- •351 Рентгенівські промені розділ 10. Іонізуюче випромінювання та його дія на медико-біологічні об’єкти
- •Рентгенівські промені
- •10.1.1. Історія відкриття рентгенівських променів, праці і. Пулюя
- •10.1.2. Природа рентгенівських променів і методи їх отримання
- •10.1.3. Гальмівне рентгенівське випромінювання
- •10.1.4. Характеристичне рентгенівське випромінювання, його природа. Закон Мозлі.
- •Радіоактивне випромінювання
- •10.2.1. Радіоактивність, її властивості
- •10.2.2. Основний закон радіоактивного розпаду, період напіврозпаду, активність
- •10.2.3. Правила зміщення, особливості спектрів при радіоактивному розпаді
- •Основи дозиметрії іонізуючого випромінювання
- •10.3.1. Експозиційна доза, її потужність, одиниці
- •10.3.2. Поглинена доза, її потужність, одиниці
- •10.3.3. Еквівалентна доза, її потужність, одиниці
- •10.3.4. Дозиметри іонізуючого випромінювання
- •Взаємодія іонізуючого Випромінювання з речовиною
- •10.4.1. Первинні фізичні механізми взаємодії рентгенівського випромінювання з речовиною
- •10.4.2. Первинні механізми дії радіоактивного випромінювання і потоків частинок на речовину
- •10.4.3. Фізико-хімічні механізми радіаційних пошкоджень
- •10.4.4. Ефект дії малих доз іонізуючого випромінювання
- •Застосування рентгенівського випромівання в медицині
- •10.5.1. Методи рентгенодіагностики
- •10.5.2. Рентгенотерапія
- •10.5.3. Рентгенівський структурний аналіз в медико-біологічних дослідженнях
- •10.5.4. Променеві навантаження на медичний персонал при рентгенодіагностичних дослідженнях
- •10.5.5. Деякі факти реакції крові на опромінення
- •10.5.6. Опромінення малими дозами великих груп людей
- •10.5.7. Латентний період – час виявлення в організмі порушень, викликаних радіацією
- •10.5.8. Проблеми ризику, пов’язаного із радіаційною дією
- •Комп’ютерна томографія
- •10.6.1. Рентгенівська томографія
- •10.6.3. Позитронна емісійна томографія
- •Практичне заняття “Рентгенівське випромінювання, його застосування”
- •Контрольні питання для підготовки до заняття
- •Приклади задач та їх розв’язки
- •Контрольні запитання та завдання для самостійної роботи
- •Практичне заняття “Радіоактивне випромінювання та його дія на біооб’єкти”
- •Контрольні питання для підготовки до заняття
- •Приклади задач та їх розв’язки
- •Контрольні запитання та завдання для самостійної роботи
- •Лабораторна робота “Визначення коефіцієнта лінійного послаблення гамма-випромінювання”
- •Питання для підготовки до лабораторної роботи
- •Додаткова література
- •Додаткові теоретичні відомості
- •Лабораторна установка для визначення коефіцієнта лінійного послаблення гамма-випромінювання
- •Порядок виконання роботи
- •Завдання для самостійної роботи та самоконтролю
- •2. Склад приладу
- •3. Характеристики дозиметра дргз-04.
- •4. Управління роботою дозиметра дргз-04
- •Порядок виконання роботи
- •Завдання для самостійної роботи та самоконтролю
10.3.3. Еквівалентна доза, її потужність, одиниці
Питання, пов’язані з фізико-хімічними механізмами і медико-біологічними аспектами взаємодії іонізуючого випромінювання з біооб’єктами, будуть детальніше розглянуті нижче в 10.4 і 10.5. Тут лише зауважимо, що біологічна дія іонізуючого випромінювання суттєво відрізняється для різних його видів при одній і тій самій поглиненій дозі. Так, для одного і того ж самого біологічного об’єкту ефективність дії випромінювання (або, як ще кажуть, радіочутливість біооб’єкта) може відрізнятися (збільшуватися) в 10 разів при переході від -випромінювання до швидких нейтронів. Це означає, що для оцінки біологічної дії кожного типу іонізуючого випромінювання треба множити величину поглиненої дози Dп на відповідний множник к, який називають коефіцієнтом якості або відносною біологічною ефективністю (ВБЕ) випромінювання. Такий добуток кDп характеризує так звану еквівалентну дозу Dекв. Таким чином, маємо наступний зв’язок між еквівалентною дозою і поглиненою дозою:
Dекв = кDп, (10.28)
а також з врахуванням співвідношення (10.26) між поглиненою та експозиційною дозами отримуємо таку формулу, що пов’язує між собою еквівалентну та експозиційні дози:
Dекв = к f D0. (10.29)
Значення коефіцієнту якості (ВБЕ) к залежить від багатьох параметрів (маси, заряду, енергії тощо) різних типів випромінювання, які визначають іонізацію та інші фізико-хімічні механізми радіаційних пошкоджень. В таблиці 10.1 наведені значення коефіцієнту якості для найбільш поширених типів іонізуючого випромінювання.
