Основные величины и единицы в дозиметрии

 

      Рекомендованные в 60-й публикации МКРЗ значения весового коэффициента w_T для различных тканей, представлены в таблице 1.7.2.

Таблица 1.7.2.

Тканевые  весовые множители, рекомендованные  в 60-й публикации МКРЗ

 

§ 1.8. Эффективная доза. 

      До  выхода 60-й публикации МКРЗ учет влияния облучения различных органов на жизнеспособность всего организма производился с помощью такого термина, как “эффективный эквивалент дозы”.

      Эффективный эквивалент дозы H_эф был введен МКРЗ в качестве меры воздействия ионизирующего излучения на весь организм. Определяется он следующим выражением:

,         (1.8.1)

где H_T – среднее значение эквивалента дозы в некотором органе или ткани;

w_T – вес (взвешивающий коэффициент, коэффициент риска), который определяет отношение вероятности возникновения неблагоприятных биологических стохастических эффектов в организме при облучении ткани или органа T к вероятности возникновения неблагоприятных биологических стохастических эффектов в организме при равномерном облучении всего тела.

      При равномерном облучении организма  предполагается, что в каждой точке  организма вид ионизирующих частиц и их энергетический состав не изменяется. Это означает, что эквивалент дозы для любой части организма или ткани будет оставаться одной и той же.

      w_T определяет вклад органа T в риск возможных неблагоприятных стохастических эффектов для организма в целом.

      В своей 60-й публикации МКРЗ отменила термин “эффективный эквивалент дозы”  из-за его излишней усложненности, особенно в более сложных сочетаниях, таких, как коллективный полувековой эффективный  эквивалент дозы, и решила использовать его более простое наименование, как “эффективная доза”.

      Взвешенная  эквивалентная доза называется эффективной  дозой Е. Единицей измерения эффективной дозы является Дж кг^-1 (джоуль на килограмм), которая имеет специальное наименование Зв (Зиверт).

      Эффективная доза - это сумма взвешенных эквивалентных доз во всех тканях и органах тела. Она определяется выражением:

,        (1.8.2)

где  Нт – эквивалентная доза в органе или ткани Т;

      w_T – весовой множитель для ткани Т.

      Можно также представить эффективную  дозу в виде суммы дважды взвешенных поглощенных доз во всех тканях и органах тела.

      Желательно, чтобы равномерная по всему телу эквивалентная доза давала эффективную  дозу, численно равную этой равномерной  эквивалентной дозе. Это достигается  нормированием суммы тканевых весовых множителей на единицу. Значения весовых множителей излучения зависят от вида и энергии излучения и не зависят от ткани или органа. Аналогичным образом значения тканевых весовых множителей выбирают независимыми от вида и энергии излучения, падающего на тело. Такие упрощения не более чем приближения к реальной биологической ситуации, но они позволяют определить поле излучений вне тела в дозиметрических терминах без указания органа, подвергающегося воздействию.

      Последствия облучения зависят не только от дозы, вида и энергии излучения (связанных с весовым множителем излучения) и распределения дозы в теле (связанного с тканевым весовым множителем), но и от распределения дозы по времени (мощности дозы и продолжительности воздействия). В более ранних определениях допускалось введение других весовых множителей, кроме тканевых и весовых множителей излучения. Произведение этих необозначенных множителей называли N. Можно было привести ряд значений N в соответствие с любым влиянием временного распределения дозы. На практике этого не пытались сделать, и МКЗР решила отказаться от применения этого коэффициента. Влияние всех условий облучения, кроме связанных с весовыми множителями излучения и тканевыми весовыми множителями, может быть учтено использованием различных значений коэффициентов, связывающих эквивалентную и эффективную дозы с вероятностью возникновения стохастических эффектов, а не введением дополнительных весовых множителей в определения дозиметрических величин.

      И эквивалентная и эффективная  дозы являются величинами, которые предназначены для применения в радиационной безопасности, включая в общем виде и оценку риска. Они обеспечивают основу для оценки вероятности стохастических эффектов только для поглощенной дозы значительно ниже порогов детерминированных эффектов. Для оценки вероятных последствий облучения известной группы людей иногда лучше использовать поглощенную дозу и конкретные данные об относительной биологической эффективности соответствующих излучений, а также коэффициенты вероятности, относящиеся к облученной группе. 

