3.5. Доза излучения. Единицы измерения радиоактивности

Доза излучения – это энергия ионизирующего излучения (ИИ), поглощенная объемным веществом и рассчитанная на единицу массы.

Действие ИИ представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облучения тканей и органов. Для его количественной оценки введены специальные единицы, они делятся на внесистемные и единицы в системе СИ. Доза является мерой радиационного воздействия.

Для описания влияния ИИ на вещество используются следующие понятия и единицы измерения. Исторически первой общепринятой единицей измерения радиоактивности стал 1г Ra. Эта единица была названа 1кюри (1г Ra = 1кюри(Ки). Позднее введен Бк (беккерель) – единица измерения, характеризующая один рас-

пад любого радионуклида в 1с. Так как 1г Ra дает 3,7 · 1010 распад в секунду, то 1Ки = 3,7 · 1010Бк.

Радиоактивность некоторых элементов составляет:

Чтобы количественно оценить воздействие радиации на вещество, используют понятия «доза ИИ» или доза «облучения». Повреждения, вызванные в живом организме излучением, будут тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям. Количество переданной организму энергии называют дозой. Так как поглощенная энергия расходуется на ионизацию среды, то для ее измерения необходимо подсчитать число пар ионов, образующихся при излучении. Для количественной характеристики рентгеновского и γ -излучения, действующих на объект, определяют так называе-

мую экспозиционную дозу (ЭД), которая характеризует ионизирующую способность рентгеновского и γ -лучей в воздухе. За еди-

ницу ЭД принят Клкг , то есть такая ЭД рентгеновских и γ - излучений, при которой в 1кг сухого воздуха (dm) образуются ио-

67

ны с величиной суммарного электрического заряда (dq) в 1Кулон:

1Клкг , т.е. X = dmdq .

Внесистемной единицей является рентген (P). Эта единица принята в 1928 году.

Рентген – это ЭД рентгеновского и γ -излучения, создающая

в 1 см3 воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт.ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества заряда. При этом образуются 2·109 пар ионов.

Если принять среднюю энергию образования одной пары ионов в воздухе 33,85 эВ, то при дозе 1Р одному см 3 воздуха передается энергия ε = 0,113эрг, а 1г воздуха – ε =87,3 эрг, 1эрг = 10-

7Дж. Единица измерения Р, применяемая только для рентгеновского и γ -излучения, характеризует степень ионизации воздуха. Стало

очевидно, что единица Р не может обеспечить решение всех метрологических и практических задач в радиологии. Помимо нее необходима универсальная единица, дающая представление о физическом эффекте облучения в любой среде, в частности в твердых телах и биологических тканях. Такой единицей измерения стал [Рад] – внесистемная международная единица поглощенной дозы.

Поглощенная доза (D) (ПД) – это количество энергии (dE) излучения, поглощенной единицей массы (dm) облучаемого объ-

екта, т.е. D = dmdE .

Рад (rad) – это поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, при которой в 1г массы вещества поглощается 100эрг энергии излучения (1 рад = 100эрг/г = 10-2Дж/кг). В системе СИ D измеряется в греях (Гр).

Один Гр – это такая поглощенная доза, при которой в 1кг массы облученного вещества поглощается 1Дж энергии излучения (1Гр = 1Дж/кг = 100рад, 1Р = 0,88рад для воздуха).

В других веществах ПД может быть иной, но близка к единице (например, в биологической мягкой ткани и в воде 1Р = 0,93рад = 0,0093Гр). Поэтому приближенно экспозиционная доза рентге-

68

новского и γ -излучения в 1Р численно будет близка к поглощенной дозе в 1 рад, то есть 1P ≈1рад ≈ 0,01Гр.

