Дозиметрические величины и единицы их измерений

   

                                              (2) 

    Единицы измерения: в системе СИ - А/кг (ампер  на кг); внесистемная единица - Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и т.д. Мощность дозы, измеренная на высоте 70-100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации. 

Поглощенная доза

    После того как были открыты бета-излучение  и альфа-излучение, стал вопрос оценки этих излучений при взаимодействии  с  окружающей  средой.   Экспозиционная доза для оценки этих излучений оказалась непригодной, так как степень ионизации от них оказалась различной в воздухе, в различных облучаемых веществах и в биологической ткани. Поэтому была предложена универсальная характеристика - поглощенная доза.

    Поглощенная доза — количество энергии Е, переданное веществу ионизирующим излучением любого вида в пересчете на единицу массы т любого вещества.

    Другими словами, поглощенная доза (D) - это отношение энергии dE, которая передана веществу ионизирующим излучением в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

                                        (3) 

    1 Дж/кг = 1 Грей. Внесистемная единица - рад (радиационная адсорбционная доза). 1 Грей = 100 рад.

    Можно использовать и дробные значения единиц, например: мГр, мкГр, мрад, мкрад и др.

    Примечание. Согласно РД50-454-84 использование единицы «рад» не рекомендуется. Однако на практике имеются приборы с этой градуировкой, и она пока используется.

    В определение поглощенной дозы входит понятие средней энергии, переданной веществу в определенном объеме. Дело в том, что из-за статистической природы излучения и вероятностного характера взаимодействия излучения с веществом величина переданной энергии веществу подвержена флюктуациям. Предсказать ее значение при измерении заранее нельзя. Однако, проведя ряд измерений, можно получить среднее значение этой величины.

    Доза  в органе или биологической ткани (D,r) - средняя поглощенная доза в определенном органе или ткани человеческого тела:

D_T = E_T/m_T,      (4)

где Е_Т - полная энергия, переданная ионизирующим излучением ткани или органу; m_Т - масса органа или ткани.

    При облучении вещества поглощенная доза нарастает. Скорость нарастания дозы характеризуется мощностью поглощенной дозы.

     Мощность  поглощенной дозы ионизирующего излучения - отношение приращения поглощенной дозы излучения dD за интервал времени dt к этому интервалу:

                              (5) 

    Единицы измерения мощности дозы: рад/с, Гр/с, рад/ч, Гр/ч и т.д.

    Мощность  поглощенной дозы в ряде случаев  можно рассматривать как величину постоянную на каком-то небольшом интервале времени или изменяющуюся по экспоненте на значительном интервале времени, тогда можно считать, что:

   

                  (6) 

    Керма — аббревиатура английских слов в переводе обозначает «кинетическая энергия ослабления в материале». Характеристика используется для оценки воздействия на среду косвенно ионизирующих излучений. Керма - это отношение суммы первоначальных кинетических энергий dE_k всех заряженных частиц, образованных косвенно ИИ в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

К = dE_k /dm.          (7)

    Единицы измерения в СИ и внесистемная: Грей и рад соответственно.

    Керма введена для более полного учета поля излучения, в частности плотности потока энергии, и используется для оценки воздействия на среду косвенно ионизирующих излучений. 

Эквивалентная доза

    Установлено, что при облучении одной и  той же энергией биологической ткани человека (то есть при получении одной и той же дозы), но различными видами лучей последствия для здоровья будут разными. Например, при облучении альфа-частицами тела человека вероятность заболеть раком значительно выше, чем при облучении бета-частицами или гамма-лучами. Поэтому для биологической ткани была введена характеристика - эквивалентная доза.

    Эквивалентная доза (HTR) - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий коэффициент качества излучения WR данного вида излучения R.

    Введена для оценки последствий облучения  биологической ткани малыми дозами (дозами, не превышающими 5 предельно допустимых доз при облучении всего тела человека), то есть 250 мЗв/год. Ее нельзя использовать для оценки последствий облучения большими дозами.

    Доза  эквивалентная равна:

H_T.R = D_T.R · W_R,     (8)

где D_T.R — поглощенная доза биологической тканью излучением R; W_R - весовой множитель (коэффициент качества) излучения R (альфа-частиц, бета-частиц, гамма-квантов и др.), учитывающий относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов (табл. 1). Этот множитель зависит от многих факторов, в частности от величины линейной передачи энергии, от плотности ионизации вдоль трека ионизирующей частицы и т.д.

