Радиоактивное излучение

     В области радиационной безопасности для оценки возможного ущерба здоровью человека при хроническом облучении  введено понятие эквивалентной дозы Н, которая равна произведению поглощенной дозы D на средний коэффициент качества ионизирующего излучения k в данном элементе объёма биологической ткани:

     H=Dk           

     Единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв), равный 1 Дж/кг (1 Зв = 100 бэр).        

     При определении эквивалентной дозы ионизирующего излучения используют следующие значения коэффициента качества :            
 

     Для оценки ущерба здоровью человека при  неравномерном облучении введено  понятие эффектной эквивалентной дозы Нэфф , применяемый при оценке возможных стохастических эффектов – злокачественных новообразований :  

     Нэфф = SWTHT

     где НТ – среднее значение эквивалентной дозы в органе или ткани; WT – взвешенный коэффициент, равный отношению ущерба облучения органа или ткани к ущербу облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах.        

     Значения  коэффициентов WT для различных органов и тканей приведены ниже :     
 
 
 

     Для оценки ущерба от стохастических эффектов воздействий ионизирующих излучений  на персонал или население используют коллективную эквивалентную дозу S , равную произведению индивидуальных эквивалентных доз на число лиц, подвергшихся облучению. Единица коллективной эквивалентной дозы – человеко-зиверт (чел.-Зв).         

     Непосредственно после облучения человека клиническая  картина оказывается скудной, иногда симптоматика вообще отсутствует. Именно поэтому знание дозы облучения человека играет решающую роль в диагностике и раннем прогнозировании течения острой лучевой болезни, в определении терапевтической тактики до развития основных симптомов заболевания.        

     В соответствии с дозой лучевого воздействия  острую лучевую болезнь принято  разделять на четыре степени тяжести.

     Само  по себе разделение больных по степеням тяжести весьма условно и преследует конкретные цели сортировки больных  и проведение в отношении их конкретных организационно-терапевтических мероприятий. Абсолютно необходимо определять степень тяжести пострадавших при массовых поражениях, когда число пострадавших определяется десятками, сотнями и более.  

     Единицы радиоактивности

     В качестве единицы активности принято одно ядерное превращение в секунду. В целях сокращения используется более простой термин – один распад в секунду (расп./с) В системе СИ эта единица получила название беккерель (Бк). В практике радиационного контроля, в том числе и в Чернобыле, до последнего времени широко использовалась внесистемная единица активности – кюри (Ки). Один кюри – это 3,7 * 1010 ядерных превращений в секунду. 
Концентрация радиоактивного вещества обычно хорактеризуются концентрацией его активности. Она выражается в единицах активности на единицу массы: Ки/т, мКи/г, кБк/кг и т.п.(удельная активность). На единицу объема: Ки/м3 , мКи/л, Бк/ см3. и т.п. (объемная концентрация) или на единицу площади:   Ки/км3, мКи/с м2. , ПБк/ м2. и т.п.   

     Единицы ионизирующих излучений

     Для измерения величин, характеризующих  ионизирующее излучение, исторически  первой появилась единица «рентген». Эта мера экспозиционной дозы рентгеновского или гамма-излучений. Позже для  измерения поглощенной дозы излучений  добавили «рад». 
Доза излучения (поглощенная доза) – энергия радиоактивного излучения, поглощенная в единице облучаемого вещества или человеком. С увеличением времени облучения доза растет. При одинаковых условиях облучения она зависит от состава вещества. Поглощенная доза нарушает физиологические процессы в организме и приводит в ряде случаев к лучевой болезни различной степени тяжести. В качестве единицы поглощенной дозы излучения в системе СИ предусмотрена специальная единица – грей (Гр). 1 грей – это такая единица поглощенной дозы, при которой 1 кг. Облучаемого вещества поглощает энергию в 1 джоуль (Дж). Следовательно 1 Гр = 1 Дж/кг. 
Поглощенная доза излучения является физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия. 
Мощность дозы (мощность поглощенной дозы) – приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. Ее единица в системе Си – грей в секунду. Эта такая мощность поглощенной дозы излучения, при которой за 1 с. в веществе создается доза излучения в 1 Гр. 
На практике для оценки поглощенной дозы излучения до сих пор широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы – рад в час (рад/ч) или рад в секунду (рад/с). 
Эквивалентная доза. Это понятие введено для количественного учета неблагоприятного биологического воздействия различных видов излучений. Определяется она по формуле Дэкв=Q*Д, где Д – поглощенная доза данного вида излучения, Q – коэффициент качества излучения, который для различных видов ионизирующих излучений с неизвестным спектральным составом принят для рентгеновского и гамма-излучения-1, для бета-излучения-1, для нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ-10, для альфа-излучений с энергией менее 10 МэВ-20. Из приведенных цифр видно, что при одной и той же поглощенной дозе нейтронное и альфа-излучение вызывают, соответственно, в 10 и 20 раз больший поражающий эффект. В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв). Зиверт равен одному грею, деленному на коэффициент качества. При Q = 1 получаем 

     1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/к = 100 рад = 100 бэр. 
              Q         Q              Q

     Бэр (биологический эквивалент рентгена) – это внесистемная единица эквивалентной  дозы, такая поглощенная доза любого излучения, которая вызывает тот  же биологический эффект, что и 1 рентген гамма-излучения.. Поскольку коэффициент качества бета и гамма-излучений равен 1, то на местности, загрязненной радиоактивными веществами при внешнем облучении 1 Зв = 1 Гр; 1 бэр = 1 рад; 1 рад »1 Р. 
Из этого можно сделать вывод, что эквивалентная, поглощенная и экспозиционные дозы для людей, находящихся в средствах защиты на зараженной местности, практически равны. 
Мощность эквивалентной дозы – отношение приращения эквивалентной дозы за какой-то интервал времени. Выражается в зивертах в секунду. Поскольку время пребывания человека в поле излучения при допустимых уровнях измеряется, как правило, часами, предпочтительно выражаясь мощность эквивалентной дозы в микрозивертах в час. 
Согласно заключению Международной комиссии по радиационной защите, вредные эфекты у человека могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв/год (150 бэр/год), а в случаях кратковременного облучения – при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь. 
Мощность эквивалентной дозы, создаваемая естественным излучением (земного и космического происхождения), колеблется в пределах 1,5 – 2 мЗв/год и плюс искусственные источники (медицина, радиоактивные осадки) от 0,3 до 0,5 мЗв/год. Вот и выходит, что человек в год получает от 2 до 3 мЗв. Эти цифры примерные и зависят от конкретных условий. По другим источникам, они выше и доходят до 5 мЗв/год. 
Экспозиционная доза – мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия. 
В СИ единицей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р), 1Р – 2,58*10-4Кл/кг. В свою очередь 1 Кл/кг » 3,876*103 Р. Для удобства в работе при перерасчете числовых значений экспозиционной дозы из одной системы единиц в другую обычно пользуются таблицами, имеющимися в справочной литературе. 
Мощность экспозиционной дозы – приращение экспозиционной дозы в единицу времени. Ее единица в системе СИ - ампер на килограмм (А/кг). Однако в переходный период можно пользоваться внесистемной единицей - рентген в секунду (Р/с).

     1 Р/с = 2,58*10-4 А/кг

     Надо  помнить, что после 1 января 1990 г. не рекомендуется вообще пользоваться понятием экспозиционной дозы и ее мощности. Поэтому во время переходного  периода эти величины следует указывать не в единицах СИ (Кл/кг, А/кг), а во внесистемных единицах - рентгенах и рентгенах в секунду.

     Дозиметрические величины и единицы их измерений    

     Величина                        Единица в СИ            Внесистемная единица            Примечания

     Активность                       Беккерель (Бк)          Кюри (Ки)                                1 Бк= 1 расп/с 
                                                                                                                                    1 Ки = 3,7*1010Бк 
Доза излучения                Грей (Гр)                    Рад                                            1Гр-100рад 
(поглощенная доза)                                                                                                         1 рад=10-2Дж/кг=10-2Гр          
 
Эквивалентная доза        Зиверт (Зв)                Бэр  (биологический                  1 Зв - 1 Гр 
                                                                                эквивалент рентгена)                   1 Зв =100Бэр»100Р 
                                                                                                                                     1 бэр=10-2 Зв 
Экспозиционная доза        Кл/кг                        Рентген (Р)                                1Р=2,58*10-4Кл/кг 
                                           (Кулон на килограмм)                                                                               1 Кл/кг=3,88*10-3Р

      
 
При коэффициенте качества равном единице, 

     1 Зв=1Гр » 100 рад » 100 бэр » 100Р.  
Производственные единицы зиверта:  
Миллизиверт (мЗв): 1 мЗв= 10-3Зв; 
Микрозиверт (мкЗв): 1 мкЗв – 10-6 Зв.  
 
 
 

     2). Лучевая болезнь.          

     1. Острая лучевая болезнь (ОЛБ) представляет собой одномоментную травму всех органов и систем организма, нопрежде всего – острое повреждение наследственных структур делящихся клеток, преимущественно кроветворных клеток костного мозга, лимфатической системы, эпителия желудочно-кишечного тракта и кожи, клеток печени, легких и других органов в результате воздействия ионизирующей радиации.        

     Будучи  травмой, лучевое повреждение биологических  структур имеет строго количественный характер, то есть малые воздействия  могут оказаться незаметными, большие  могут вызвать гибельные поражения. Существенную роль играет и мощность дозы радиационного воздействия: одно и то же количество энергии излучения, поглощенное клеткой, вызывает тем большее повреждение биологических структур, чем короче срок облучения. Большие дозы воздействия, растянутые во времени, вызывают существенно меньшие повреждения, чем те же дозы, поглощенные за короткий срок.        

     Основными характеристиками лучевого повреждения  являются таким образом две следующие: биологический и клинический  эффект определяется дозой облучения («доза - эффект»), с одной стороны, а с другой, этот эффект обуславливается и мощностью дозы («мощность дозы - эффект»)… 
 

     Методы  обнаружения и измерения

     В результате взаимодействия радиоактивного излучения со внешней средой происходит ионизация и возбуждение ее нейтральных атомов и молекул. Эти процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды. Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют ионизационный, химический и сцинтилляционный методы. 
Ионизационный метод. Сущность его заключается в том, что под воздействием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме) происходит ионизация молекул, в результате чего электропроводность этой среды увеличивается. Если в нее поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами возникает направленное движение ионов, т.е. Проходит так называемый ионизационный ток, который легко может быть измерен. 
Такие устройства называют детекторами излучений. В качестве детекторов в дозиметрических приборах используются ионизационные камеры и газоразрядные счетчики различных типов. 
Ионизационный метод положен в основу работы таких дозиметрических приборов, как ДП-5А (Б,В), ДП-22В и ИД-1. 
Химический метод. Его сущность состоит в том, что молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию. На этом методе основан принцип работы химического дозиметра гамма- и нейтронного излучения ДП-70 МП. 
Сцинтилляционный метод. Этот метод основывается на том, что некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий, вольфрамат кальция) светятся при воздействии на них ионизирующих излучений. Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под воздействием излучений: при возвращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Фотоны видимого света улавливаются специальным прибором – так называемым фотоэлектронным умножителем, способным регистрировать каждую вспышку. В основу работы индивидуального измерителя дозы ИД-11 положен сцинтилляционный метод обнаружения ионизирующих излучений.