Полная версия

Главная arrow Экология arrow Биогеохимия радионуклидов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Современная система дозиметрических величин

Активность и доза — базовые количественные показатели. При изучении биогеохимии радионуклидов возникает необходимость количественной оценки как содержания самих радиоактивных элементов,

так и воздействия на окружающие объекты ионизирующего излучения, источником которого являются радионуклиды (рис. 3.16).

Количественная мера воздействия излучения

Количественная мера

содержания

радионуклида

Активность (А)

Доза излучения (Д)

[Бк, Ки]

[Рентген, Гр, рад, Зв, бэр]

Рис. 3.16. Взаимосвязь понятий «активность» и «доза»

Количественной мерой содержания радионуклидов в изучаемом объекте является активность. Она зависит от количества радиоактивных атомов в данный момент времени и от степени их нестабильности (периода полураспада).

Излучение, возникающее при радиоактивным распаде, частично или полностью поглощается веществом, с которым оно взаимодействует. При этом происходит потеря энергии излучения. Энергетический эффект (поглощенная энергия излучения) взаимодействия излучения со средой и оценка этого эффекта в виде дозы излучения — предмет раздела «Дозиметрия ионизирующих излучений».

Итак, количественной мерой воздействия излучения на облучаемую среду или объекты окружающей среды является доза ионизирующего излучения (Д). Доза — более сложный показатель, чем активность. Доза зависит от многих параметров: активности радионуклида, вида и энергии его излучения, времени воздействия излучения и расстояния до объекта, от того, где по отношению к облучаемому объекту находится радионуклид (т.е. внешнее это облучение или внутреннее), радиочувствительности органов и тканей, которые подвергаются облучению, а также скорости выведения радионуклида из организма. В зависимости от того, что учитывается при количественной оценке воздействия излучения, различается несколько видов доз.

Основные виды доз. Радиационная дозиметрия как наука возникла в связи с использованием ионизирующих излучений в медицине. Само понятие «доза» заимствовано из медицины, и основной интерес представляет определение дозы излучения в живом организме в связи с биологическим действием ионизирующего излучения.

Существует несколько подходов к оценке доз ионизирующих излучений. Основной физической величиной, принятой в дозиметрии для оценки меры действия ионизирующего излучения, является поглощенная доза, или просто доза излучения D.

Доза излучения (поглощенная доза) D — это поглощенная энергия излучения Е, рассчитанная на единицу массы т облученного объекта:

D = dE/dm.

В Международной системе единиц СИ поглощенная доза выражается в греях (Гр): 1 Гр = 1Дж/кг. Эта величина получила название в честь английского ученого Л.Г. Грея, внесшего большой вклад в становление радиационной дозиметрии. Иногда используют внесистемную единицу измерения поглощенной дозы — рад (от англ, rad — radiation absorbed dose — доза поглощенной радиации), 1 рад = = 10-2 Гр.

Поглощенная дозаявляется, пожалуй, самым корректным способом выражения дозы ионизирующего излучения. Однако с измерением поглощенной энергии излучения на практике возникают определенные проблемы. Поэтому исторически раньше появился более простой способ оценки дозы излучения — по ионизирующей способности его в конкретной среде, в частности в сухом воздухе. Этим способом — экспозиционной дозой (дозой в воздухе) X — оценивали дозу только фотонного излучения.

Экспозиционная доза X — это величина полного заряда ионов одного знака Q, которые образуются в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонами в единице массы воздуха т:

Х= Q/m.

Установленная в СИ единица измерения экспозиционной дозы — кулон на килограмм (Кл/кг). В практике и научной литературе распространена другая, внесистемная, единица экспозиционной дозы — рентген (Р), названная по имени немецкого ученого К.В. Рентгена, открывшего А'-лучи. Соотношения между этими единицами:

1Р = 2,58 • 10“4 Кл/кг; 1Кл/кг = 3,88- 103 Р.

Экспозиционная доза — специфическая величина в дозиметрии и используется только для оценки внешнего рентгеновского или у-излучения. Энергетический эквивалент экспозиционной дозы составляет: для воздуха 1Р ~ 0,87 рад, для воды и биологических тканей 1Р ~ 0,96 рад.

Следует отметить, что из современных Норм радиационной безопасности экспозиционная доза исключена; не рекомендуется пользоваться этим видом дозы, прекращен выпуск дозиметров, отградуированных в рентгенах. Это связано с трудностями экстраполяции дозы в воздухе на более значимые для дозиметрии живые объекты.

Биологический эффект облучения при прочих равных условиях различен для разных видов излучения прежде всего потому, что он определяется не только величиной поглощенной энергии, но и характером распределения этой энергии в облучаемом объекте. Разные виды излучений создают ионы с неодинаковым пространственным распределением. Для сравнения биологических эффектов, вызываемых различными видами излучения, используется величина относительной биологической эффективности (ОБЭ) Г|, которая показывает, во сколько раз радиобиологический эффект данного вида излучения больше радиобиологического эффекта образцового излучения при одной и той же поглощенной дозе:

ч =

где г| — относительная биологическая эффективность: Лоб и D — поглощенные дозы, соответственно, образцового и данного излучения. За образцовое излучение принимают рентгеновское излучение с энергией фотонов 200 кэВ. Очевидно, что для образцового излучения т| = 1.

Для определения дозы ионизирующего излучения с учетом биологического эффекта на практике используют не относительную биологическую эффективность, а регламентированный ОБЭ показатель, который называется взвешивающим коэффициентом WR (табл. 3.3) (устаревшие название и обозначение взвешивающего коэффициента — коэффициент качества Кк), а доза в этом случае называется эквивалентной дозой HTR (подстрочный символ Тозначает вид органа или ткани (tissue), a К — вид излучения (radiation)).

Таблица 3.3

Значения взвешивающих коэффициентов различных

видов излучения

Излучения и их энергия

w

vy R

у-излучения (фотоны) всех энергий

1

(3-излучения (электроны, позитроны) всех энергий

1

а-излучения, осколки деления, тяжелые ядра

20

Нейтроны, МэВ:

<0,01

5

0,01-0,1

10

0,1-2

20

2-20

10

>20

5

Протоны, > 2МэВ

5

Эквивалентная доза излучения НТ к это поглощенная доза в органе или ткани (/)7 /?), умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения:

И = П IV

11 т к ит к уу к.

Эквивалентную дозу в системе СИ выражают в зивертах (Зв), по имени шведского ученого Р. Зиверта, известного фундаментальными трудами в области дозиметрии. Внесистемная единица измерения — бэр (биологический эквивалент рада), 1 бэр = 0,01 Зв. Один зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний взвешивающий коэффициент составляет 1 Дж/кг.

Для оценки биологического эффекта (или меры риска) при действии излучения на органы и ткани, а также на организм в целом с учетом эффекта от разных видов излучения и радиочувствительности отдельных органов и тканей вводится эффективная эквивалентная доза (ЕТК).

Эффективная эквивалентная доза для организма в целом может быть определена как сумма произведений эквивалентной дозы в отдельных органах и тканях, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани (1УТ):

^тя ^ ^ к

Перечисленные выше способы выражения доз ионизирующих излучений с соответствующими единицами измерения представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Классификация доз и единицы их измерения

Доза

Единицы измерения (обозначение русское, международное)

система СИ

внесистемные единицы

Поглощенная Р

грей (Гр, Gy) = 1 Дж/кг

рад (rad) = 0,01 Гр

Экспозиционная X

кулон на килограмм (Кл/кг, C/kg)

рентген (Р, R) =

2,58* КГ4 Кл/кг

Эквивалентная Нтк

зиверт (Зв, Sv)

бэр (rem) = 0,01 Зв

Эффективная эквивалентная Ет я

зиверт(Зв, Sv)

бэр (rem) = 0,01 Зв

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>