Значения коэффициента качества

ДОЗИМЕТРИЯ

Введение

Необходимость количественной оценки действия ионизирующего излучения на различные вещества живой и неживой природы привела к появлению дозиметрии.

Дозиметрия – раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.

Процессы взаимодействия излучения с тканями протекают по-разному для различных типов излучений и зависят от вида ткани. Но во всех случаях происходит преобразование энергии излучения в другие виды энергии. В результате часть энергии излучения поглощается веществом. Поглощённая энергия - первопричина всех последующих процессов, которые в конечном итоге приводят к биологическим изменениям в живом организме. Количественно действие ионизирующего излучения (независимо от его природы) оценивается по энергии, переданной веществу. Для этого используется специальная величина – доза излучения (доза – порция).

Поглощенная и экспозиционная дозы

Поглощенная доза (D) – величина, равная отношению энергии DЕ, переданной элементу облучаемого вещества, к массе Dm этого элемента:

D = DE/Dm. (1)

До введения международной системы (СИ) за единицу поглощенной дозы принимали рад (от англ. Radiation Absorbed Dose), соответствующую поглощению 100 эрг энергии 1 граммом вещества. В СИ единицей поглощенной дозы является грей (Гр), названной в честь английского физика-радиобиолога Луи Гарольда Грея.

1 Гр – это поглощенная доза ионизирующего излучения любого вида, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения.

1 Гр равен 100 рад.

Величина дозы зависит от длительности действия ионизирующего излучения. Поэтому была введена мощность дозы.

Мощность дозы

Мощность дозы (N) – величина, определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени.

При равномерном действии излучения мощность дозы равна отношению дозы ко времени t, в течение которого действовало ионизирующее излучение:

N_D = D/t. (2)

Экспозиционная доза

Измерение поглощенных доз оказывается непростым делом, особенно в полевых условиях, где источники излучения диффузно рассеяны вокруг облучаемого объекта. Но можно оценить поглощенную телом дозу по ионизирующему действию излучения в воздухе, окружающем тело. Поэтому ввели экспозиционную дозу, оценивающую ионизирующее действие излучений в 1 см³ сухого воздуха при 0˚С и 760 мм рт. ст. Дело в том, что воздух практически не содержит ионов и обладает высоким электрическим сопротивлением. При воздействии на него ионизирующих излучений в воздухе образуются ионы, количество которых легко определить по увеличению электропроводности воздуха.

Так как доза излучения пропорциональна падающему ионизирующему излучению, то между ней и экспозиционной дозой должна быть пропорциональная зависимость

D=fX,

где Х – экспозиционная доза, f – переходный коэффициент, зависящий от ряда причин и прежде всего от облучаемого вещества, энергии и вида ионизирующего излучения.

Так как наиболее важной задачей дозиметрии была оценка действия ионизирующей радиации на человека, то из соображений удобства в качестве экспозиционной дозы была выбрана такая, чтобы при переходе к поглощенным дозам коэффициент пропорциональности f был бы равен 1. Другими словами, если бы на месте биологического объекта, получившего дозу 1 рад, оказался воздух, то нужно было бы определить сколько пар ионов образуется в 1 см³ воздуха, и эту величину принять за единицу экспозиционной дозы. Так как при внешнем облучении человек подвергается главным образом действию γ-излучения, то единицу для Х определяли при воздействии на воздух рентгеновского или γ-излучения. На практике используют единицу экспозиционной дозы, удовлетворяющую всем перечисленным выше условиям, названную рентген (Р), при которой в 1 см³ воздуха образуется 2,08·10⁹ пар ионов.

Удобство использования внесистемных единиц заключается в том, что 1 Р равен 1 рад.

Системной единицей экспозиционной дозы является Х=q/m, Кл/кг, где q количество зарядов одного знака (Кл), образовавшихся в 1 кг воздуха. 1 Р=2,58·10^-4 Кл/кг. Системная единица не удобна и практического применения не находит.

Системной единицей мощности экспозиционной дозы (N_Х = X/t) является 1 А/кг, а внесистемной единицей – 1 Р/с. На практике обычно мощность экспозиционной дозы выражают в мкР/час.

Если источник излучения можно считать точечным, то мощность экспозиционной дозы прямо пропорциональна активности радионуклида (А) и обратно пропорциональна квадрату расстояния до точки облучения (r):

N_Х = k_g A/r², (3)

где k_g - гамма-постоянная, характерная для данного радиоактивного препарата.

Эквивалентная доза

Величина поглощенной дозы учитывает только энергию, переданную облучаемому объекту, но не учитывает биологических особенностей действия того или иного вида ионизирующего излучения, или "качество излучения". Понятие качества излучения характеризует способность данного вида излучения производить различные радиационные эффекты. Для оценки качества излучения вводят параметр – коэффициент качества (quality factor). Он является регламентированной величиной, его значения определены специальными комиссиями и включены в международные нормы, предназначенные для контроля радиационной опасности

Коэффициент качества (К) показывает, во сколько раз биологического действие данного вида излучения больше, чем действие фотонного излучения, при одинаковой поглощенной дозе.

Коэффициент качества – безразмерная величина. Его значения для некоторых видов излучения приведены в табл. 1

Таблица 1.

Значения коэффициента качества

Вид излучения	К
1. Жесткое рентгеновское и g–излучение
2. Мягкое рентгеновское излучение (60-120 кэВ)
3. b–излучения
4. Протоны с энергиями более 2 МэВ
5. a–излучение

Эквивалентная доза (Н) равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества для данного вида излучения:

H=K·D. (4)

В СИ единица эквивалентной дозы называется зивертом (Зв) - в честь шведского специалиста в области дозиметрии и радиационной безопасности Рольфа Максимилиана Зиверта. Наряду с зивертом используется и внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр = 10^–2 Зв.

Если организм подвергается действию нескольких видов излучения, то их эквивалентные дозы (Н_i) суммируются:

Н = SН_i = SK_i·D_i,

где D_i – поглощенная доза излучения i-того вида; К_i – коэффициент качества для данного вида излучения.

Мощность эквивалентной дозы N_Н = Н/t выражают в Зв/с или бэр/с.