      § 1.9. Коллективная и экспозиционная дозы. 

      Все вышеприведенные дозиметрические  величины – это индивидуальные характеристики. Результат воздействия ионизирующего  излучения на большие группы людей  выражается через коллективную эквивалентную дозу в T-й ткани S_T, и коллективную эффективную дозу S, которые являются суммой полученных индивидуальных доз облучения в рассматриваемой группе людей.

      Коллективная  эквивалентная доза в ткани T определяется следующим выражением:

,         (1.8.3)

где N_i – число лиц в i-й подгруппе;

H_Ti – средняя эквивалентная доза в органе T в i-й подгруппе.

      Коллективная  эффективная доза определяется следующим выражением:

,         (1.8.4)

где N_i – число лиц в i-й подгруппе;

E_i – средняя эффективная доза в i-й подгруппе.

      Единица измерения коллективной дозы в системе  СИ – чел.-Зв (человеко-зиверт). Внесистемная единица измерения коллективной дозы –чел.-бэр (человеко-бэр).

      В связи с тем, что гораздо легче  экспериментально измерить количество ионов, образовавшихся в единице объема вещества в результате воздействия ионизирующего излучения, чем экспериментально определить энергию, переданную ионизирующим излучением веществу в данной единице объема, исторически было введено понятие экспозиционной дозы, являющейся количественной характеристикой образовавшихся в единице объема вещества ионов. Термин экспозиционная доза используется для гамма-излучения, так как длина пробега альфа-частиц даже в воздухе имеет несколько сантиметров, а длина пробега бета-частиц в воздухе определяется несколькими десятками сантиметров.

      Экспозиционная  доза X является количественной характеристикой фотонного излучения, которая основывается на его ионизирующем действии в сухом атмосферном воздухе. Экспозиционная доза определяется как:

       ,          (1.8.5)

- отношение  суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, создаваемых в воздухе, когда все отрицательные и положительные ионы, освобожденные фотонным излучением в элементе объема воздуха, полностью остановились в воздухе, к массе воздуха dm в этом элементе объема.

      Единицей  измерения экспозиционной дозы X в системе единиц СИ является Кл/кг (Кулон на кг) - это экспозиционная доза фотонного излучения, при прохождении которого через 1 кг воздуха в результате завершения всех последующих процессов в воздухе создаются положительные и отрицательные ионы, несущие заряд в 1 Кл каждого знака. Внесистемной единицей экспозиционной дозы является Р (рентген). Данная единица измерения пришла из системы CGSE и определяется, как образование фотонным излучением заряда в 1 единицу CGSE в 1 см³ воздуха. Единицы связаны между собой следующим соотношением:

,         (1.8.6)

      На  образование каждой пары положительных  и отрицательных ионов в веществе затрачивается определенное количество энергии. Поэтому экспозиционная доза связана с поглощенной дозой. Существуют коэффициенты перехода от экспозиционной дозы к поглощенной дозе, различающиеся для различных типов вещества.

      Так, поглощенная доза (энергия) в 1 грамме биологической ткани в условиях равновесия заряженных частиц при экспозиционной дозе в 1 рентген составляет 96 эрг/г = 0.96 рад. В воздухе, соответственно – 0.873 рад.

      Мощность  экспозиционной дозы P определяется следующим выражением:

       ,          (1.8.7)

      В системе СИ единицей мощности экспозиционной дозы является Кл/(кг с). Внесистемные, очень часто используемые и сейчас, единицы мощности экспозиционной дозы – мР/час и мкР/час. 

 

Литература  по лекции 1. 

1. Гусев H. Г., Беляев В. А. Радиоактивные выбросы в биосфере: Справочник.— 2-е изд., перераб. и доп.— M.: Энергоатомиздат, 1991.
2. Международная комиссия по радиологической защите. Рекомендации МКРЗ 1990. Публикация 60 МКРЗ, часть 2. Пер. с англ. Под ред. И.Б. Керим-Маркуса. М.: Энергоатомиздат, 1994.
3. Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87 и Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками тонизирующих излучений ОСП-72/87/ Минздрав СССР. — 3-е изд., перераб. и доп.— M.: Энергоатомиздат, 1988.