ЭЛЕМЕНТЫ ДОЗИМЕТРИИ

Дозиметрия изучает различные количественные показатели (характеристики) радиоактивного излучения и степени его воздействия на организм.

Первой такой характеристикой является доза энергии радиоак­тивного излучения, поглощенная единицей массы вещества за все время облучения (поглощенная доза):

(6)

 

Единицами измерения этой величины служат джоуль на кило­грамм, или грэй, и рад; 1 рад = 10^-2 Гр.

Непосредственное измерение поглощенной дозы весьма затрудни­тельно, поэтому, в частности, вводится еще одна характеристика - экспозиционная доза.

Экспозиционная доза (X) численно равна заряду ионов, образованных радиоактивным излучением в 1 кг сухого воздуха (вблизи поверхности поглощающего тела), и математически выражается формулой:

 

(7)

 

Единицами ее измерения являются кулон на килограмм (Кл/кг) и рентген (Р); 1Р=2,58 • 10^-4 Кл/кг. Эту величину измеряют дозиметром, а затем по результатам этих измерений вычисляют поглощен­ную дозу по формуле:

 

Dn = f X, (8)

 

где f — табличный коэффициент, зависящий от типа поглощающей радиоактивное излучение ткани (для мягких тканей он равен при­мерно единице). Формулу можно использовать лишь тогда, когда обе дозы измеряются во внесистемных единицах: радах и рентгенах.

Для характеристики биологического действия различных типов радиоактивного излучения введено понятие биологической (экви­валентной) дозы Н. Ее вычисляют по формуле:

 

Н = к • Д_погл , (9)

 

где к - коэффициент качества, определяемый типом радиоак­тивного излучения, для γ-излучения и рентгеновского излучения он равен единице, для потока нейтронов варьирует в пределах от 3 до 5 в зависимости от их энергии, для потока α -частиц — около 20 (рис.4). Системной единицей измерения биологической дозы являет­ся зиверт, внесистемной - биологический эквивалент рада (бэр). 1 бэр = 0,01 Зв.

 

Вид излучения	К
Рентгеновское, g- и b-излучение
Тепловые нейтроны (»0,01 эВ)
Нейтроны (5 МэВ)
Нейтроны (0,5 МэВ), протоны
a-излучение

 

Рис. 4

 

Эффективная эквивалентная доза (Н_эф.) учитывает чувствительность отдельных органов к действию ионизирующего излучения:

 

Н_эф. = b × H,

 

где b – коэффициент риска. Если для всего организма b принять за 1, то для отдельных органов коэффициент будет иметь следующие значения (рис. 5):

 

Компонент биосистемы	b
Красный костный мозг	0,12
Костная ткань	0,03
Щитовидная железа	0,03
Молочная железа	0,15
Легкие	0,12
Яичники и семенники	0,25
Другие ткани	0,30

 

Рис. 5

 

	Поглощенная доза	Экспозиционная доза	Эквивалентная доза
Уравнение		D = f × X	H = D × K
СИ	Грей (Дж/кг)	Кл/кг	Зиверт
Внесистемные	1 рад = 10–2 Гр	Р (рентген)	1 бэр = 10–2 Зв
Связь между единицами		Для мягких тканей 1 Р = 1 рад	Для g-излучения 1 бэр = 1 рад

 

Величину, определяющую дозу полученную объектом за единицу времени называют мощностью дозы ( N ):

 

 

Мощность экспозиционной дозы

 

,

 

где А – активность радиоактивного препарата, r – расстояние до объекта, k_g – g-составляющая данного радиоактивного препарата. На основании этого можно выразить экспозиционную дозу как

 

 

Из приведенной формулы видно, что основными формами защиты от ионизирующих излучений выступает защита временем (уменьшение t) и расстоянием (увеличение r). Третья форма – защита материалом основана на различной способности веществ поглощать различные виды ионизирующих излучений.

 

 

В заключение приведем некоторые конкретные количественные характеристики: безопасная мощность дозы (так называемый ра­диоактивныйфон) составляет примерно 12 – 14 мкР/ч (микрорентген в час), при дозе 30 – 50 мкР/ч после достаточно длительного облучения организм начинает болезненно реагировать. Однократная доза около 500 Р смертельна.

В любом месте на поверхности Земли, под землей, в водоемах, в атмосфере и в космическом пространстве существует ионизирующее излучение, или естественный радиационный фон. Среднее значение эквивалентной дозы поглощенного излучения, обусловленной радиационным фоном, составляет около 2 мЗв в год.

Наиболее значительный вклад в естественный радиационный фон вносит радиоактивный радон и продукты его распада, попадающие в организм человека при дыхании. Образуясь в почве, инертный газ выходит в атмосферу. Его концентрация особенно велика в закрытых непроветриваемых помещениях. Процентный вклад различных источников ионизирующего излучения в естественный радиационный фон приведен на рис.6.

Гамма-излучение естественных радиоактивных изотопов земной коры (урана, тория, калия) составляет около 8% естественного фона. Такой же процент составляет космическое излучение – поток гамма-квантов и быстрых заряженных частиц, проникающих сквозь атмосферу к поверхности Земли. Пища, дыхание: углерод, калий, уран, радий, радон.

Наличие естественного радиационного фона – необходимое условие эволюции жизни на Земле. Обязательным условием эволюции является изменчивость как следствие мутации генов. Одним из факторов, вызывающих мутации, является естественный фон ионизирующей радиации. В отсутствии естественного радиационного фона, вероятно, не было бы и жизни на Земле в ее настоящем виде.

Рис.6