Чисто физическое воздействие радиации необязательно равно биологическому воздействию. Различные типы излучения могут действовать биологически различно при одной и той же физической дозе, то есть для расчета поражающего действия ионизирующего излучения ввели понятие эквивалентной дозы (ЭД) (Н). Это поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма:

Η = ∑Ki Di .

i

Альфа-частица приблизительно в 20 раз биологически эффективнее, чем рентгеновское и γ -излучение. Для рентгеновского

и γ -излучения физическое воздействие примерно равно биологи-

также составлять единицу, для α -частицы – 20 (табл. 9).

В настоящее время единица измерения эквивалентной дозы –

Зиверт (Зв).

Зв – доза любого вида излучения, поглощенная 1кг биологической ткани и создающая такой же биологический эффект, как

и поглощенная доза в 1Гр (1Джкг ) фотонного излучения (К = 1).

Внесистемная единица измерения ЭД – бэр (биологический эквивалент рентгена). При дозе 1бэр какого-либо излучения возникает такой же биологический эффект, как и при поглощенной дозе в 1рад рентгеновского излучения:

1бэр = 1рад = 0,01Гр = 0,01 Джкг = 0,01Зв при К = 1.

Эквивалентная доза является основной величиной в радиационной защите, так как она позволяет оценить риск от вредных биологических последствий облучения биологической ткани различными видами излучения (см. табл. 9).

69

Для оценки ущерба здоровью персонала и населения от динамических эффектов, вызванных действием ионизирующих излучений, используют коллективную эффективную эквивалентную дозу S, определяемую по формуле

где N(Кэф) – число лиц, получивших индивидуально эффективную эквивалентную дозу Кэф.

Единица измерения S – человеко-зиверт [чел-зв].

Многие радионуклиды распадаются очень медленно и остаются радиоактивными в отдаленном будущем. Тогда коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат многие поко-

ления людей от радиоактивного вещества за все время его суще-

ствования, будет называться ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой (ОКЭЕД). По суммарной эф-

фективной эквивалентной дозе законодательством РФ установлены критерии, в соответствии с которыми осуществляется социальная и медицинская реабилитация пострадавшего населения от ядерных взрывов или аварий.

Вбиологическом отношении важно знать не просто дозу излучения, которую получил облучаемый объект, а дозу, полученную в единицу времени.

Всвязи с этим существует понятие мощности дозы, означающее дозу излучения за единицу времени.

71

На практике мощность экспозиционной дозы (МЭД) измеряется в Р/ч, мкР/ч и т.д. Мощность поглощенной дозы – в рад/ч, рад/мин. Мощность эквивалентной дозы – в Зв/ч, Зв/мин и т.д. Экспозиционная доза часто оценивается показателем мкР/ч и составляет обычно от 5 до 30 мкР/ч, создавая фоновую дозу облучения 0,3–0,6 мЗв/год. Норма для населения – 1мЗв/год; для обслуживающего персонала АЭС предел 5 мЗв/год.

Для перехода от экспозиционной дозы к дозе внешнего облучения на живые организмы следует знать, что

1мкР/ч =0,01мкЗв/ч, 1мкР/ч = 0,005мЗв/год.

Для описания степени радиоактивного загрязнения местности пользуются понятием площадной активности. Это радиоактивность вещества, приходящаяся на единицу площади (Ки/км2, Бк/м2 и т.д).

При характеристике радиоактивности какого-либо материала конкретно указывается, о каком радионуклиде идет речь. Так, если в случае загрязнения почвы несколькими техногенными радиоизотопами говорится, что удельная активность почвы по цезию – 137 (100 Бк/кг), то это значит, что речь идет только об этом изотопе, другие (Sr, Co и др.), присутствующие в почве, не учитываются. Общая суммарная радиоактивность данной почвы рассчитывается по формуле сложения с учетом определенных коэффициентов.

Загрязнение атмосферного воздуха, материалов, продуктов питания, жидкостей, оценивается с помощью:

−удельной активности, т.е. активности единицы массы вещества (Ки/кг, Бк/кг);

−объемной концентрации радиоактивности, означающей ко-

личество распадов в единицу времени, отнесенное к объему вещества (Ки/л, Ки/м3, Бк/л, Бк/м3).

72