Глава 4. Единицы измерения активности и доз радиоактивных излучений

 

Для того чтобы ввести и связать между собой единицы измерения активности и доз, рассмотрим последовательность событий от возникновения излучения от какого-либо его источника до поглощения его в живом организме. Основной характеристикой источника ионизирующего излучения является его АКТИВНОСТЬ.

А = N = 0,693N/T_1/2

Активность (А) измеряется в количестве распадов в секунду. В системе СИ эта единица получила название БЕККЕРЕЛЬ (Бк) в честь первооткрывателя радиоактивности.

1 Бк = 1 распад/с

Величина активности характеризует лишь наличие радиоактивного нуклида и интенсивность его распада им излучения, не определяя ни самого радионуклида, ни тип его распада. Активность прямо пропорциональна количеству распадающегося радионуклида и обратно пропорциональна периоду полураспада и, чем больше количество и чем более коротко живущим является данный элемент, тем выше его активность. Для определения содержания радионуклидов или степени загрязнения ими различных объектов пользуются понятием активности, отнесенной к массе, размерам, площади поверхности или объему того или иного объекта. Поэтому различают удельную, линейную, поверхностную и объемную активность, которые измеряются в Бк/кг, Бк/м, Бк/м², Бк/м³ (см. таблицу 4.1, в которой приведены основные дозиметрические величины и единицы их измерения). Для измерения высоких уровней активности используется внесистемная единица КЮРИ (Ки), названная в честь знаменитых французских физиков супругов Кюри.

1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк

Один кюри – это активность одного грамма радия. Данной единицей широко пользуются при оценке загрязненности территории каким-либо радиоактивным элементом. Например, 5 Ки/км² цезия-137 означает, что суммарная активность этого элемента на территории в 1км² составляет 5 Ки или 18,5·10¹⁰ Бк. Зная величину предельно допустимой поверхностной активности на данной территории и период полураспада элемента, можно легко вычислить время, через которое активность из-за физического распада уменьшится до уровня, когда возможно возобновление хозяйственной деятельности. Например, если на настоящее время уровень поверхностной активности по цезию-137 равен 40 Ки/км², то снижение до значения ниже 1 Ки/км² при периоде полураспада 30 лет произойдет приблизительно через 5,5·Т_1/2, т.е. через 165 лет. Практически полное исчезновение активности для любого элемента происходит через ~10–20 периодов его полураспада. Следует отметить, что миграция радионуклидов, усвоение их растениями, их перенос в результате техногенной деятельности может значительно ускорить этот процесс.

В результате испускания источником радиоактивного излучения вокруг него создается ионизированная среда. Эту среду условно можно определить как ПОЛЕ ИЗЛУЧЕНИЯ и для его характеристики вводится понятие экспозиционной дозы.

ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА (X) – количественная характеристика поля ионизирующего излучения, характеризующая величину ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении, и ее единицей является рентген (Р), равный 2·10⁹ пар ионов в одном см³, что составляет величину заряда 2,58·10^-4 кулона на кг.

Полезно также запомнить простое правило, применяемое в дозиметрии: доза в 1Р накапливается за 1 час на расстоянии в 1 м от источника радия активностью в 1 Ки. Удобство использования этой характеристики в первую очередь связано с простотой ее измерения. Однако она характеризует поле излучения и не может использоваться для оценки величины облучения объекта, где под ОБЛУЧЕНИЕМ понимается процесс взаимодействия ионизирующего излучения со средой.

Традиционно экпозиционная доза применялась в рентгенодиагностике благодаря тому, что ионизирующая способность рентгеновского излучения для воздуха и биологической ткани приблизительно одинакова. Однако при переходе к высокоэнергетическим типам излучения выяснилась ограниченность использования этой характеристики при оценке поглощенной дозы, особенно в живых организмах. В связи с этим экспозиционная доза как и прежде применяется для оценки поля излучения, а для определения взаимодействия его со средой используется другое понятие – ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА (Д), представляющая количество энергии, поглощаемое единицей массы облучаемого вещества.

Единицей ее измерения в системе СИ является ГРЭЙ (Гр).

1 Гр = 1 Дж/кг

В качестве внесистемной единицы используется РАД равный 0,01Гр. Для мягких тканей в поле рентгеновского или γ-излучения поглощенная доза в 1 рад примерно соответствует экспозиционной в 1 Р (точнее 1 Р = 0,93 рад).

Будучи энергетической характеристикой, поглощенная доза не зависит от вида и энергии ионизирующего излучения и определяет степень радиационного воздействия, т.е. является мерой ожидаемых последствий облучения. Учитывая существенные различия в механизме взаимодействия рассмотренных типов излучения с веществом, в ионизирующей способности, длине свободного пробега и т.д., следует ожидать, что одна и та же поглощенная доза может дать разный биологический эффект. Для количественной оценки такого различия вводится понятие ОТНОСИТЕЛЬНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ОБЭ) или КОЭФФИЦИЕНТА КАЧЕСТВА (КК) ИЗЛУЧЕНИЯ.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ (ОБЭ) или КОЭФФИЦИЕНТ КАЧЕСТВА (КК) какого-либо излучения – численный коэффициент, который равен отношению поглощенной дозы образцового излучения Д₀, вызывающей определенный радиобиологический эффект, к дозе рассматриваемого излучения Д, вызывающей тот же радиобиологический эффект.

КК = Д₀ / Д

В качестве образцового принято рентгеновское излучение с граничной энергией 200 кэВ. Для него КК = 1. Следовательно, поглощенная доза другого излучения может быть эквивалентна поглощенной дозе образцового излучения, но с учетом коэффициента КК. Таким образом, вводится понятие эквивалентной дозы.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА (Н) есть мера выраженности эффекта облучения и равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества данного вида излучения.

