Таблиця 2.29

Основні характеристики іонізуючих випромінювань

Вид випроміню­вань	Фізична природа	Швид­кість розпов­сюджен­ня, км/с	Енергія випромі- нюваиь, МеВ	глибина проникнення		Іонізуюча здібність, пар іонів на 1 мм пробігу в повітрі
				Повітря	Біологічна тканина
Альфа (а)	Ядра гелію Не+	20000	1,83-11,65	2,5-11 см	30-130 мкм	1000-з000
Бета (р)	Електрони, позитрони	290000	0,005-8,0	0,002-34 м	0,002-41,3 мм	з0-50
Гамма (у)	Фотонне, ЕМВ (довжина хвилі 0,01­0,0005 нм)	300000	0,01-10	4,8-0,02* (по воді)	4,99-0,02* (по воді)	2-4

* - коефіцієнт ослаблення енергії фотонів (масовий коефіцієнт передачі енергії).

Іонізуючі випромінювання, проходячи через речовини, взаємодіють з їх атомами і молекулами. Така взаємодія призводить до порушення ато­мів і виривання окремих електронів з електронних оболонок нейтраль­ного атома. У результаті атом, позбавлений одного чи декількох електро­нів, перетворюється в позитивно заряджений іон - відбувається іоніза­ція. Електрони, що втратили в результаті багаторазових зіткнень свою енергію, залишаються вільними чи приєднуються до якого-небудь ней­трального атома, утворюючи негативно заряджені іони. Таким чином, енергія випромінювання при проходженні через речовину витрачається, в основному, на іонізацію середовища. Число пар іонів, що створюються ІВ у речовині на одиниці шляху пробігу, називається питомою іоніза­цією, а середня енергія, що витрачається іонізуючим випромінюванням на утворення однієї пари іонів, - середньою роботою іонізації.

В міру просування у середовище заряджена частка втрачає свою енергію. Відстань, пройдена часткою від місця утворення до місця втрати нею надлишкової енергії, називається довжиною пробігу.

Розповсюдження випромінювання у речовині може бути охаракте­ризовано поняттям «шар половинного ослаблення» - тобто товщина шару певної речовини, при проходженні через який інтенсивність випромінювання послаблюється у два рази. Таким чином можна виз­начити необхідну кількість шарів половинного ослаблення п для зменшення інтенсивності випромінювання в К разів:

. (2.82.)

Ступінь, глибина і форма променевих уражень, що розвиваються в тканинах біологічних об'єктів при впливі на них ІВ, у першу чергу залежать від величини поглиненої енергії випромінювання. Для характеристики цього показника використовується поняття поглине­ної дози ^ тобто енергії поглиненою одиницею маси речовини, що опромінюється:

, (2.83)

⁴ '

де dЕ - середня енергія, що передана ІВ речовині у елементарному об'ємі, dm - елементарний об'єм маси речовини.

За одиницю поглиненої дози опромінення приймається джоуль на кілограм (Дж/кг) - Грей (Гр). Грей - поглинена доза випромінювання, це енергія в 1Дж будь-якого іонізуючого випромінювання, яка передана одному кілограму речовини, що опромінюється. У радіобіології і радіа­ційній гігієні широке застосування одержала позасистемна одиниця поглиненої дози - рад. Рад - це така поглинена доза, при якій кількість поглиненої енергії в 1 г будь-якої речовини складає 100 ерг незалежно від виду й енергії випромінювання, 1 рад = 0,01 Гр.

Для характеристики дози за ефектом іонізації, що викликається у повітрі, використовується так звана експозиційна доза ^ ) рентге­нівського і у-випромінювань - кількісна характеристика рентгенів­ського і у-випромінювань, заснована на їх іонізуючій дії і виражена сумарним електричним зарядом іонів одного знака, утворених в оди­ницях об'єму повітря в умовах електронної рівноваги.