    Формула (8) справедлива для оценки доз  как внешнего, так и внутреннего  облучения только отдельных органов  и тканей или равномерного облучения  всего тела человека.

    При воздействии различных видов  излучений одновременно с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для всех этих видов излучения R:

H_T = Σ H_T.R      (9)

    Установлено, что при одной и той же поглощенной  дозе биологический эффект зависит  от вида ионизирующих излучений и плотности потока излучения.

    Примечание. При использовании формулы (8) средний коэффициент качества принимают в данном объеме биологической ткани стандартного состава: 10,1% водорода, 11,1% углерода, 2,6 % азота, 76,2 %  кислорода.

    Единица измерения эквивалентной дозы в  системе СИ - Зиверт (Зв).

    Зиверт - единица эквивалентной дозы излучения любой природы в биологической ткани, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр образцового рентгеновского излучения с энергией фотонов 200 кэВ, Используются также дробные единицы - мкЗв, мЗв. Существует и внесистемная единица - бэр (биологический эквивалент рада), которая постепенно изымается из пользования.

    1 Зв = 100 бэр.

    Используются  также дробные единицы — мбэр, мкбэр. 
 
 
 
 

    Таблица 1

Коэффициенты  качества излучения

    Примечание. Коэффициент W_R учитывает зависимость неблагоприятных биологических результатов облучения в малых дозах от полной линейной передачи энергии (ЛПЭ) излучения. В таблице 2 приведена зависимость весового коэффициента качества W_R от ЛПЭ. 

    Таблица 2

Зависимость коэффициента качества WR от ЛПЭ

    Мощность  эквивалентной дозы - отношение приращения эквивалентной дозы dH за время dt к этому интервалу времени:

                                              (10)

    Единицы измерения мощности эквивалентной дозы мЗв/с, мкЗв/с, бэр/с, мбэр/с и т.д. 

Эффективная доза

    В случае неравномерного облучения тела человека формула (8) использована быть не может, так как биологический эффект может оказаться другим. Неравномерное облучение тела человека возникает в основном при внутреннем облучении. Дело в том, что различные радионуклиды, попавшие вместе с пищей или водой в организм человека, имеют свойство накапливаться в определенных органах. Так, радиоактивный йод накапливается преимущественно в щитовидной железе, калий — в мышцах, стронций-90 - в костях и т.д. Поэтому введена «эффективная доза».

    Эффективная доза (Е) - это такая  доза при неравномерном облучении тела человека, которая равна эквивалентной дозе при равномерном облучении всего организма, при этом риск неблагоприятных последствий будет таким же, как и при неравномерном облучении тела человека.

    Учет  неравномерного облучения производится с помощью коэффициента радиационного  риска W_T (взвешивающий коэффициент), который учитывает радиочувствительность различных органов человека:

Е = ΣH_i · W_Tj,                                 (11)

где Н_i - эквивалентная доза в данном і-том органе биологической ткани; W_Ti - взвешивающий коэффициент для тканей и органов, учитывающий чувствительность разных органов и тканей при возникновении стохастических эффектов в і-том органе; сумма рассматривается по всем тканям т (таблица 3).

    Таблица 3

Взвешивающие  коэффициенты WT*

    Взвешивающий  коэффициент характеризует отношение стохастического риска поражения какого-либо органа или ткани к риску поражения всего организма при равномерном облучении всего тела. Риск поражения всего организма принимают равным 1, то есть сумма і-тых коэффициентов риска равна 1. Значения W_Ti, приведенные в таблице 3, рекомендует МКРЗ.

    Примечание  к таблице 3. При расчетах учитывать, что «остальные органы» включают надпочечники, головной мозг, экстраторакальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку, вилочковую железу и матку. В тех случаях, когда один из перечисленных органов получает эквивалентную дозу, превышающую самую большую дозу, полученную любым из двенадцати органов, для которых определены взвешивающие коэффициенты, следует приписать этому органу взвешивающий коэффициент, равный 0,025, а оставшимся органам из рубрики «Остальные органы» приписать суммарный коэффициент, равный 0,026.