За основну одиницю еквівалентної дози в системі СІ прийнятий 1 зіверт (Зв) – це така еквівалентна доза, яка відповідає поглиненій дозі в 1 грей (Гр) при дії на біооб’єкт рентгенівського, - і -випромінювань. В загальному випадку, що включає інші типи іонізуючих випромінювань, маємо на підставі формули (10.28) таке співвідношення між еквівалентною дозою Dекв, виміряною в Зв, і поглиненою дозою Dп в Гр:
Dекв (Зв) = к Dп (Гр). (10.30)
Таблиця 10.1.
Тип випромінювання |
Коефіцієнт якості (ВБЕ) к |
Рентгенівське випромінювання |
1 |
Гамма-випромінювання |
1 |
Електрони (-випромінювання) |
1 |
Теплові нейтрони |
2–3 |
Повільні нейтрони |
5 |
Швидкі нейтрони |
10 |
Протони |
10 |
Альфа-випромінювання |
20 |
Іншою (позасистемною) одиницею еквівалентної дози є бер. Ця абревіатура виникла від терміну “біологічний еквівалент рентгену”. Оскільки к = 1 для перших трьох типів випромінювання (табл. 10.1), то 1 бер – це така еквівалентна доза, яка відповідає поглиненій дозі в 1 рад рентгенівського, - і -випромінювань. Для інших типів випромінювань по аналогії з (10.30)
Dекв (бер) = к Dп (рад), (10.31а)
Dекв (бер) = к f D0 (P). (10.31б)
Останнє співвідношення, яке пов’язує між собою біологічну дозу Dекв, виміряну в берах, і експозиційну дозу D0, виміряну в рентгенах, і дало підстави для терміну “біологічний еквівалент рентгена” – бер. Оскільки 1 Гр = 100 рад, то таке саме співвідношення залишається між зівертом і бером, тобто 1 Зв = 100 бер.
Потужність еквівалентної дози Pб визначається величиною еквівалентної дози Dб, віднесеної до одиниці часу, тобто
Рекв = . (10.32)
Відповідно одиницями потужності еквівалентної дози є
[Pекв] = (в системі СІ),
[Pекв] = (позасистемні одиниці),
тобто зіверт за секунду, або бер за секунду (хвилину, годину).
На закінчення цього параграфу наведемо приклади розрахунку еквівалентних доз за відомими значеннями поглиненої дози або потужності поглиненої дози.
Приклад 1. Відомо, що середня потужність експозиційної дози за рахунок природного -випромінювання становить приблизно P0 = 15 мкР/год. Знайти середню еквівалентну дозу Dб (в берах), що отримає людина за рік.
Знайдемо загальну експозиційну дозу D0 -випроміню-вання за рік:
D0 = Р0 N год = 1510–624365 0.13 Р.
Для -випромінювання коефіцієнт якості (відносна біологічна ефективність) к = 1. Вважаючи, що поглинання енергії -випромінювання відбувається в біологічних рідинах і м’яких тканинах організму людини, де перехідний коефіцієнт f = 1 (це є, звичайно, істотне наближення), маємо остаточно для шуканої еквівалентної дози, що отримує людина за 1 рік, наступний результат на підставі (10.31):
Dекв = к f D0 (P) = 0.13 бер.
В Україні прийнято, що максимальна еквівалентна доза за рік для операторів АЕС та всіх інших, хто працює з іонізуючим випромінюванням, не повинна перевищувати 5 бер.
Приклад 2. Оператор АЕС отримав за рік такі поглинені дози різних типів іонізуючого випромінювання:
(Dп) = 0.0015 Гр = 0.15 рад за рахунок -випромінювання,
(Dп) = 0.0005 Гр = 0.05 рад за рахунок -випромінювання,
(Dп)н = 0.0005 Гр = 0.05 рад за рахунок повільних нейтронів,
(Dп) = 0.0001 Гр = 0.01 рад за рахунок -випромінювання.
Знайти сумарну еквівалентну дозу, яку отримав оператор АЕС за рік, припускаючи, що поглинання всіх цих типів випромінювання відбувалося в біологічних рідинах і м’яких тканинах, де f = 1.
Скористаємося формулою (10.31а) і даними про коефіцієнт якості різних типів випромінювання, що наведені в таблиці 10.1. Тоді для сумарної еквівалентної дози отримаємо
Dб = к (Dп) + к (Dп) + кн (Dп)н + к (Dп) =10.15 + 10.05 + + 50.02 + 200.01 = 0.15 + 0.05 + 0.10 + 0.20 = 0.50 (бер).