3. 2. Основные дозиметрические понятия и величины Доза излучения

По аналогии с понятием, используемым в фармакологии, для оценки уровня лучевого воздействия было введено понятие дозы излучения.

Исторически первым критерием, примененным для измерения ИИ, стал суммарный заряд частиц с электрическим зарядом одного знака, образовавшихся в единичном объеме воздуха вследствие его ионизации излучением. Именно таков физический смысл экспозиционной дозы (Х), определяемой по формуле: Х = dQ / dm,,

где: dQ – суммарный заряд всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при облучении его ионизирующим излучением (ИИ) в малом объеме пространства, dm – масса воздуха в этом объеме.

В системе СИ единицей экспозиционной дозы является Кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Более часто, однако, применяется внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р), соответствующая образованию 2,1 × 10⁹ пар ионов с зарядом, равным по абсолютной величине заряду электрона, в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях.

1 Кл/кг = 3876 Р и наоборот 1 Р = 2,58 × 10^-4 Кл/кг.

Изменения, вызываемые излучением в воздухе и в других средах (в том числе в тканях организма), количественно различны. Это связано с разным количеством энергии, передаваемой излучением одинаковым по массе количествам разных веществ. Учесть этот фактор можно, выражая количество ИИ в единицах поглощенной дозы (D). Физический смысл поглощенной дозы – количество энергии dE, переданной излучением единичной массе вещества dm:

D = dE / dm, dm ® 0.

В системе СИ поглощенную дозу выражают в греях (Гр):

1 Гр = 1 Дж/кг. Часто применяют внесистемную единицу поглощенной дозы – рад (аббревиатура “radiation absorbed dose”). Рад равен сантигрею (1 рад = 10^-2 Гр).

Если поглощенная доза распределяется в каком-то одном участке тела говорят о локальном облучении, а если облучению подвергается все тело или большая его часть – о тотальном облучении. Вариантами тотального облучения являются равномерное (неравномерность по дозе на отдельные части тела не превышает 10 %) и неравномерное облучение.

Непосредственно измерить все биологически значимые величины поглощенных доз трудно из-за незначительности энергии, передаваемой организму излучением. Так, при облучении человека массой 76 кг в дозе 4 Гр его телу будет передана энергия 305 Дж. Ее достаточно лишь для подъема тела на высоту 40 см или для его нагревания на 0,001˚С. Поэтому непосредственно измеряется, как правило, экспозиционная доза ИИ, а поглощенная доза рассчитывается с учетом свойств среды, на которую действует облучение. В воздухе 1 Р соответствует 0,89 рад, а в тканях организма в среднем составляет 0,95 рад.

Различные ИИ вызывают в биосистемах количественно различные эффекты даже при одной поглощенной дозе. Это связано, главным образом, с такими характеристиками излучений, как линейная передача энергии (ЛПЭ) и коэффициент ослабления m. Для малоразмерных биологических объектов (например, для клеток) при одной и той же поглощенной дозе излучения его биологический эффект тем больше, чем больше величина ЛПЭ. Однако для крупных организмов такая зависимость нарушается, поскольку проникающая способность излучения находится, как правило, в обратной зависимости от ЛПЭ, и при высоких значениях последней распределение энергии ИИ внутри облучаемого объема оказывается неравномерным. Для сравнительной оценки биологического действия различных видов ИИ введено понятие эквивалентной дозы (Н). Она определяется как поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвевающий коэффициент для данного вида излучения: H = D × Q,

где: D – поглощенная доза в данной точке ткани, а Q – средний коэффициент качества излучения, который устанавливается для каждого вида излучения в зависимости от его ЛПЭ. Эквивалентную дозу, как правило, используют для оценки опасности хронического лучевого воздействия на организм.

В системе СИ единицей эквивалентной дозы служит зиверт (Зв), а внесистемной единицей является бэр (аббревиатура слов биологический эквивалент рада). 1 Зв = 100 бэр. Для рентгеновского, g- и b-излучений 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1Гр.

При кратковременных лучевых воздействиях эквивалентную дозу можно рассчитать по формуле:

H = D × ОБЭ,

где Н – эквивалентная доза, бэр; D – поглощенная доза, рад; ОБЭ – коэффициент относительной биологической эффективности ИИ, который для рентгеновского и g-излучения обычно принимают равным единице. Величина ОБЭ для других ИИ зависит от их природы и от выбранного критерия оценки биологической эффективности излучения. ОБЭ>1 у излучений, более эффективных по конкретному критерию, чем рентгеновское или g-излучения.

Следует также учитывать, что одни органы и ткани более чувствительны к действию радиации, чем другие. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения вероятность возникновения рака в легких больше, чем в щитовидной железе. Облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических последствий. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с различными коэффициентами. Это положение положено в основу определения эффективной дозы, которая также измеряется в зивертах (Зв). Эффективная доза – это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности.