 |
Основные дозиметрические величины и единицы их измерения
|
|
|
|
Самопроизвольный распад радиоактивных ядер сопровождается ионизирующим излучением. Каждый радионуклид распадается со своей скоростью. Как известно скорость распада пропорциональна числу ядер радионуклида:
A = λ*N (7)
Где N – число ядер радионуклида, λ – постоянная распада, характеризующая вероятность распада за единицу времени. Чем она больше, тем быстрее происходит распад.
Постоянная распада связана с периодом полураспада соотношением:
Т1/2 = 0,693 / λ (8)
На основании этого можно сделать следующее определение активности как количественной характеристики источника излучения.
Активность источника.
Активностью радиоактивного препарата называется число актов распада ядер данного препарата в единицу времени. Активность измеряется в единицах, именуемых кюри (Ки). Кюри–активность одного грамма радиоактивного свежеприготовленного препарата радия, в котором происходит 3,7×1010 расп./с. Единица активности соответствующая 1 расп./с в системе СИ получила название беккерель (Бк).
Для определения активности γ – излучения применяется своя единица активности – миллиграмм-эквивалент радия (мг-экв Ra). 1 мг-экв. Ra - активность такого количества радионуклида, которое создает такую же мощность дозы, как и 1 мг радия, заключенный в платиновый фильтр толщиной 0,5 мм.
Между активностью (Бк) и массой радиоактивных веществ (г) существует определенная связь. Если во взятом количестве радиоактивного вещества будет происходить в каждую секунду 3,7*1010 распадов, то общее число атомов N, дающее эту активность, будет равно активности вещества (3,7*1010 Бк), деленной на постоянную распада λ, 1/с, т.е. N= A/λ:
|
|
|
(9)
Общее количество радиоактивного вещества в граммах m, дающего активность вещества А = 1 Бк, равно
(10)
где А – это атомная масса данного радионуклида, г; NA = 6,02*1023 1/моль – число Авогадро; А/ NA – масса одного атома.
Подставляя данные, получаем массу вещества в граммах активностью 1 Бк (г/Бк):
активность А 1 г любого радионуклида в единицах Бк (Бк/г) равна:
(11)
Активность источника не может прямо характеризовать ионизирующее действие излучения, испускаемого источником. При одной и той же активности источника ионизирующее действие излучения зависит от таких факторов как вид и энергия излучения, физическая природа облучаемой среды и др. Поэтому кроме измерения активности источника излучения требуется измерять и ионизирующее действие излучения.
Поглощенная доза.
Степень и глубина и форма лучевых поражений, развивающихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую очередь зависят от величины поглощенной энергии излучения. Для характеристики этого показателя используется понятие поглощенной дозы.
Согласно определению Международной комиссии по радиологическим измерениям (мкре) поглощенная доза какого-либо ионизирующего излучения есть энергия, которая передается ионизирующими частицами единице массы облучаемого вещества.
. (12)
Единицей поглощенной дозы может быть любая величина, имеющая размерность [энергия/масса]. В системе единиц СИ поглощенная доза измеряется в греях [3] (Гр):
1Гр = 1Дж/к г.
По рекомендации мкре единицей поглощенной дозы является рад:
1 рад=100 эрг/г=10-2 Гр.
Экспозиционная доза.
Для оценки биологического действия облучения решающую роль играет количество энергии, поглощенной организмом. Однако существующие дозиметрические приборы позволяют измерить не поглощенную дозу, а лишь дозу излучения по ионизирующему эффекту, производимому данными излучениями в воздушной среде. Поэтому все расчеты, связанные с защитой человека от действия излучения, приходится производить на основании не фактически поглощенной дозы, а дозы излучений, показывающей ионизирующее действие излучения в воздухе.
|
|
|
Экспозиционная доза – это количественная характеристика взаимодействия рентгеновского или γ- излучения с веществом, равная суммарному электрическому заряду ионов одного знака, образованному излучением, в единице массы вещества.
(13)
Единицей экспозиционной дозы облучения в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/к г). Чаще всего используется внесистемная единица рентген (Р).
