Радиационная дозиметрия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Радиационная дозиметрия - совокупность методов и величин, применяющихся для измерения и нормирования ионизирующего излучения и его влияния на биологические объекты.
Для количественной оценки действия ионизирующего излучения на облучаемый объект в радиационной дозиметрии введено понятие «доза». Выделяют следующие дозы излучения: экспозиционную, поглощенную, эквивалентную, эффективную, коллективную, полную.
Основная характеристика взаимодействия ионизирующего излучения и среды – это ионизационный эффект. В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего приходилось иметь дело с рентгеновским излучением, распространявшимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры поля излучения использовалась степень ионизации воздуха рентгеновских трубок или аппаратов. Количественная мера, основанная на величине ионизации сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении, достаточно легко поддающаяся измерению, получила название экспозиционная доза.
Экспозиционная доза определяет ионизирующую способность рентгеновских и гамма-лучей и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха. Экспозиционная доза – это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарном объёме воздуха к массе воздуха в этом объёме.
В системе СИ единицей измерения экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица – рентген (Р). 1 Кл/кг = 3880 Р
Однако, при расширении круга известных видов ионизирующего излучения и сфер его приложения, оказалось, что мера воздействия ионизирующего излучения на вещество не поддается простому определению из-за сложности и многообразности протекающих при этом процессов. Важным из них, дающим начало физико-химическим изменениям в облучаемом веществе и приводящим к определенному радиационному эффекту, является поглощение энергии ионизирующего излучения веществом. В результате этого возникло понятие поглощенная доза. Поглощенная доза показывает, какое количество [Энергия|энергии]] излучения поглощено в единице массы любого облучаемого вещества и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения на массу вещества.
За единицей измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр). 1 Гр – это такая доза, при которой массе 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1 Гр=100 рад.
Изучение отдельных последствий облучения живых тканей показало, что при одинаковых поглощенных дозах различные виды радиации производят неодинаковое биологическое воздействие на организм. Обусловлено это тем, что более тяжелая частица (например, протон) производит на единице пути в ткани больше ионов, чем легкая (например, электрон). При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной дозы на специальный коэффициент - коэффициент биологической эффективности.
| Вид излучения | Коэффициент , Зв/Гр | |
|---|---|---|
| Рентгеновское и γ-излучение | 1 | |
| Электроны, позитроны, β-излучения | 1 | |
| Нейтроны с энергией меньше 20 кэВ | 3 | |
| Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ | 10 | |
| Протоны с энергией меньше 10 МэВ | 10 | |
| α-излучение с энергией меньше 10 МэВ | 20 | |
| Тяжелые ядра отдачи | 20 |
Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада). 1 Зв = 100 бэр.
Одни органы и ткани человека более чувствительны к действию радиации, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения разных органов и тканей следует учитывать с разным коэффициентом, который называется коэффициентом радиационного риска. Умножив значение эквивалентной дозы на соответствующий коэффициент радиационного риска и просуммировав по всем тканям и органам, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект для организма.
| Органы, ткани | Коэффициент | |
|---|---|---|
| Гонады (половые железы) | 0,2 | |
| Красный костный мозг | 0,12 | |
| Лёгкие | 0,12 | |
| Мочевой пузырь | 0,05 | |
| Печень | 0,05 | |
| Пищевод | 0,05 | |
| Щитовидная железа | 0,05 | |
| Кожа | 0,01 | |
| Клетки костной ткани | 0,01 | |
| Головной мозг | 0,025 | |
| Остальные ткани | 0,05 |
Взвешенные коэффициенты устанавливают эмпирически и рассчитывают таким образом, чтобы из сумма для всего организма составляла единицу. Единицы измерения эффективной дозы совпадают с единицами измерения эквивалентной дозы. Она также измеряется в зивертах или бэрах.
Помимо уже рассмотренных индивидуальных доз (являющихся мерой биологического воздействия только на одного индивида), существуют групповые дозы: коллективная доза и ожидаемая (полная) доза. Подсчитав индивидуальные эффективные дозы, полученные отдельными людьми, можно придти к коллективной дозе – сумме индивидуальных эффективных доз в данной группе людей за данный промежуток времени. Коллективную дозу можно подсчитать для населения отдельной деревни, города, административно-территориальной единицы, государства и т.д. Её получают путем умножения средней эффективной дозы на общее количество людей, которые находились под воздействием излучения. Единицей измерения коллективной дозы является человеко-зиверт (чел.-Зв.), внесистемная единица – человеко-бэр (чел.-бэр).
Поскольку некоторые радионуклиды распадаются крайне медленно и остануться радиоактивными даже в далеком будущем, то многие поколения людей будут еще находиться под воздействием облучения. Коллективная эффективная доза, которую получит поколение за все время своего существования, называется ожидаемой (полной) коллективной эффективной дозой. Она также измеряется в человеко-зивертах или человеко-бэрах.
Важной характеристикой ионизирующих излучений является мощность дозы, которая показывает, какую дозу облучения получает среда или вещество в единицу времени.
