Дозиметричні величини та їх одиниці виміру

Дія іонізуючого випромінювання на речовину проявляється в іонізації та збудженні атомів і молекул, які входять до складу речовини. Кількісною мірою цієї дії слугує поглинута доза Д_п ¾ середня енергія, передана випромінюванням одиниці маси речовини. Одиниця поглинутої дози ¾ грей (Гр), названа на честь фізика Грея, 1Гр = 1Дж/кг. На практиці застосовується також позасистемна одиниця ¾ 1 рад = 100 ерг/г = 1×10^-2 Дж/кг = 0,01 Гр.

Поглинута доза випромінювання залежить від властивостей випромінювання та середовища поглинання. Для заряджених частинок (a, b, протонів) невеликих енергій, швидких нейронів та деяких інших випромінювань, коли основними процесами їх взаємодії із речовиною є безпосередня іонізація та збудження, поглинута доза слугує однозначною характеристикою іонізуючого випромінювання за його дією на середовище. Це пов’язано з тим, що між параметрами, що характеризують дані види випромінювання (потік, густина потоку тощо) і параметром, що характеризує іонізаційну здатність випромінювання у середовищі ¾ поглинутою дозою, можна встановити адекватні прямі залежності.

Для рентгенівського та g-випромінювань таких залежностей не спостерігається, тому що ці види випромінювань непрямі щодо іонізації. Отже, поглинута доза не може бути характеристикою цих випромінювань за їх дією на середовище.

До останнього часу у якості характеристики рентгенівського та g-випромінювань по ефекту іонізації використовують так звану експозиційну дозу. Експозиційна доза виражає енергію фотонного випромінювання, перетворену на кінетичну енергію вторинних електронів, що створюють іонізацію в одиниці маси атмосферного повітря.

За одиницю експозиційної дози рентгенівського та g-випромінювань приймають кулон на кілограм (Кл/кг). Це така доза рентгенівського або g-випромінювання, при дії якої на 1 кг сухого атмосферного повітря за нормальних умов утворюються іони, що несуть 1 Кл електрики кожного знака. На практиці до цього часу широко застосовується позасистемна одиниця експозиційної дози ¾ рентген. 1 рентген (Р) ¾ експозиційна доза рентгенівського та g-випромінювань, за якої в 0,001293 г (1 см³ за нормальних умов) утворюються іони, що несуть заряд в одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знака або 1Р = 2,58×10^-4 Кл/кг.

Оскільки експозиційну дозу продовжують використовувати в практиці радіаційної безпеки, розглянемо співвідношення між рентгеном та поглинутою дозою.

Заряд електрона дорівнює 4,8×10^-10 ел. од. заряду. Отже, за експозиційної дози в 1 Р буде утворено 2,08×10⁹ пар іонів у 0,001293 г атмосферного повітря. На утворення однієї пари іонів у повітрі витрачається в середньому 34 еВ енергії. Таким чином, за експозиційної дози в 1 Р вторинними електронами витрачається 88 ерг в 1 г повітря. Величини 88 ерг/г повітря та 0,114 повітря називають енергетичними еквівалентами рентгена.

Поглинута в будь-якій речовині доза рентгенівського та g-випромінювання може бути розрахована за експозиційною дозою за таким співвідношенням:

Д (Гр) = 8,8 × 10³× m / m_в× Д(Р),

де m та m_В ¾ масові коефіцієнти ослаблення (см²/г) для використовуваної речовини та повітря відповідно.

Дослідження біологічних ефектів, які викликані іонізуючими випромінюваннями, показали, що пошкодження тканин пов’язане не тільки з кількістю поглинутої енергії, але також і з її просторовим розподілом, що характеризується лінійною густиною іонізації. Чим вища лінійна густина іонізації, або, інакше, лінійна передача енергії частинок у середовищі на одиницю довжини шляху (ЛПЕ), тим більший ступінь біологічного пошкодження. Щоб урахувати цей ефект, уведено поняття еквівалентної дози Д_екв, яка визначається рівністю:

Д_екв = Д_п × Q,

де Д_п ¾ поглинута доза; Q ¾ безрозмірний коефіцієнт якості, що характеризує залежність біологічних несприятливих наслідків опромінення людини в малих дозах від повної ЛПЕ опромінення.

Еквівалентна доза являє собою міру біологічної дії на дану конкретну людину, тобто вона є індивідуальним критерієм небезпеки, обумовленим іонізуючим випромінюванням. Нижче приведені середні значення коефіцієнтів для деяких видів випромінювання при розрахунку еквівалентної дози.

Фотони будь-яких енергій
Нейтрони з енергією менше 10 кеВ
Електрони та мюони (менше 10 кеВ)
від 10 кеВ до 100 кеВ
від 100 кеВ до 2 МеВ
від 2 МеВ до 20 МеВ
більше 20 МеВ
Протони, крім, протонів віддачі, енергія більше 2 МеВ
Альфа-частинки, осколки поділу, важкі ядра

За одиницю вимірювання еквівалентної дози прийнято Зіверт (Зв), на честь шведського радіолога Рольфа Зіверта. 1Зв = 1Гр/Q = 1Дж/кг. Зіверт дорівнює еквівалентній дозі випромінювання, за якої поглинута доза дорівнює 1 Гр при коефіцієнті якості, що дорівнює одиниці.

Застосовується також спеціальна одиниця еквівалентної дози - бер (біологічний еквівалент рада); 1бер = 0,01Зв. Бером називається така кількість енергії, поглинута 1г біологічної тканини, за якої спостерігається той самий біологічний ефект, що й при поглинутій дозі випромінювання 1рад рентгенівського та g-випромінювань, що мають Q = 1.

Коефіцієнт якості, певною мірою пов’язаний з ЛПЕ, використовується для порівняння біологічної дії різних видів випромінювань тільки під час вирішення завдань радіаційного захисту при еквівалентних дозах Д_екв < 0,25 Зв (25 бер).

Поглинута, експозиційна та еквівалентна дози, віднесені до одиниці часу, називаються потужністю відповідних доз.

Спонтанний розпад радіоактивних ядер відбувається за законом:

N = N₀ × exp (- l t),

де N₀ ¾ кількість ядер у даному об’ємі речовини в момент часу t = 0; N ¾ кількість ядер у тому самому об’ємі до моменту часу t; l ¾ стала розпаду.

Стала l має значення імовірності розпаду ядра за 1с; вона дорівнює тій частині ядер, що розпадаються за 1с. Стала розпаду не залежить від загальної кількості ядер і має цілком певне значення для кожного радіоактивного нукліду.

Приведене вище рівняння показує, що протягом часу кількість ядер радіоактивної речовини зменшується за експоненціальним законом.

У зв’язку з тим, що період піврозпаду значної кількості радіоактивних ізотопів вимірюється годинами і днями (так звані ізотопи, що мають короткий період життя), його необхідно знати для оцінки радіаційної небезпеки у часі у випадку аварійного викиду в навколишнє середовище радіоактивної речовини, вибору місця дезактивації, а також під час переробки радіоактивних відходів та наступного їх поховання. (Період піврозпаду нуклідів приведено в НРБ ¾ 96.

Перша характеристика з тих, що використовувалися у практичній дозиметрії ¾ це експозиційна доза Д_е. Д_е ¾ кількісна характеристика поля іонізуючого випромінювання, заснована на величині іонізації сухого повітря при атмосферному тиску.

Одиницею вимірювання Д_е є рентген (Р). 1 Р = 2 × 10⁹ пар іонів/см³ повітря = 0,11 ерг/см³ повітря.

Потрібно враховувати, що чутливість різних органів тіла неоднакова. Наприклад, за однакової еквівалентної дози опромінення виникнення раку легень більш імовірне, ніж у щитовидній залозі. Тому дози опромінення органів і тканин потрібно враховувати з різними коефіцієнтами.

Міжнародна комісія з радіаційного захисту рекомендує наступні коефіцієнти радіаційного ризику для тканин та органів при розрахунку ефективної дози.

Кістковий мозок (червоний); товстий кишечник (пряма, сигмоподібна) низхідна частина ободочної кишки; легені; шлунок	0,12
Сечовий міхур; грудна залоза; печінка; стравохід; щитоподібна залоза	0,05
Шкіра; клітини кісткових поверхонь	0,01

Помноживши еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти та додавши результати по всіх органах і тканинах, дістанемо ефективну еквівалентну дозу, що показує сумарний ефект опромінювання для організму. Ця доза також вимірюється у зівертах.

Описані три дози відносяться до окремої людини, тобто є індивідуальними. Додавши індивідуальні ефективні дози, отримані групою людей, достанемо колективну еквівалентну дозу, яка вимірюється у людино-зівертах (люд.-Зв).

Багато радіонуклідів розпадаються дуже повільно і залишаться у віддаленому майбутньому. Колективну ефективну еквівалентну дозу, яку отримають покоління людей від якого-небудь радіоактивного джерела за весь час його існування, називають очікуваною (повною) колективною ефективною еквівалентною дозою.

Активність джерела ¾ це міра кількості радіоактивної речовини. Визначається активність кількістю атомів, що розкладаються в одиницю часу, тобто швидкістю розпаду ядер радіонукліда.

Одиницею виміру активності є одне ядерне перетворення за секунду. В системі одиниць СІ вона дістала назву бекерель (Бк).

За позасистемну одиницю прийнято кюрі (Кі) ¾ активність такої кількості радіонукліда, в якій відбувається 3,7 × 10¹⁰ актів розпаду за секунду. На практиці широко користуються похідними Кі: милікюрі ¾ 1 мКі = 1 × 10^-3 кі; мікрокюрі ¾ 1 мкКі = 1 × 10^-6 Кі.

Під питомою активністю розуміють активність, віднесену до одиниці маси або об’єму, наприклад Кі/г, Кі/л тощо.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Біологічна дія іонізуючих випромінювань	\|	Вимірювання іонізуючих випромінювань

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.