, ⁽2.⁸⁴⁾

де dQ - прирощення сумарного заряду усіх іонів одного знака, які були утво­рені у елементарному об'ємі повітря, dm - маса елементарного об'єму повітря.

За одиницю експозиційної дози рентгенівського і g-випроміню- вань приймається кулон на кілограм (Кл/кг).

Кулон на кілограм - експозиційна доза рентгенівського або гамма (у)-випромінювань, при якій сполучена з цим випромінюван­ням корпускулярна емісія на кілограм сухого атмосферного повітря утворює у повітрі іони, що несуть заряд у 1 Кл електрики кожного знака.

Позасистемної одиницею експозиційної дози рентгенівського і гамма (у)-випромінювань є рентген (Р).

Рентген - одиниця експозиційної дози фотонного випромінюван­ня, при проходженні якого через 0,001293 г повітря в результаті завер­шення всіх іонізаційних процесів у повітрі створюються іони, що несуть одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знака. 0,001293 г - маса 1 см³ сухого атмосферного повітря за нор­мальних умов [температура 20^оС і тиск 1013 МПа (1 атм фізична чи 760 мм рт. ст.)], у якій відбуваються первинні процеси взаємодії фото­нів з повітрям. За визначенням, 1 Р відповідає заряд 1 СГСЕ = пц, де п - число іонів, д - заряд іона (д = 4,8-10^-10 СГСЕ).

Таким чином, для одержання експозиційної дози в 1 Р потрібно, щоб витрачена на іонізацію в 1 см³ (чи в 1 г) повітря енергія відповід­но дорівнювала

.

Величини 0,114 ерг/см³ і 87,7 ерг/г прийнято називати енергетичними еквівалентами рентгена. Співвідношення між поглиненою дозою випромі­нювання, вираженої в радах, і експозиційною дозою рентгенівського і у-випромінювань, вираженої в рентгенах, для повітря має вигляд

. (2.85)

Поглинена чи експозиційна дози випромінювань, віднесені до оди­ниці часу, називаються потужністю дози (Р) відповідно поглиненої чи експозиційної. Вона характеризує швидкість нагромадження дози і може чи збільшуватися чи зменшуватися згодом.

Якщо за деякий проміжок часу dt збільшення дози дорівнює dD, то середнє значення потужності дози:

; (2.86)

Різні види ІВ справляють неоднакові біологічні дії. Для оцінки біо­логічної дії різних видів ІВ нормативами НРБУ-97 (Норми радіа­ційної безпеки України) введено поняття радіаційний зважуючий фак­тор - W_R, який показує у скільки разів даний вид випромінювання справляє більш сильну біологічну дію, ніж у (И) - випромінювання при однаковій поглиненій дозі. Для а-випромінювання W_R складає 20, для в-випромінювання 1 і нейтронного випромінювання - 5-20.

Для оцінки можливих наслідків іонізуючого опромінювання з урахуванням іонізуючої здатності випромінювання введено поняття еквівалентної дози (Н):

(².⁸⁷)

Одиницею виміру еквівалентної дози в системі СИ є зіверт, 1 Зв =Дж/кг. Позасистемною одиницею еквівалентної дози є бер, 1бер = 0,01 Зв.

Якщо еквівалентні дози однакові, ступінь ураження окремих орга­нів і тканин тіла людини залежить від радіаційної чутливості цих органів і тканин. Для оцінки ступеня радіаційного ураження людини з урахуванням радіаційної чутливості окремих органів і тканин введе­но поняття ефективної дози (Е), яка визначається виразом:

, (2.88)

де Н_Т - еквівалентна доза в тканині чи органі,

- тканинний зважуючий фактор, який характеризує відносний стохастичний ризик опромінювання окремих тканин для гонад - 0,2; для червоного кістко­вого мозку, кишечнику, легень - 0,12; для більшості внутрішніх органів - 0,05; для шкіри, кісток - 0,01).