Н = КК · Д

Единицей ее измерения принята величина ЗИВЕРТ (Зв). В качестве внесистемной единицы широко применяется БЭР.

100 бэр = 1 Зв

Основные дозиметрические величины и единицы их измерения приведены в Приложении 1.

Под МОЩНОСТЬЮ ДОЗЫ (экспозиционной, поглощенной, эквивалентной) Р понимается приращение дозы за единицы времени. Она характеризует скорость накопления дозы и может увеличиваться и уменьшаться со временем.

Р = D / t

Из вышеперечисленного ясно, что поглощенная доза характеризует количество энергии, поглощенной телом, а эквивалентная – тот биологический эффект, который вызывает ионизация вещества тола за счет этой энергии.

Учитывая, что коэффициент качества для γ- и β-излучения равен единице, в том случае, когда эти излучения являются основными, при оценке эквивалентной дозы можно пользоваться приборами, измеряющими экспозиционную дозу в рентгенах. Так, например, большая часть территории, подвергшейся радиоактивному загрязнению в результате аварии на ЧАЭС, содержит в основном цезий-137 и стронций-90, являющихся источниками указанных типов излучений. Поэтому, измеряемый радиационный фон в единицах мощности экспозиционной дозы позволяет определить эквивалентную дозу или ее мощность. Величина дозы равна мощности дозы, умноженной на время пребывания в поле действия излучения. Например, если дозиметр показывает значение мощности дозы 20 мкР/час, то эквивалентная доза за год в этой местности за счет внешнего облучения составит:

8760 час/год 1 год 20·10^-6/0,93 = 0,2 бэр или 2 мЗв

(коэффициент 0,93 связывает рентген и рад).

Подводя итог вышесказанному, можно резюмировать следующее: радиационную опасность рассматриваемого радиоактивного вещества оценивают по его активности, измеряемой в беккерелях, зная активность источника можно рассчитать мощность экспозиционной дозы на разных расстояниях от него в рентгенах или кулонах на кг. Для перехода от экспозиционной дозы – характеристики поля излучения к характеристике взаимодействия этого поля со средой – поглощенной дозе, необходимо знать свойства этой среды. Поглощенная доза, измеряемая в Дж/кг или Гр, характеризует радиационный эффект для всех видов физических тел и объектов, кроме живых организмов, и определяется энергией, переданной произвольным типом ионизирующего излучения данной среде. Для оценки действия излучения на живой организм необходимо учитывать различный биологический эффект, вызываемый облучением разными типами ионизирующего излучения, что выражается в коэффициенте качества излучения и величине эквивалентной дозы, измеряемой в зивертах.

Разные органы или ткани тела человека имеют разные чувствительности к излучению. Известно, например, что при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение гонад (половые железы) особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому в последние годы для случаев неравномерного облучения разных органов или тканей тела человека введено понятие ЭФФЕКТИВНОЙ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗЫ Н_э (ЭЭД).

Для определения этой величины необходимо ввести понятие риска. РИСК – вероятность возникновения неблагоприятных последствий для человека (частота смертельных случаев, снижение продолжительности жизни, частота возникновения профессиональных заболеваний, травматизма, нетрудоспособности и т.д.) вследствие облучения, аварии или другой причины, проявление которой носит стохастический (вероятностный) характер.

ЭФФЕКТИВНАЯ ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА определяется формулой

, где

H_j – средняя эквивалентная доза в j-ом органе или ткани;

w_j – тканевый взвешивающий множитель, представляющий собой отношение стохастического риска смерти в результате облучения j-го органа или ткани к риску смерти от равномерного облучения тела при одинаковых эквивалентных дозах (табл. 4.1).

Таблица 4.1.

Ткань или орган	Тканевой весовой множитель wj	Ткань или орган	Тканевой весовой множитель wj
Половые железы	0,20	Печень	0,05
Красный костный мозг	0,12	Пищевод	0,05
Щитовидная железа	0,05
Толстый кишечник	0,12
Легкие	0,12	Кожа	0,01
Желудок	0,12	Поверхность костей	0,01
Мочевой пузырь	0,05
Молочные железы	0,05	Остальные органы	0,05

 

Таким образом, w_j определяет весовой вклад данного органа или ткани в риск неблагоприятных последствий для организма при неравномерном облучении:

При равномерном облучении всего организма эквивалентная доза в каждом органе или ткани одна и та же, Н_j = Н, и, следовательно, Н_э = Н.

Таким образом ЭФФЕКТИВНАЯ ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА при неравномерном по органам и тканям облучении равна такой эквивалентной дозе при равномерном облучении всего организма, при которой риск неблагоприятных последствий будет таким же, как и при данном неравномерном облучении.

Единицы измерения эффективной эквивалентной дозы совпадают с единицами измерения эквивалентной дозы.

Эквивалентная доза или эффективная эквивалентная доза характеризует меру ожидаемого эффекта облучения для данного индивидуума. Эти величины являются ИНДИВИДУАЛЬНЫМИ ДОЗАМИ.

При определении индивидуальных доз различают дозы внешнего и внутреннего облучения. ДОЗА ВНЕШНЕГО ОБЛУЧЕНИЯ формируется за счет облучения от источников ионизирующих излучений вне организма человека, а ДОЗА ВНУТРЕННЕГО ОБЛУЧЕНИЯ определяется радионуклидами, поступающими в организм человека с вдыхаемым воздухом, с продуктами питания, питьевой водой, а также через повреждения кожного покрова.

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: