Основные величины и единицы в дозиметрии

      Поглощенная доза D излучения – это отношение средней энергии , переданной ионизирующим излучением веществу в некотором элементе объема, к массе dm вещества в этом элементе объема:

,          (1.4.1)

      Единицей  измерения поглощенной дозы D в системе единиц СИ является джоуль на килограмм (Дж кг^-1) со специальным наименованием грей (Гр). 1 Гр равен энергии в 1 Дж, поглощенной 1 кг вещества. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1 рад равен энергии в 100 эрг, поглощенной в 1 г вещества. Соотношение между вышеуказанными единицами поглощенной дозы следующее:

,         (1.4.2)

      Поглощенная доза определена таким образом, что позволяет отнести ее значение к некоторой точке среды, но в радиационной безопасности, если специально не оговорен другой ее смысл, она понимается как средняя доза в ткани или в органе.

      Производная поглощенной дозы по времени называется мощностью поглощенной дозы , т.е.

,          (1.4.3)

где dD – приращение поглощенной дозы за интервал времени dt.

      Для целей радиационной безопасности введена  средняя поглощенная доза в ткани  или органе D_T, т.е.

,          (1.4.4)

где e_T – полная энергия, переданная ткани или органу;

m_T – масса этой ткани или органа. m_T может изменяться в диапазоне от менее 10 г для яичников до более 70 кг для всего тела.

      Использование средней дозы в качестве показателя вероятности последующих стохастических биологических эффектов зависит от линейности соотношения между вероятностью возникновения биологического эффекта и полученной дозой. Линейное соотношение между эффектом и дозой является разумной аппроксимацией в ограниченном диапазоне доз. Зависимость доза-эффект является нелинейной для детерминированных эффектов, так что средняя поглощенная доза не относится непосредственно к детерминированным эффектам, если только доза в ткани или органе не распределена равномерно. 

§ 1.5. Весовой множитель излучения. 

      Вероятность возникновения стохастических эффектов также зависит не только от поглощенной  дозы, но и от вида и энергии ионизирующего  излучения. Это учитывается путем  взвешивания значения поглощенной дозы с помощью множителя, отражающего качество ионизирующего излучения. Ранее, до выхода 60-й публикации международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ), весовой множитель соотносился с поглощенной дозой в точке среды и назывался коэффициентом качества k.

      Для сравнения различных видов ионизирующего  излучения использовалось понятие  относительной биологической эффективности (ОБЭ). ОБЭ – это отношение поглощенной  дозы образцового рентгеновского излучения  к поглощенной дозе исследуемого типа излучения, которые дают одинаковый биологический эффект.

      Регламентированные  значения ОБЭ, установленные для  контроля степени радиационной опасности  при хроническом облучении, называются коэффициентами качества k. Коэффициент качества для любого вида излучения зависит от энергии излучения.

      В НРБ - 76/87 была установлена следующая зависимость k от линейных потерь энергии (ЛПЭ) ионизирующего излучения:

      Таблица 1.5.1.

      Регламентированная  зависимость коэффициента качества k от линейных потерь энергии ионизирующего излучения.

 

      При определении эквивалента дозы ионизирующего  излучения с неизвестным энергетическим составом, согласно НРБ - 76/87, следовало использовать следующие значения коэффициента качества k:

      Таблица 1.5.2.

      Средние значения коэффициента качества k.

 

      В общем случае, коэффициент качества – это зависящий от линейных потерь энергии коэффициент, на который  надо умножить поглощенную дозу, чтобы  биологический эффект облучения  выражался в одинаковой мере, независимо от вида излучения.

      МКРЗ  в своей 60-й публикации выбрала значения весовых множителей излучения w_R, представительные для относительной биологической эффективности малых доз при индуцировании ими стохастических эффектов. Относительная биологическая эффективность одного излучения по сравнению с другим представляет собой отношение, обратное отношению поглощенных доз этих излучений, вызывающих одинаковую степень тяжести данного биологического эффекта. Значение w_R в широком смысле подобны значениям k, которые связаны с величиной ЛПЭ, мерой плотности ионизации вдоль трека ионизирующей частицы. Первоначально предполагалось, что эта взаимосвязь означает лишь грубое указание на изменение значений k с изменением излучения, но ее часто неправильно трактовали как точную. МКРЗ выбрала значение весового множителя излучения, равное единице, для всех излучений с малой ЛПЭ, включая рентгеновское и гамма-излучение любой энергии. Выбор для других видов излучения основан на наблюдаемых значениях относительной биологической эффективности независимо от того, рентгеновское или гамма-излучение использовалось при этом в качестве образцового.

      Когда поле излучения составлено из различных  по виду и энергии излучений с  разными w_R, то поглощенную дозу следует разделить на части, каждую со своим значением весового коэффициента, а затем их сложить для получения полной эквивалентной дозы в органе или ткани T:

,         (1.5.1)

      Весовые множители излучения, рекомендованные  в 60-й публикации МКРЗ, представлены в таблице 1.5.3.

Таблица 1.5.3.

Весовые множители излучения

 

§ 1.6. Эквивалентная доза. 

      Различные виды ионизирующего излучения имеют  разное биологическое воздействие  на орган или ткань при одинаковой поглощенной дозе. Учет разного биологического воздействия различных видов ионизирующего излучения в 60-й публикации МКРЗ производится введением такой величины, как эквивалентная доза. До выхода этой публикации поглощенная доза, взвешенная на коэффициент качества излучения, называлась эквивалентом дозы Н.

      Эквивалент  дозы излучения H был введен для оценки биологического эффекта воздействия излучения различной природы. В СИ единицей измерения эквивалента дозы является Зв (Зиверт). 1 Зв – это поглощенная доза любого вида излучения в биологической ткани, которая вызывает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр от образцового рентгеновского излучения с граничной энергией в 200 кэВ. Также используется и внесистемная единица бэр. 1 бэр – это поглощенная доза любого вида излучения, дающая такой же биологический эффект, что и поглощенная доза образцового рентгеновского излучения в 1 рад.

      Произведение  D × k (поглощенная доза на коэффициент качества ионизирующего излучения) в данном элементе объема биологической ткани и образует эквивалент дозы:

,          (1.6.1)

      Для смешанного излучения:

       ,         (1.6.2)

      1 Зв гораздо точнее определяется  при таком подходе. 1 Зв равен  эквиваленту дозы, при которой произведение D × k равно 1 Дж/кг. Из уравнений (1.6.1 – 1.6.2) мы видим, что в общем случае поглощенная доза существенно ниже эквивалента дозы.

      В связи с появлением большого количества новых научных данных по биологическим  последствиям воздействия ионизирующих излучений, большая часть которых была получена после аварии на Чернобыльской АЭС, в своей 60-й публикации МКРЗ рекомендует для оценки биологического эффекта воздействия излучения различной природы новую величину, называемую “эквивалентная доза”.

      Поскольку для радиационной безопасности представляет интерес поглощенная доза, усредненная  по органу или ткани (а не взятая в точке) и взвешенная по качеству данного излучения, то с 60-й публикации МКРЗ и теперь пользуются не коэффициентом  качества, а величиной, которая называется весовым множителем излучения w_r. Весовой множитель излучения выбирают для данного вида и энергии излучения, падающего на тело человека. Для внутренних источников весовой множитель излучения выбирается для данного вида и энергии излучения, испускаемого внутренним источником. Строго говоря, эта взвешенная поглощенная доза именно и есть доза, поэтому ее называют эквивалентной дозой в ткани или органе с использованием символа H_T. Изменение наименования служит также указанием на переход от коэффициентов качества к весовым множителям излучения.

      Эквивалентная доза H_T в ткани или органе T, созданная излучением R, выражается следующим соотношением:

,        (1.6.3)

где  D_TR – средняя поглощенная доза от излучения R в ткани или органе T;

w_R – весовой множитель излучения R.

      Единицей  измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм, и она имеет  специальное название Зв (Зиверт). 

§ 1.7. Тканевый весовой  множитель. 

      Установлено, что соотношение между вероятностью возникновения неблагоприятных стохастических эффектов и эквивалентной дозой неодинаково для различных облученных органов и тканей, т.е. соотношение между вероятностью стохастических эффектов и эквивалентной дозой зависит от того, какая ткань или какой орган подверглись облучению. Поэтому необходимо ввести следующую величину, производную эквивалентной дозы, для определения такого сочетания различных доз в нескольких различных тканях, которое удачно соответствовало бы совокупности возникших стохастических эффектов. Взвешивающий коэффициент эквивалентной дозы в ткани или органе T назван тканевым весовым множителем w_T и представляет относительный вклад данного органа или ткани в полный ущерб, полученный всем организмом, из-за стохастических эффектов при тотальном облучении всего тела.

      Использовавшиеся  до выхода 60-й публикации МКРЗ значения весового коэффициента w_T для различных тканей, представлены в таблице 1.7.1.

Таблица 1.7.1.

Тканевые  весовые множители, использовавшиеся до 60-й публикации МКРЗ