Рентген - такая доза, при которой под действием облучения рентгеновскими или γ- лучами в 1 см3 воздуха при нормальных условиях создаются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака. Масса 1 см3 сухого атмосферного воздуха при 0°C и давлении 760 мм рт. ст. равна 0,001293 г.
Для воздуха 1 Р соответствует 0.88 рад, для биологической ткани 0.93 рад.
Эквивалентная доза.
Воздействие излучения на организм человека определяется не только количеством поглощенной энергии или числом пар, образованных ионов, но и плотностью ионизации, т. е. количеством пар ионов, образованных на единице пути ионизирующей частицы в тканях. Выше указывалось, что наибольшую плотность ионизации создают α- частицы, поэтому поражающее действие их в несколько раз больше, чем β– частиц или γ - излучения, даже при равном количестве поглощенной энергии.
Для сравнительной оценки биологического действия различных видов излучения используются коэффициенты качества (КК) и величины линейной потери энергии (ЛПЭ), показывающие во сколько раз биологическое действие данного вида излучения сильнее биологического действия γ- излучения при равных величинах поглощенной энергии.
Доза, получаемая объектом с учетом КК, называется эквивалентной (D экв). Эта величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения человека в поле ионизирующих излучений произвольного состава, определяется суммой произведений поглощенных доз Di отдельных видов излучений и их соответствующих коэффициентов качества К i, т. е.
|
|
|
. (14)
Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв).
Зиверт - это количество энергии, поглощенное живой тканью при облучении любым видом ионизирующей радиации и вызывающее такой же биологический эффект как и поглощенная доза в 1 Грей рентгеновского или γ- излучения с энергией 200 кэВ.
Внесистемной единицей Dэкв. является биологический эквивалент рада (Бэр).
1 бэр = 10-2 Зв.
В таблице 1 приведены данные, позволяющие определить биологическую эквивалентную дозу.
Соотношение между поглощенной дозой излучения, выраженной в радах, и экспози-ционной дозой рентгеновского и γ – излучений, выраженной в рентгенах, для воздуха имеет вид:
Dэксп. = 0,877 ∙ D погл.
Таблица 1.
| Виды излучения | КК |
| γ – излучение | |
| Рентгеновское излучение | |
| β – излучение | |
| α – излучение (≤10 МэВ) | |
| Протоны (≤10 МэВ) | |
| Тяжелые ядра отдачи | |
| Нейтроны тепловые [4] | |
| Нейтроны с энергией 5 кэВ | 2,5 |
| Нейтроны с энергией 20 кэВ | |
| Нейтроны с энергией 500 кэВ | |
| Нейтроны с энергией 5 МэВ | |
| Нейтроны с энергией 10 МэВ | 6,5 |
Мощность дозы.
Мощность дозы – это доза, получаемая объектом в единицу времени. Она характеризует скорость накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться со временем. Если за некоторый промежуток времени ∆t приращение дозы равно ∆D, то среднее значение мощности дозы:
(14)
В системе Си мощности поглощенной, экспозиционной и эквивалентной доз измеряются соответственно в Гр/с, А/к г и Зв/с. В тоже время применяются множество внесистемных единиц – рад/час, мкР/с бэр/год и другие.
Мощность экспозиционной дозы γ –излучений можно определить, если известна ионизационная γ – постоянная, характеризующая данный радионуклид. Различают дифференциальные и полные γ – постоянные. Дифференциальная γ – постоянная относится к определенной моноэнергетической линии γ -спектра изотопа. Полная γ – постоянная (Кγ) равна сумме дифференциальных γ – постоянных.
|
|
|
Полная ионизационная γ – постоянная, или просто ионизационная γ – постоянная, данного изотопа определяется как мощность экспозиционной дозы в рентгенах за час, которая создается точечным изотопным γ – источником активностью в 1 мКи на расстоянии 1см без начальной фильтрации. В соответствии с определением ионизационная γ – постоянная:
(15)
Где Р – это мощность экспозиционной дозы, Р/ч; R – расстояние; А – активность, мКи.
Гамма-эквивалент любого радионуклида может быть найден по соотношению:
Кγ∙QX = 8,4 m (16)
Где Кγ – постоянная любого γ – излучаещегося нуклида; QX – активность, мКи;
m – активность, мг-экв Ra.
|
|
|
