2. Основные дозиметрические величины и единицы их измерения. Связь между дозами.

Действие ионизирующих излучений на вещество проявляется в ионизации и возбуждении атомов и молекул, входящих в состав вещества. Количественной мерой воздействия излучений на вещество является доза излучения. Доза излучения – это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенного единицей массы облучаемой среды. Различают поглощенную, экспозиционную и эквивалентную дозы излучения.

2.1. Поглощенная доза излучения

Поглощенной дозой излучения (D) называется количество энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы любого вещества:

, (3.8)

где dЕ – поглощенная энергия излучения; dm – масса облучаемого вещества.

Эта величина позволяет дать количественную оценку действия различных видов излучения в различных средах. Она не зависит от объема и массы облучаемого вещества и определяется главным образом ионизирующей способностью и энергией излучений, свойствами поглощающего вещества и продолжительностью облучения.

При определении дозы в биологическом объекте нужно учитывать внешнее и внутреннее облучение, так как радиоактивные вещества могут попасть в организм с пищей, водой и вдыхаемым воздухом. В этом случае облучение внутренних органов происходит не только гамма-, но также альфа- и бета-излучением.

Поглощенная доза является количественной мерой воздействия ионизирующего излучения на вещество. За единицу измерения поглощенной дозы принят грей (Гр) - поглощенная доза излучения, соответствующая энергии 1 джоуль ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному веществу массой 1 кг: 1 Гр = 1 Дж/кг.

На практике применяется внесистемная единица – рад (Rad – по первым буквам английского словосочетания "radiation absorbet dose"). Доза в 1 рад означает, что в каждом грамме вещества, подвергшегося облучению, поглощено 100 эрг энергии. 1 рад = 100 эрг/г = = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр, т.е. 1 Гр = 100 рад (1 эрг = 10 Дж).

Поглощенная доза излучения зависит от свойств излучения и поглощающей среды. Для заряженных частиц (альфа -, бета-частиц, протонов) небольших энергий, быстрых нейтронов и некоторых других излучений, когда основными процессами их взаимодействия с веществом является непосредственная ионизация и возбуждение, поглощенная доза служит однозначной характеристикой ионизирующего излучения по его взаимодействию со средой. Это связано с тем, что между параметрами, характеризующими ионизирующую способность излучения в среде, и поглощенной дозой, можно установить адекватные прямые зависимости.

Для рентгеновского и гамма-излучений таких зависимостей не наблюдается, т.к. эти виды излучений косвенно ионизирующие. Следовательно, поглощенная доза не может служить характеристикой этих излучений по их воздействию на среду.

2.2. Экспозиционная доза излучения

Для характеристики рентгеновского и гамма-излучений по эффекту ионизации используют экспозиционную дозу. Экспозиционная доза выражает энергию фотонного излучения, преобразованную в кинетическую энергию вторичных электронов, производящих ионизацию в единице массы атмосферного воздуха.

Экспозиционной дозой (Х) называется количественная характеристика излучений, основанная на их ионизирующем действии в сухом атмосферном воздухе и выраженная отношением суммарного электрического заряда ионов одного знака, образованных излучением, поглощенным в некоторой массе воздуха, к этой массе:

, (3.9)

где dQ – количество зарядов, образованных гамма-излучением в воздухе массой dm.

За единицу экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений принят кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р). Рентген – экспозиционная доза фотонного излучения, при которой в 1 см³ воздуха при нормальных условиях (t = 0С и давление 101 кПа) образуется 2,0810⁹ пар ионов, заряд которых каждого знака равен 3,3410^-10 Кл. Поскольку масса 1 см³ воздуха весит 1,29310^-6 кг, то l Р = 3,3410^-10/1,29310^-6 = 2,5810^-4 Кл/кг. 1 Кл/кг = 3876 Р. Помимо рентгена используются производные от него единицы: миллирентген (1 мР = 10^-3 Р) и микрорентген (1 мкР = 10^-6 Р).

Соотношение между экспозиционной дозой, выраженной в рентгенах, и поглощенной дозой, выраженной в радах, для воздуха имеет вид:

D = 0,877X, т.е. 1 Р = 0,877 рад или 1 рад = 1,14 Р, 1 Кл/кг =34 Гр.

Для других веществ коэффициент пропорциональности между D и Х будет иным. Он зависит от плотности и атомных номеров элементов, входящих в состав этих веществ. Для биологических тканей соотношение между поглощенной и экспозиционной дозой 1 P = 0,965 рад, 1 Кл/кг = 37,2 Гр.

Поглощенная доза в любом веществе, в том числе и в биологической ткани, может быть определена по формуле

, (3.10)

где _л – линейные коэффициенты поглощения гамма-излучений в веществе и воздухе соответственно;  – плотность вещества и воздуха соответственно; Х – экспозиционная доза излучения в воздухе.