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.

11

2.3. Эквивалентная доза излучения

Эквивалентная доза (Н) служит для характеристики биологического действия различных видов ионизирующих излучений. Альфа-, бета- и гамма-излучения даже при одинаковой поглощенной дозе (D) оказывают разное поражающее действие из-за различной ионизирующей способности.

Различие в величине радиационного воздействия можно учесть, приписав каждому виду излучений свой коэффициент качества (К).

Коэффициент качества характеризует степень разрушительного действия на биологический объект и показывает во сколько раз данный вид излучения по биологической эффективности больше, чем рентгеновское излучение при одинаковой поглощенной дозе.

Поскольку рентгеновское и гамма-излучение вызывают ионизацию посредством вторичных электронов, которые производят такую же линейную плотность ионизации, что и бета-излучения, то коэффициент качества для них принят равным 1, для нейтронов, протонов и альфа-частиц коэффициенты приведены в табл. 2.

Считается, что поглощенная доза от альфа-излучения производит такое же разрушительное действие в теле человека, как и в 20 раз большая доза гамма-квантов или электронов, т.е. альфа-излучение в 20 раз опаснее, чем бета- и гамма-излучения.

Для определения степени поражающего действия ионизирующих излучений на человека с учетом взвешивающего коэффициента (коэффициента качества) используется эквивалентная доза Н, которая рассчитывается по формуле

, (3.11)

гдеW_R – взвешивающий коэффициент для данного вида излучения; Д – поглощенная доза в органе или ткани.

Таблица 2. Значения коэффициента качества для различных излученийи разных интервалов энергий их частиц

Вид излучения	Взвешивающий коэффициент
Гамма-, рентгеновское- и бета-излучение	1
Нейтроны с энергиями до 10 кэВ	5
Нейтроны с энергией от 10 кэВ до 100 кэВ	10
Нейтроны с энергией от 100 кэВ до 2 МэВ	20
Нейтроны с энергией от 2 МэВ до 20 МэВ	10
Нейтроны с энергией более 20 МэВ	5
Протоны с энергией более 20 МэВ	5
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра отдачи	20

В качестве системной единицы эквивалентной дозы используется зиверт (Зв). Зиверт – единица эквивалентной дозы в биологической ткани, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр рентгеновского или гамма-излучения. Внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рада).

1 бэр = 0,01 Зв; 1 3в = 100 бэр.

Бэр – доза любого вида ионизирующего излучения, производящая такое же биологическое действие, как и доза рентгеновских или гамма-лучей в 1 рад.

Эквивалентная доза рассчитывается для средней ткани человеческого тела. Органы и биологические ткани имеют разную радиочувствительность. В первую очередь поражаются красный костный мозг, половые железы. Учет радиочувствительности производят с помощью взвешивающих коэффициентов для тканей и органов.

Взвешивающий коэффициент (_т) – это эквивалентная доза облучения всего организма в зивертах, которая приводит к тем же последствиям, что и облучение данного органа эквивалентной дозой в 1 Зв. Если для всего организма в целом _т = 1, то каждый орган имеет свой взвешивающий коэффициент (см. табл. 3).

Таблица 3. Взвешивающие коэффициенты для отдельных органов и тканей

Орган или ткань	Взвешивающий Коэффициент
Красный костный мозг	0,12
Легкие, толстый кишечник, желудок	0,12
Молочные железы	0,05
Половые железы	0,20
Поверхности костных тканей, кожа	0,01
Щитовидная железа, печень, пищевод, мочевой пузырь	0,05
Остальные ткани	0,05
Организм в целом	1

Умножив эквивалентную дозу на соответствующие взвешивающие коэффициенты и просуммировав по всему организму, органу или группе органов, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения:

, (3.12)

где _т – взвешивающий коэффициент для органа или ткани; Н – эквивалентная доза излучения, поглощенная этим органом, Зв.

Для оценки последствий облучения человека в радиационной безопасности используется эффективная эквивалентная годовая доза, которая учитывает общее (суммарное) облучение за календарный год и включает дозу внешнего облучения и дозу внутреннего облучения радионуклидами, поступившими в организм человека за этот же календарный год. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, будем иметь коллективную эффективную эквивалентную дозу, которая измеряется в человеко-зивертах. Зная величину коллективной дозы, можно оценить масштаб радиационного поражения. И этот показатель позволяет прогнозировать риск заболеваний в такой группе людей.