Радиационная безопасность. Дозиметрия ионизирующих излучений.
Первичным процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в облучаемом веществе и приводящим к наблюдаемым радиационным эффектам является поглощение энергии ионизирующего излучения.
Соответственно, прежде всего, необходимо сопоставить наблюдаемые эффекты с количеством поглощенной энергии, что характеризуется поглощенной дозой. Доза поглощенная (D) - величина энергии ионизирующего излучения, поглощенное в единице массы любого облучаемого вещества:
D = dE/dm (1)
где: dЕ - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, dm - масса вещества в этом объеме.
Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название - Грей (Гр) [Gray (Gy)].
1 Гр = 1 Дж/кг
До сих пор применяется внесистемная единица рад. В английской транскрипции rad (radiation adsorbed dose).
1 рад = 0,01 Гр
Различные виды ионизирующих излучений обладают различным биологическим действием при одинаковой поглощенной дозе. Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения при действии различных излучений введено понятие эквивалентной дозы.
Доза эквивалентная (HT,R) - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, WR:
HT,R = WR*DT,R (2)
где: DT,R- средняя поглощенная доза в органе или ткани T, WR - взвешивающий коэффициент для излучения R. Единицей эквивалентной дозы является Зиверт (Зв) *Sievert (Sv)] Внесистемная единица бэр (биологический эквивалент рентгена), английская транскрипция rem (roentgen equivalent in man)
1 бэр = 0,01 Зв
Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы (WR) учитывают относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов. Ранее их называли также коэффициентами качества. В таблице 1 приведены взвешивающие коэффициенты для различных типов излучений.
Для оценки меры риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности используют эффективную дозу. Доза эффективная (E) представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:
E=ΣT(WT*HT,R) (3)
HT,R- эквивалентная доза в органе или ткани T, WT - взвешивающий коэффициент для органа или ткани T. Единица эффективной дозы - Зиверт (Зв).
В настоящее время для оценок радиогенного риска принято использовать эквивалентные дозы, а эффективная доза служит для регламентирования облучения при обеспечении радиационной безопасности.
В качестве количественной меры взаимодействия косвенно ионизирующего излучения (γ-кванты, нейтроны) с веществом используется керма (kerma - kinetic energy released in material)
K = dE/dm (4)
dE – полная кинетическая энергия заряженных частиц, высвобожденная в элементарном объеме; dm - масса этого объема. Единица измерения - Грей (Дж/кг) [Gray (Gy)]. Для низкоэнергетических γ-квантов (E<10 МэВ) керма приблизительно равна поглощѐнной дозе; однако для более высокоэнергетичных фотонов керма и поглощѐнная доза начинают отличаться. Это связано с тем, что вторичные электроны высокой энергии могут покинуть поглощающий объѐм, а некоторые из них могут также потерять часть энергии через тормозное излучение. Эта энергия учитывается в керме и не учитывается в поглощенной дозе.
В качестве количественной характеристики рентгеновского и γ-излучения принято также использовать экспозиционную дозу. Экспозиционная доза вычисляется как заряд вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц:
X=dQ/dm (5)
Единица экспозиционной дозы в системе СИ Кулон/кг [C/kg]. Наиболее известна внесистемная величина экспозиционной дозы Рентген (Р) [Roentgen (R)]. Рентген – это экспозиционная доза рентгеновского и γ-излучения, создающая суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества в 1 см3 воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм.рт.ст. Экспозиционной дозе 1 Р соответствует 2.08*109 пар ионов. Соотношение между единицами экспозиционной дозы следующее: 1Р=2.58*10-4 Кл/кг или 1 Кл/кг=3.88*103 Р.
В таблице приведены соотношения между единицами СИ и внесистемными изымаемыми из обращения единицами в области радиационной безопасности.
