3. Основи дозиметрії іонізуючого випромінювання

10.3.1. Експозиційна доза, її потужність, одиниці

Для кількісної характеристики дії іонізуючого випро­мінювання (нагадаємо, що загальна назва “іонізуюче випро­мінювання” об’єднує всі види радіоактивного випроміню­ван­ня, рентгенівське випромінювання та потоки частинок – протонів, нейтронів тощо) вводять так звану експозиційну дозу D₀. Експозиційна доза визначає величину заряду, що виникає в одиниці маси сухого повітря під дією рентге­нівс­ького і -випромінювання, тобто

D₀ = . (10.21)

Формула (10.21) є, таким чином, визначенням експозиційної дози. Експозиційна доза характеризує міру іонізації повітря рентгенівськими і -променями, яку досить легко поміряти експериментально. Цікаво зазначити, що енергія іонізації суттєво відрізняється від теплової енергії. Скажімо, та доза -випромінювання, яка може стати летальною для людини, підвищує температуру тіла лише на тисячні долі градуса.

У відповідності з формулою (10.21) за одиницю експо­зи­ційної дози в системі СІ прийнята така експозиційна доза рентгенівського і -випромінювань, при якій в результаті повної іонізації 1 кг сухого повітря утворюється заряд в 1 кулон, тобто [D₀] = 1 Кл/кг.

Іншою (дуже розповсюдженою, позасистемною) одини­цею експозиційної дози є рентген (Р). Зв’язок між одини­цями експозиційної дози дається таким співвідношенням:

1 Р = 2.5810^–4 Кл/кг. (10.22)

Таким чином, 1 рентген – це така експозиційна доза рентгенівського і -випромінювань, яка внаслідок іонізації 1 кг сухого повітря викликає появу електричного заряду в 2.5810^–4 кулона. Оскільки кожний додатний іон, що утво­рюється при відриванні одного електрона від нейтраль­ного атому, несе заряд 1.610^–19Кл, то легко підрахувати кількість пар додатних і від’ємних іонів, точніше пар “однозарядний додатний іон + електрон”, що виникають в 1кг повітря під дією експозиційної дози D₀ = 1 Р. Ця величина дорівнює 2.5810^–4/1.610^–19  1.610¹⁵ пар іонів/кг.

Можна дати ще й інші еквівалентні (10.22) визначення експозиційної дози в 1 рентген. Наприклад, 1) 1 рентген – це така експозиційна доза, при якій внаслідок повної іоніза­ції під дією рентгенівського і -випромінювання в 1 см³ сухого повітря утворюється біля 2 мільярдів пар іонів (точніше, 2.0710⁹ пар іонів). Зауважимо, що 1 см³ сухого повітря при нормальних умовах (Т = 273 К, р = 10⁵ Па) має, як це випливає з рівняння Клайперона-Менделєєва, масу m = 0.001293 г  1.310^–6 кг; 2) 1 рентген – це така експо­зицій­на доза, при якій в 1 кг сухого повітря поглинається 8.69 мДж енергії рентгенівського і -випромінювання. Дійсно, середня енергія, яка викликає появу пари “додатний іон + електрон” у повітрі, дорівнює 5.4310^–18 Дж  34 еВ (ця цифра враховує відносні концентрації та іонізаційні потенціали атомів і молекул, що входять до складу повітря). Тому загальна енергія, яка необхідна для утворення 1.610¹⁵ пар іонів/кг, дорівнює

W = 5.4310^–181.610¹⁵ = 8.6910^–3 Дж/кг  5.410¹⁶ еВ/кг.

Певним недоліком рентгена як одиниці експозиційної дози є те, що він характеризує 1) лише рентгенівське і -випромінювання, 2) іонізаційний ефект тільки у повітрі. Прийнято вважати, що для тканин організму людини 1 Р експозиційної дози викликає поглинання приблизно 10^–2Дж на 1 кг біомаси (точніше, 1 Р = 9.610^–3 Дж/кг).

Потужність експозиційної дози Р₀ – це експозиційна доза, що віднесена до одиниці часу, тобто

Р₀ = , (10.23)

або з урахуванням визначення (10.21) маємо

P₀ = _, (10.24)

де I = q/t – сила струму. Таким чином, потужність експо­зи­ційної дози Р₀ – це 1) заряд, який виникає за 1 с в 1 кг сухого повітря під дією рентгенівського і -випроміню­вання, 2) сила струму, що виникає в 1 кг сухого повітря внаслідок його іонізації рентгенівським і -променями.

У відповідності з формулами (10.23) і (10.24) одини­цями потужності експозиційної дози є

[P₀] = (в системі СІ),

[P] = P/c, P/хв, Р/год (позасистемні одиниці),

тобто ампер на кілограм або рентген за секунду (хвилину, годину).