1.3. Основные понятия и единицы измерения в области ионизирующих излучений. Нормирование облучения людей

• Введение.

Для нахождения количественных оценок воздействия ионизирующей радиации на биологические объекты необходимо знать единицы измерения ИИ.

Под ИИ понимают любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разного знака. Различают непосредственно и косвенно ИИ.

Непосредственно ИИ (-, -, -излучения и др. заряженные частицы) состоят из заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении с ними. Косвенно ИИ (нейтронное, фотонное – гамма- и рентгеновское излучение) состоят из незаряженных частиц, взаимодействие которых со средой приводит к возникновению заряженных частиц, способных вызвать ионизацию. ИИ, взаимодействуя с веществом, теряет свою энергию, часть этой энергии передается веществу и реализуется в виде кинетической энергии заряженных частиц, освобожденных в веществе.

Радиационные повреждения в живом организме вызываются именно этими заряженными частицами – ионами.

Степень, глубина и форма радиационных поражений, развивающихся в биологических объектах при воздействии на них ИИ, в первую очередь зависят от величины поглощенной энергии излучения.

• Доза. Единицы измерения дозы.

Количество энергии ИИ передаваемое облучаемому веществу называется дозой излучения.

Энергию любого вида излучения, поглощенную в 1г вещества, стали называть поглощенной дозой.

.

В качестве измерения поглощенной дозы выбран [рад] (rad – radiation absorbed dose – англ.)

1 рад = 100 эрг/г = 10^-2 Дж/кг

1 Дж = 10⁷ эрг = 1 Вт с (система СГСЭ)

1 Дж /кг = 1 Гр =100 рад

Поглощенная доза Д_п является универсальной характеристикой и может быть использована для измерения дозы от любого ИИ в любом веществе.

Известно, что на ионизацию молекулы воздуха (т.е. на образование пары ионов) расходуется 34 эВ энергии излучения. Измеряя ионизацию воздуха, легко рассчитать дозу излучения.

В связи с измерением дозы излучения по ионизации в практической дозиметрии используют понятие экспозиционная доза излучения, это величина, равная отношению суммы электрических зарядов Q всех ионов одного знака, которые возникают под действием электронов, образующихся в облучаемом воздухе, к массе m этого воздуха.

Д_эксп = dQ/dm.

За единицу экспозиционной дозы (фотонного) излучения принимается в системе СИ [1 Кл/кг].

Справка:

Масса 1 см3 воздуха равна 0,001293 г В 1 г воздуха образуется 1,611012 пар ионов

Внесистемной единицей экспозиционной дозы (фотонного) излучения является 1 Рентген. Рентген – доза (фотонного) излучения, при которой в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях (t = 0С и р = 760 мм.рт.ст.) образуются 2,0810⁹ пар ионов, несущие заряд каждого знака, равный 3,3310^-10 Кл (одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака).

1 Р = 2,5810^-4 Кл/кг

1 Кл/кг = 3,87610³ Р  3900 Р

в пересчете на поглощенную дозу:

• для воздуха 1 Р = 88 эрг/г = 0,88 рад

• для б/ткани 1 Р = 96 эрг/г = 0,96 рад

или

1 рад = 1,14 Р – для воздуха

1 рад = 1,05 Р – для б/ткани.

Энергетическим эквивалентом экспозиционной дозы является керма – суммарная кинетическая энергия заряженных частиц, образованных в единице массы облучаемой среды под действием косвенно ИИ.

К = dW_k / dM.

Единицей кермы является 1 рад, а системной – 1 Гр (Грей) = 100 рад.

При одинаковой поглощенной дозе различных видов излучений биологический эффект их воздействия на организм человека неодинаков. Потому, что биологический эффект воздействия ИИ на живу ткань зависит не только от ионизации, но и от удельной ионизации. Дозы протонов, - частиц и нейтронов оказывают значительно больший биологический эффект, чем равные им дозы фотонного излучения (---излучений). Биологический эффект излучений при хроническом облучении всего тела учитывают коэффициентом качества КК_i. Значения КК_i для разных излучений:

для ^-, , -излучения КК = 1;

для -излучения КК = 20;

для (Е  20 кэВ) КК = 5;

для (Е = 0,1…10 МэВ) КК = 10.

Он показывает, во сколько раз данный вид излучения производит больший биологический эффект, чем фотонное излучение, при равных дозах обоих излучений.

Произведение поглощенной дозы данного вида излучения на его КК_i называют эквивалентной дозой:

Н_i = Д_пi KK_i.

Единица эквивалентной дозы биологический эквивалент рада (бэр). 1 бэр равен дозе любого вида излучения, которая вызывает тот же биологический эффект, что и доза в 1 рад фотонного излучения.

Системной единицей эквивалентной дозы является 1 Зиверт.

1 Зв = 1 Дж/кг = 1 Гр = 100 бэр

1 бэр = 0,01 Зв

Известно, что человеческий организм обладает способностью восстанавливать клетки, погибшие при облучении, и тем самым снижать негативные последствия облучения. Скорость восстановления лучевого поражения определяется периодом полувосстановления, численно равным времени, в течение которого восстанавливается половина пораженных клеток (4 месяца). После облучения 10% пораженных клеток не восстанавливается. Это т.н. “необратимая” доза. Из оставшихся 90% пораженных клеток, первая половина (45%) восстанавливается за 4 месяца, вторая половина – идет восстановление со скоростью 2,5% в сутки. Разница между суммарной дозой облучения, накопленной организмом и дозой, восстановленной за определенный период времени после облучения, называется остаточной или действующей дозой. Для дозы однократного облучения

Д_ост = 0,1Д₀ + 0,9Д₀ (1-0,025)^{( t - 4)},

где t – кол-во дней, прошедших после облучения.

Для дозы многократного облучения:

Д_ост = aД_о + bД,

где a – коэффициент для дозы однократного облучения, b – коэффициент для дозы многократного облучения.

Значения коэффициентов a и b

Сутки	7	15	30	60	90	150	300
a	0,95	0,78	0,57	0,32	0,2	0,13	0,1
b	0,95	0,8	0,6	0,5	0,42	0,3	0,2

Годовая эффективная доза (ЭД) облучения равна сумме ЭД внешнего облучения, накопленной за календарный год и ожидаемой ЭД внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же период. Интервал времени для определения ожидаемой ЭД устанавливается равным 70 лет (для лиц из населения).

Единица измерения ЭД – Дж/кг, которая имеет специальное наименование – зиверт (Зв).

ЭД для лиц из населения устанавливается 1 мЗв (0,1 бэр) за год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв (0,5 бэр) в год.

Мощность дозы:

• поглощенной ;

• экспозиционной ;

• эквивалентной ;

• эффективной .