Еквівалентна доза, її потужність, одиниці

Питання, пов’язані з фізико-хімічними механізмами і медико-біологічними аспектами взаємодії іонізуючого випро­міню­вання з біооб’єктами, будуть детальніше розгля­нуті нижче в 10.4 і 10.5. Тут лише зауважимо, що біологічна дія іонізуючого випромінювання суттєво відрізняється для різних його видів при одній і тій самій поглиненій дозі. Так, для одного і того ж самого біологічного об’єкту ефектив­ність дії випромінювання (або, як ще кажуть, радіочутли­вість біооб’єкта) може відрізнятися (збільшуватися) в 10 разів при переході від g -випромінювання до швидких нейтронів. Це означає, що для оцінки біологічної дії кожного типу іонізуючого випромінювання треба множити величину поглиненої дози D_п на відповідний множник к, який називають коефіцієнтом якості або відносною біологічною ефективністю (ВБЕ) випромінювання. Такий добуток кD_п характеризує так звану еквівалентну дозу D_екв. Таким чином, маємо наступний зв’язок між еквівалентною дозою і поглиненою дозою:

D_екв = кD_п, (10.28)

а також з врахуванням співвідношення (10.26) між поглине­ною та експозиційною дозами отримуємо таку формулу, що пов’язує між собою еквівалентну та експозиційні дози:

D_екв = к f D ₀. (10.29)

Значення коефіцієнту якості (ВБЕ) к залежить від багатьох параметрів (маси, заряду, енергії тощо) різних типів випромінювання, які визначають іонізацію та інші фізико-хімічні механізми радіаційних пошкоджень. В табли­ці 10.1 наведені значення коефіцієнту якості для найбільш поширених типів іонізуючого випромінювання.

За основну одиницю еквівалентної дози в системі СІ прийнятий 1 зіверт (Зв) – це така еквівалентна доза, яка відповідає поглиненій дозі в 1 грей (Гр) при дії на біооб’єкт рентгенівського, g - і b -випромінювань. В загальному випад­ку, що включає інші типи іонізуючих випромінювань, маємо на підставі формули (10.28) таке співвідношення між еквівалентною дозою D_екв, виміряною в Зв, і поглиненою дозою D _п в Гр:

D_екв (Зв) = к × D_п (Гр). (10.30)

Таблиця 10.1.

Тип випромінювання	Коефіцієнт якості (ВБЕ) к
Рентгенівське випромінювання
Гамма-випромінювання
Електрони (b -випромінювання)
Теплові нейтрони	2–3
Повільні нейтрони
Швидкі нейтрони
Протони
Альфа-випромінювання

Іншою (позасистемною) одиницею еквівалентної дози є бер. Ця абревіатура виникла від терміну “біологічний еквівалент рентгену”. Оскільки к = 1 для перших трьох ти­пів випромінювання (табл. 10.1), то 1 бер – це така еквіва­лентна доза, яка відповідає поглиненій дозі в 1 рад рентге­нівського, g - і b -випромінювань. Для інших типів випро­мі­нювань по аналогії з (10.30)

D_екв (бер) = к × D_п (рад), (10.31а)

D_екв (бер) = к × f × D ₀ (P). (10.31б)

Останнє співвідношення, яке пов’язує між собою біоло­гіч­ну дозу D_екв, виміряну в берах, і експозиційну дозу D ₀, виміряну в рентгенах, і дало підстави для терміну “біологіч­ний еквівалент рентгена” – бер. Оскільки 1 Гр = 100 рад, то таке саме співвідношення залишається між зівертом і бе­ром, тобто 1 Зв = 100 бер.

Потужність еквівалентної дози P_б визначається величиною еквівалентної дози D_б, віднесеної до одиниці часу, тобто

Р_екв = . (10.32)

Відповідно одиницями потужності еквівалентної дози є

[ P_екв ] = (в системі СІ),

[ P_екв ] = (позасистемні одиниці),

тобто зіверт за секунду, або бер за секунду (хвилину, годину).

На закінчення цього параграфу наведемо приклади розрахунку еквівалентних доз за відомими значеннями поглиненої дози або потужності поглиненої дози.

Приклад 1. Відомо, що середня потужність експозицій­ної дози за рахунок природного g -випромінювання стано­вить приблизно P ₀ = 15 мкР/год. Знайти середню еквіва­лентну дозу D_б (в берах), що отримає людина за рік.

Знайдемо загальну експозиційну дозу D ₀ g -випроміню-вання за рік:

D ₀ = Р ₀ × N год = 15×10^–6×24×365» 0.13 Р.

Для g -випромінювання коефіцієнт якості (відносна біологічна ефективність) к = 1. Вважаючи, що поглинання енергії g -випромінювання відбувається в біологічних ріди­нах і м’яких тканинах організму людини, де перехідний коефіцієнт f = 1 (це є, звичайно, істотне наближення), маємо остаточно для шуканої еквівалентної дози, що отримує людина за 1 рік, наступний результат на підставі (10.31):

D_екв = к × f × D ₀ (P) = 0.13 бер.

В Україні прийнято, що максимальна еквівалентна доза за рік для операторів АЕС та всіх інших, хто працює з іонізуючим випромінюванням, не повинна перевищувати
5 бер.

Приклад 2. Оператор АЕС отримав за рік такі поглинені дози різних типів іонізуючого випромінювання:

(D_п) _g = 0.0015 Гр = 0.15 рад за рахунок g -випромінювання,

(D_п) _b = 0.0005 Гр = 0.05 рад за рахунок b -випромінювання,

(D_п) _н = 0.0005 Гр = 0.05 рад за рахунок повільних нейтронів,

(D_п) _a = 0.0001 Гр = 0.01 рад за рахунок a -випромінювання.

Знайти сумарну еквівалентну дозу, яку отримав опера­тор АЕС за рік, припускаючи, що поглинання всіх цих типів випромінювання відбувалося в біологічних рідинах і м’яких тканинах, де f = 1.

Скористаємося формулою (10.31а) і даними про коефі­цієнт якості різних типів випромінювання, що наведені в таблиці 10.1. Тоді для сумарної еквівалентної дози отри­маємо

D_б = к_g (D_п) _g + к_b (D_п) _b + к_н (D_п) _н + к_a (D_п) _a =1×0.15 + 1×0.05 +
+ 5×0.02 + 20×0.01 = 0.15 + 0.05 + 0.10 + 0.20 = 0.50 (бер).