Разное / Всякое / Физика темы 1-52 расширенный курс / 49.Доза ионизирующей радиации. Единицы ее измерения

49.Доза ионизирующей радиации. Единицы ее измерения. Экспозиционная доза; связь между этими величинами. Мощность дозы. Приборы для измерения дозы и мощности дозы.

Доза излучения — это величина, измеряемая энергией из­лучения, поглощенной при облучении в единице массы ве­щества. D = Wпогл/m

Отнесение поглощенной энергии к единице массы необ­ходимо, чтобы молодо было сравнивать результаты облучения равных объектов (например, человека и кошки).

Единицей дозы является грей (Гр)*1 грей = джоуль/кг.

Понимание того, что действие ионизирующего излучения определяется именно поглощенной энергией, принципиально важно для -многих практических ситуаций. Например, каза­лось бы, что поток гамма-квантсв с энергией 1 МэВ, падая на тело человека, должен оказать значительно большее дей­ствие по сравнению с потоком мягкого рентгеновского излу­чения с энергией квантов 0,02 МэВ, если интенсивности по­токов равны. На самом деле 'все 'будет наоборот, потому что гамма-кванты имеют высокую проникающую способность, и значительная доля их пройдет через человека без взаимодействия. Мягкое же рентгеновское излучение практически пол­ностью поглотится в организме, вызвав значительные пов­реждения.

При оценке дозы надо учитывать не только массу, но и поглощающую способность тканей. Так, например, при про­чих равных условиях кости получат значительно большую дозу, чем мягкие ткани, потому что костная ткань значи­тельно сильнее поглощает излучение.

По смыслу да того определения доза характеризует дей­ствие излучения за все время облучения. На практике в ряде случаев представляет интерес мощность дозы, т. е. величина, равная дозе излучения, полученной за единицу времени. Мощность дозы «Р» равна:

Р = D/t.

Единицы мощности дозы — Гр/с; рад/с; Гр/ч и т. п.

Многие медицинские дозиметрические приборы показыва­ют именно значение мощности дозы.

Экспозиционная доза

Понятие дозы (иногда говорят — поглощенной дозы) яв­ляется основным для дозиметрии, но оно имеет в значитель­ной степени теоретическое значение, т. к. энергию, погло­щенную внутри организма, очень трудно измерить. Такие из­мерения удается выполнить только в лабораторных условиях (и то не всегда), практически же дозу (-или мощность дозы) приходится оценивать на, основании измерений, проведенных вне организма. При этом чаше всего пользуются ионизаци­онным методом (см. Глазу 6), т. е. оценивают дозу по числу ионов, создаваемых излучением в веществе. Число ио­нов, в свою очередь, находят по их суммарному электриче­скому заряду. На основе таких измерений возникло понятие экспозиционной дозы.

Экспозиционная доза — это величина, равная отношению общего заряда ионов одного знака, созданных излучением в веществе к массе этого вещества.

D= Qионов/m

Единицей экспозиционной дозы является кулон на кило­грамм.

Соотношение дозы и экспозиционной дозы. Они пропорциональны друг другу: D=a*Dэкспоз., однако коэффициент «а» не является универсальной величи­ной. Он зависит от природы облучаемого вещества, вида из­лучения и его энергии.

Коэффициент «а» для несистемных единиц равен 0,93, и доза в радах равна 0,93 дозы в рентгенах. Поскольку число 0,93 мало отличается от единицы, на практике рады и рент­гены часто приравнивают друг к другу, не делая таким образом различия между дозой и экспозиционной дозой. Одна­ко необходимо помнить, что для других излучений или для тканей с другой поглощающей способностью это соотноше­ние изменится, и при таком подходе возможны серьезные ошибки.

Эквивалентная доза. Доза смешанного излучения

Доза излучения и ЭД опр. по чисто физическим характеристикам – энергии и заряду. Врача же интересует биол. Действие излучения. Поэтому в медицинской радиологии вводится понятие эквивалентной дозы (ЭкД).

ЭкД – доза излучения, определяемая по его биол. Действию.

