ЭЛЕМЕНТЫ ДОЗИМЕТРИИДозиметрия 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):
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:
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 • Дпогл , (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.
Рис. 4
Эффективная эквивалентная доза (Нэф.) учитывает чувствительность отдельных органов к действию ионизирующего излучения:
Нэф. = 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):
Рис. 5
Величину, определяющую дозу полученную объектом за единицу времени называют мощностью дозы ( N ):
Мощность экспозиционной дозы
где А – активность радиоактивного препарата, r – расстояние до объекта, kg – 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
|
(6)
(7)
,
