5. Дозы ионизирующего излучения

Общим свойством ИИ, независимо от вида, является их способность при взаимодействии со средой передавать ей свою энергию. Именно это обстоятельство легло в основу установления количественной связи между уровнем воздействия и возникающими под влиянием ИИ эффектами в среде, прежде всего в биологической ткани.

Уровень воздействия любого излучения на среду характеризуется до­зой. Понятие о дозе излучения является "краеугольным камнем" радио­биологических основ нормирования облучения людей и разработки меропри­ятий по радиационной безопасности. Главный физический эффект в облуча­емой среде - ионизация и возбуждение атомов и молекул - сопровождается в живых организмах теми или иными радиобиологическими эффектами. Раз­личают экспозиционную, поглощенную, эквивалентную, эффективную дозы и ряд других.

 Экспозиционная доза (Х) (exposure) характеризует ионизационную способность только фотонного излучения при его взаимодействии исключи­тельно с воздухом и определяется суммарным зарядом ионов одного знака, возникающих в единице массы воздуха при полном торможении всех вторичных электронов, образованных фотонным излучением. Единицей экспозици­онной дозы в системе СИ является кулон на 1 кг воздуха (Кл/кг). В качестве специальной единицы до настоящего времени широко используется рентген (Р) - экспозиционная доза, при которой в 1 см 53 воздуха под влиянием фотонного излучения образуются ионы, суммарный заряд которых (для одного знака) равен 1 электростатической единице электричества. Соотношение между рентгеном и Кл/кг:

1 Р = 2,58  10^-4  Кл/кг.

Если учесть, что на образование одной пары ионов расходуется энергия, равная 34 эВ, то при дозе 1 Р на ионизацию 1 г воздуха тра­тится энергия, равная 87 эрг. Следовательно, энергетическим эквивалентом 1 Р являются 87 эрг/г или 0,87   10^-2  Дж/кг воздуха. Для тканей организма (кроме костной) обычно принимают, что 1 Р = 0,93  10^-2 Дж/кг (93 эрг/г) или 0,93 рад (см. ниже). Это различие обусловлено разным химическим составом воздуха и биологической ткани.

Понятие экспозиционной дозы исторически было первым. Однако об­ласть ее использования оказалась слишком узкой. Со временем потребова­лось оценивать воздействие других видов излучений и не только на воз­дух.

Для характеристики уровня воздействия любого вида ИИ на любое вещество применяется поглощенная доза (D), которая измеряется отноше­нием энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к единице массы вещества. Единица поглощенной дозы - джоуль на 1 кг (Дж/кг), или специальная единица - грей (Гр). Кроме того, используется внесистемная единица поглощенной дозы - рад (от английской аббревиатуры RAD - Radiation Absorbed Dose). При дозе 1 рад величина энергии, переданной из­лучением 1 г вещества, составляет 100 эрг. Следовательно, 1 рад соот­ветствует 1,13 Р, а 1 Гр = 100 рад.

Поглощенная доза характеризует как само излучение, так и его воз­действие на облучаемое вещество, поэтому ее всегда следует относить к конкретной среде: воздуху, воде, биологической ткани и т.д.

Передача и поглощение энергии непосредственно ионизирующего излу­чения происходит в одном и том же элементарном объеме облучаемой сре­ды. Образованные же в процессе взаимодействия косвенно ионизирующего излучения с веществом заряженные частицы (ядра отдачи, электроны) мо­гут производить ионизацию не только в том элементарном объеме, где они образовались, но и вне его. В этом случае переданная излучением энер­гия не равна поглощенной энергии в элементарном объеме. Поэтому в ка­честве меры энергии, переданной косвенно ионизирующим излучением (нейтронным или фотонным) заряженным частицам в пределах рассматриваемого объема, введено специальное понятие "керма".  Керма  - это сум­марная первоначальная кинетическая энергия всех заряженных частиц, ос­вобожденных в единице массы вещества косвенно ионизирующим излучением. Применительно к гамма-излучению в условиях электронного равновесия керма совпадает с дозой излучения, если можно пренебречь потерей энергии заряженных частиц (электронов и позитронов) на тормозное излучение. При этих условиях керма становится энергетическим эквивалентном экспо­зиционной дозы. Единицами кермы, как и поглощенной дозы, являются грей и рад.

В радиобиологических исследованиях установлено, что при одной и той же поглощенной дозе биологические эффекты неодинаковы для разных видов ИИ, поскольку они отличаются величиной ЛПЭ и плотностью иониза­ции. В связи с этим для оценки опасности различных видов излучения по их ЛПЭ было введено понятие коэффициента качества (k), отражающего от­носительную биологическую эффективность (ОБЭ) излучения. Относительная биологическая эффективность - это отношение поглощенной дозы эталонно­го излучения к поглощенной дозе данного излучения, вызывающего тот же биологический эффект. В качестве эталонного принято рентгеновское из­лучение с энергией 180-200 кэВ, при котором линейная плотность иониза­ции за счет вторичных электронов минимальна по сравнению с другими ви­дами излучения и составляет около 100 пар ионов на 1 мкм в воде. Ус­ловно коэффициент качества такого излучения принят за единицу, а для излучения с большими значениями линейной плотности ионизации и ЛПЭ (таб.) установлены соответствующие усредненные значения коэффициента качества, что особенно важно для контроля радиационной безопасности при хроническом облучении.

Таблица.