Оценка уровня предельно допустимой радиационной дозы в атмосфере в режиме реального времени

Действие ионизирующих излучений на вещество оценивают дозой D. При облучении организма ионизирующими излучениями в участках тканей, находящихся на разных глубинах, поглощается разная величина энергии, а следовательно, и поглощенная доза для этих глубин будет разная. Поглощённая доза - величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. Выражается как отношение энергии излучения, поглощённой в данном объёме, к массе вещества в этом объёме. Для излучения с малой энергией фотона распределение D_n по глубине будет определяться экспоненциальным законом ослабления интенсивности. Жесткое излучение вызывает эффекты вторичной ионизации, а это, в свою очередь, повышает локальное выделение энергии на глубинах, где происходит вторичная ионизация. Такие эффекты могут приводить к появлению на некоторых характерных глубинах максимума поглощенной дозы D_n. Чем выше энергия фотона, тем глубже сдвигается максимум. Так, при облучении рентгеновским излучением с энергией фотона 0,2 МэВ эффекты вторичной ионизации малы. Облучение с энергией фотона 6 МэВ дает максимум D_n на глубине около 20 мм, а с энергией 25 МэВ максимум D_n находится на глубине 50 мм. Этот эффект используется при лечении опухолей: подбором жесткости излучения достигают выделения максимума энергии в месте очага. Потоки протонов и нейтронов с большой энергией имеют малые коэффициенты ослабления и отдают большую часть энергии в конце пробега, и их кинетическая энергия становится сравнимой с тепловой.

Биологическая эквивалентная доза излучения - произведение поглощенной дозы излучения на коэффициент качества излучения, учитывающий неблагоприятные биологические последствия облучения в малых дозах [65]. Биологическая эквивалентная доза отражает биологический эффект облучения. Это поглощённая доза в органе или ткани, умноженная на коэффициент качества данного вида излучения, отражающий его способность повреждать ткани организма. Биологическая эквивалентная доза зависит от вида излучения и связана с поглощенной дозой соотношением

где К - коэффициент качества, который зависит от вида излучения. В табл. 5 приведены значения коэффициента качества К для различных видов излучения.

Таблица 5

Коэффициент качества для различных видов излучения

Из выражения (4.2) следует, что эффект действия на организм человека радиоактивных излучений существенно зависит не только от величины поглощенной энергии на 1 кг, но и от вида действующего излучения.

При действии на организм потока нейтронов могут происходить: упругое соударение с ядром и вторичная ионизация; неупругое соударение с ядром с испусканием у-кванта; захват нейтрона ядром с образованием радиоактивного изотопа. Последний эффект может быть причиной образования в организме радиоактивных изотопов [33]:

может идти и ряд других реакций.

Вторичные космические лучи вносят определенный вклад в естественный радиационный фон Земли. На уровне моря вклад космического излучения достигает 15 %. Мощность поглощенной дозы, создаваемой вторичными космическими лучами, определяется через интенсивность j_{n k} для нейтронов следующим образом [89]:

где Е - энергия нейтронов; N - число частиц в м³; о - сечение взаимодействия нейтронов данной энергии с веществом.

Мощность дозы, создаваемой общеионизующим компонентом, определяется следующим образом:

где - - линейные потери на ионизацию; j_e(x, ср, ф) - интенсивность обще- ионизующего компонента.

Рис. 24. Пространственное распределение эквивалентной дозы как функция высоты и географической широты при минимальной солнечной активности в Северном полушарии [65]

Рис. 25. Пространственное распределение эквивалентной дозы как функция высоты и географической широты при минимальной солнечной активности в Южном полушарии [65]

Таким образом, зная пространственное распределение вторичных космических лучей, легко получить количественную оценку мощности радиационной дозы. Пространственное распределение мощности поглощенной дозы соответствует распределению вторичных нейтронов с энергией Е = 2 МэВ (рис. 21, 22). Коэффициент качества для нейтронов предполагается равным 20. Поток нейтронов предполагается изотропным.

По данным вариаций интенсивности космических лучей, описанных в п. 4.2, легко построить изменение эквивалентной дозы в режиме реального времени. Пример такого построения показан на рис. 23.

Таким образом, если имеется пространственное распределение нейтронных потоков в атмосфере, можно построить пространственное распределение биологической эквивалентной дозы от нейтронных потоков для заданной высоты и выделить географические зоны, где мощность биологической эквивалентной дозы превышает предельно допустимую дозу (ПДД). А посредством информации о вариациях интенсивности нейтронов можно рассчитать биологическую эквивалентную дозу для любой высоты в режиме реального времени. Эта информация особенно важна для оценки радиационной обстановки в атмосфере при авиаперелетах через полярные широты, так как во время солнечных вспышек интенсивность атмосферных нейтронов резко возрастает, а следовательно, будет резко увеличиваться и радиационная доза в атмосфере, особенно на тех высотах, где интенсивность атмосферных нейтронов является максимальной. Так, во время сильнейшей солнечной вспышки 23 февр. 1956 г. уровень радиационного фона превышал предельно допустимый в 100 раз. Из рис. 24, 26 видно, что зоной риска в Северном полушарии является область географических широт в пределах от 60° N до 90° N.

Рис. 26. Высотное распределение биологической эквивалентной дозы от атмосферных нейтронов 16-17 янв. 2013 г. на основе данных Московского нейтронного монитора (рис. 22)

В этом случае не рекомендуется совершать межконтинентальные авиаперелеты через полярные широты в первые 8-16 ч после начала вспышки или необходимо перенести маршрут авиаперелетов в область более низких широт.