Это определение не явл. Строгим, т.к. понятие «биолог. Действие» может трактоваться по-разному. В большинстве случаев опр. эквивалентную дозу по значениям LD₅₀.

Между дозой и ЭкД имеет место соотношение:

Dэкв=W_R*D Символом W_R обозначен взвешивающий коэффициент, к-й характеризует относительную биологическую эффективность разных видов излучений; при этом за единицу принимают биол. Действие рентгеновских лучей. Взвешивающий коэффициент особенно велик для излучений с высокой ЛПИ, хотя между ЛПИ и W_R нет прямой пропорциональности. ЭкД измеряется в единицах «зиверт» (ЗВ). Несистемной единицей ЭкД явл. Бэр. 1 Зв = 100 бэр.

При медицинской оценке воздействия ИИ необходимо исходить именно из знач. ЭкД. Если на человека одновременно действуют неск-ко излучений, то общий эффект облучения будет характеризоваться суммарной ЭкД:

D=∑(W_R)_i*D_i

_{Эквивалентная мощность} дозы очевидно равна:

Р_экв=D_экв/t.

Предельно допустимая доза и мощность дозы

При оценке безопасности работы с источниками ИИ пользуются понятием предельно допустимой дозы (ПДД), т.е. такой дозы, к-я еще не вызывает сколь-нибудь существенных изменений в состоянии здоровья. Для однократного облучения за ПДД принимают значение 0,05 Зв (все нормативы устанавливаются в единицах эквивалентной дозы). Многочисленными опытами установлено, что при такой дозе видимых изменений в организме не происходит.

Названная цифра относится к облучению всего организма. Отдельные небольшие участки можно облучать значительно большими дозами. В экстремальных условиях допускается облучение до 20 бэр. Но при повседневной работе человек ни в коем случае не должен получать такие дозы. При хроническом постоянном облучении применяется др. подход к нормированию. В этом случае законом установлено предельно допустимое значение не для дозы, а для мощности дозы. Для лиц, постоянно работающих с источниками ИИ, установлена предельно допустимая мощность дозы (ДМД) или дозовый предел 0,02 Зв в год, или 0,04 бэр в неделю. Исходя из этих цифр, можно рассчитать ДМД для конкретных условий.

Для все людей (кроме профессионально работающих с ИИ) ДМД установлена равной 1 миллизиверт в год или 12 микробэр в час. ДМД – это предельно допустимая мощность дозы. На практике следует всегда стремиться к тому, чт. Ур-нь облучения был как можно ниже.

Расчет мощности дозы излучения, создаваемого источником известной активности

Расчет мощности дозы от альфа- и бета-активных изотопов, находящихся внутри организма

В случае чистых альфа или бета-излучателей расчет мощности дозы сравнительно прост. Все альфа- и бета-частицы поглощаются в тканях организма, поэтому поглощенная в тканях энергия равна просто произведению числа частиц на среднюю энергию одной частицы: W_поглощ=N*E_ср. Разделив эту вел-ну на масу тела, получим значение дозы:

D=W_поглощ/m=(N* E_ср)/m,

Мощность дозы соответственно будет:

Р=D/t=(N/T)*(E/m),

Но число частиц, испускаемых в единицу времени, равно активности радиоактивного вещ-ва, содержащегося в организме, "А". Поэтому

Р=А*(Е_ср/m) .

Мощность дозы сильно зависит от того, с каким изотопом имеем дело. В частности, большую мощность дозы созд. альфа-активные изотопы.

Наряду с особенностями излучения, характерного для того или иного изотопа, надо учитывать, что многие вещ-ва обладают способностью избирательного накапливания в каком-то определенном органе, который в этом случае наз. критическим.

Расчет мощности дозы от гамма-источников

Для гамма-излучений представляется расчет мощности дозы от внешних источников облучения. Приведем формулу только для точечного источника. Если активность источника А, а расстояние от него R, то мощность ЭД, созд. гамма-излучением такого источника, равна:

Р_экспоз=Кγ А/R² (Кл*кг^-1*с^-1).

Коэффициент Кγ называется ионизационной постоянной.