особенностей радиационного эффекта в биологической ткани в зависимости от вида ионизирующего излучения при одной и той же поглощенной дозе D учитывается усредненный

коэффициент качества излучения K . Это дает возможность эквивалентную дозу Н оценить выражением

Коэффициент качества дает количественную оценку биологического действия каждого вида излучения, которая зависит от его ионизирующей способ-

ности. Значения K приведены в табл. 4.1.

Для излучений, в которых K равны единице, Н = D. За единицу эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв). Зиверт равен такой эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы на усредненный коэффициент качества облучения составляет 1 Дж/кг в биологической ткани стандартного состава. Из этого определения следует, что

Из выражения (4.3) видно, что эквивалентная доза 1 Зв реализуется при поглощенной дозе 1 Гр только при воздействии на биологическую ткань таких

излучений, для которых K =1. Для излучений с K >1 эквивалентная доза 1 Зв достигается при поглощенной дозе, меньшей 1 Гр. Так, например, при действии на биологическую ткань альфа-излучения эквивалентная доза 1 Зв реализуется при поглощенной дозе всего лишь 0,05 Гр. На практике используется внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рада). 1 Зв =100 бэр.

Эффективная эквивалентная доза (Не) вводится для того, чтобы оценить опасность для всего организма облучения отдельных органов и тканей, которые имеют неодинаковую восприимчивость к ионизирующим излучениям. Эффективная эквивалентная доза облучения определяется соотношением:

36

n

He = ∑Hi Wi , (4.4)

i=1

где Hi – среднее значение эквивалентной дозы облучения i-го органа че-

ловека;

Wi – взвешивающий коэффициент, равный отношению риска облуче-

ния данного органа (ткани) к суммарному риску при облучении всего организма.

Взвешивающие коэффициенты или коэффициенты радиационного риска, позволяют выровнять риск облучения вне зависимости от того, облучается весь организм равномерно или неравномерно. Значения Wi приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Сумма взвешивающих коэффициентов для всего организма W∑ равна:

W∑ = W1 + W2 +... + Wn =1.

Расчет эффективной эквивалентной дозы облучения особенно важен при лучевой терапии отдельных органов. Например, если щитовидная железа накопила дозу 1 Зв, то это эквивалентно тому, что весь организм получил дозу 0,03 Зв, так как взвешивающий коэффициент для щитовидной железы W равен 0,03 , т.е.

Hе= K Д =0,03 1 =0,03Зв.

При возможном облучении группы людей также необходимо определять меру ожидаемого эффекта облучения. Для этой цели используется понятие коллективной эквивалентной дозы ( Hs ) – это сумма индивидуальных эквивалент-

ных доз Hi у данной группы людей:

n

Hs = ∑Hi Ni , (4.5)

i=1

где Ni – число лиц среди данного контингента, получивших эквивалентную дозу Hi .

Единица измерения коллективной эквивалентной дозы в системе СИ – чел Зв, внесистемная единица – чел бэр.

Для того, чтобы оценить поглощенную дозу в биологической ткани следует знать, что в условиях электронного равновесия экспозиционной дозе 1Р соответствует поглощенная доза 0,873 рад в воздухе или 0,96 рад в биологической

37

ткани. Поэтому с погрешностью до 4% экспозиционную дозу в рентгенах и поглощенную дозу в биологической ткани в радах можно считать совпадающими. Однако запись 1 Р ≈ 1 рад не совсем корректно, так как экспозиционная и поглощенная дозы – разные физические величины. Таким образом, соотношение между внесистемными единицами экспозиционной, поглощенной и эквивалентной доз имеет вид:

1Р соответствует1 рад=1бэр К .

Важной характеристикой ионизирующих излучений является мощность дозы P, которая показывает, какую дозу облучения получает среда (вещество) за единицу времени, т.е. скорость изменения дозы, которая оценивается формулой

Для поглощенной дозы единицей измерения мощности дозы облучения являются Гр/с и рад/с, для эквивалентной дозы – Зв/с и бэр/с, экспозиционной дозы – Кл/кг с (кулон на килограмм с). Внесистемными единицами экспозиционной мощности дозы служат Р/с, Р/мин и Р/ч.

Для органического восприятия относительно большого числа единиц измерения доз облучения целесообразно показать их взаимосвязь (табл. 4.3).

Таблица 4.3.

Следует отметить, что с помощью приборов можно измерить экспозиционную дозу, а также, при определенных условиях, поглощенную дозу. Все остальные дозы приборами не измеряются, а могут быть оценены только расчетным путем.

Контрольные вопросы:

1.Что характеризует экспозиционная, поглощенная, эквивалентная и эффективная эквивалентная дозы облучения?

2.Понятие об экспозиционной дозе облучения и единицы ее измерения.

38

3.Понятие о поглощенной дозе облучения и единицы ее измерения.

4.Понятие об эквивалентной дозе облучения и единицы ее измерения.

5.Понятие об эффективной эквивалентной дозе облучения и единицы ее

измерения.

6.Понятие о мощностях доз облучения и единицы их измерения.

7.Понятие о коллективной дозе облучения и единицы ее измерения.

39