Дозиметрические величины и их единицы

Лекция 5

Тема: ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ ДОЗИМЕТРИИ

Облучение объекта достигается тем, что его на определенное время помещают в пространство, в котором действует ионизирующее излучение (есть поток радиации). Это пространство называют полем ионизирующего излучения.

Для исследования действия ионизирующих излучений нужна точная спецификация радиационного поля, то есть пространства, в котором регистрируется излучение. Эту спецификацию определяют методами радиометрии.

К главным радиометрическим параметрам принадлежат:

· число частиц N,излученных, перенесенных или поглощенных облучаемым объектом;

· энергия ионизирующего излученияЕ (без учета энергии покоя частиц);

[Е] = 1 Дж;

· поток ионизирующих частиц J_pJ_p = dN/dt, где

dN – количество ионизирующих частиц, которые проходят сквозь данную поверхность за интервал времени dt.

[J_p] = 1 с^-1;

· поток ионизирующего излучения J_r— отношение энергии dЕ ионизирующего излучения, которое проходит сквозь данную поверхность за интервал времени dt, к этому интервалу: J_r = dЕ / dt, [J_r] = l Bт;

· перенос (флюенс) ионизирующих частиц Ф_г— отношение числа dN ионизирующих частиц, которые проникают в элементарную сферу, к площади dSцентрального сечения этой сферы: Ф_г = dN / dS; [Ф_r] = l м^-2;

· перенос (флюенс) энергии ионизирующего излученияФг — отношение энергии dEионизирующего излучения, которое проникает в элементарную сферу, к площади dS центрального сечения этой сферы: Ф = dE/dS;

[Ф_r] = l Дж/м²;

· плотность потока ионизирующих частиц φ_р — отношение потока dJ_P ионизирующих частиц, проникающих в элементарную сферу, к площади dS центрального сечения этой сферы: φ_р = dJ_P / dS, [φ_р] = 1 с^-1 х 1 м^-2;

· плотность потока ионизирующего излученияφ_r — отношение потока J_r ионизирующего излучения проникающего в элементарную сферу, к площади dS центрального сечения этой сферы: φ_r =dJ_r/ dS, [φ_r] = 1 Вт/м².

Дозиметрические величины и их единицы

Общее представление о количестве падающей на объект энергии излучения за время облучения может быть получено измерением экспозиционной дозы (Х).

Экспозиционная доза (X) является мерой ионизационного воздействия излучения на воздух.

X = da / dm, где da – полный заряд ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, образованных фотонами в малом объеме воздуха; dm – масса воздуха в этом объеме.

Единицы X: кулон на килограмм (Кл/кг)(Си)

Внесистемной единицей является Рентген (Р), 1P = 2,58· 10^-4 Кл/кг.

Экспозиционная доза позволяет лишь ориентировочно оценивать степень повреждения объекта, поскольку оно может вызываться только поглощенной объектом энергией.

Поглощенная доза (D) определяется средним количеством энергии, поглощенной единицей массы облучаемого вещества.

D = dE / dm, где dE – средняя энергия, переданная излучением веществу в некотором элементарном объеме, dm – масса вещества.

Единицы Д: Грэй (Гр), 1 Гр = 1 Дж/кг (Си).

Внесистемной единицей является Рад (рад), 1 рад = 0,01 Гр.

В лучевой терапии часто используют понятие интегральной дозы, т.е. энергии, суммарно поглощенной во всем объеме объекта (при локальном облучении).

Эквивалентная доза (Н) используется для оценки радиационной опасности хронического воздействия излучения произвольного состава, определяется соотношением H=КD, где К – коэффициент качества.

К = 1 для рентгеновского, гамма - и бета – излучений;

К = 5 для медленных нейтронов;

К = 10 для протонов и быстрых нейтронов;

К = 20 для альфа-частиц.

Единицы Н: Зиверт (Зв) (Си)

В практике используют внесистемную единицу Бэр (бэр), 1 бэр = 0,01 Зв.

Для оценки эффективности действия радиоактивных изотопов кроме поглощенных доз, создаваемых ими как при внешнем облучении, так и при попадании внутрь организма (инкорпорировании), измеряют их активность.

Активность излучения (А) определяется числом атомных ядер, распадающихся за единицу времени, т.е. это единица радиоактивности.

Единицы А: Беккерель (Бк), 1 Бк = 1 расп./с (СИ)

Внесистемной единицей является кюри (Ки), 1 Ки = 3,7х10¹⁰Бк.

Для характеристики распределения поглощенной дозы во времени используют величину мощности поглощенной и экспозиционной доз, или интенсивности облучения – количество энергии излучения, поглощаемой в единицу времени (1ч, 1 мин, 1 с) единицей массы вещества.

Коэффициент радиационного риска – это эквивалентная доза облучения всего организма в Зивеpтax, которая приводит к тем же последствиям, что и облучение данного органа эквивалентной дозой в 1 Зв. Если для организма в целом k_p=1, то для красного костного мозга он равен 0,12, для половых желез – 0,25, для молочных желез – 0,15, для легких – 0,12, для щитовидной железы – 0,03 и т.д.

Умножив эквивалентную дозу на соответствующие коэффициенты радиационного риска и просуммировав по всему организму, органу или группе органов, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения:

Н_эфф =S К_рi H_i

где К – коэффициент радиационного риска i-того органа; H_i -эквивалентная доза излучения, поглощенного этим органом. Она также измеряется в Зивертах.

Ожидаемая эквивалентная доза— результат суммации эквивалентных доз облучения, которые человек получит за определенный период его жизни. Эта величина является интегралом по времени от мощности эквивалентной дозы. Если не указан интервал времени, на котором вычисляется интеграл, то имеют в виду 50 лет для взрослых и 70 лет для детей;

Ожидаемая эффективная доза— результат интегрирования мощности эффективной дозы по времени с теми же часовыми интервалами, что и в случае ожидаемой эквивалентной дозы.

Единицей этих доз является зиверт.

Отмеченные величины характеризуют дозы, которые получает или может получить отдельный человек на протяжении жизни.

Для количественной оценки облучения определенной популяции людей, всего населения или отдельных его групп применяют специальные величины — коллективную эквивалентнуюи коллективную еффективную дозы.

Выражение для вычисления коллективной дозы D_с с учетом ее эффективности и эквивалентности, имеет такой общий вид: D_c = D_iN_л(D_i)dD_i,

где D_i — индивидуальная эквивалентная и эффективная доза;

N_л(D_i)dD_i, — число людей, облученных в дозе от D_iдо D_i + dD_i.

Суммарная коллективная доза для населения составляет арифметическую сумму коллективных доз, которые получили отдельные группы, испытавшие облучение.

Единица коллективной дозы: [D_с] = чел.-Зв (человеко-зиверт).

Коллективная доза может накапливаться на протяжении определенного времени, и в этом случае рассматривается мощность коллективной дозы —значение коллективной дозы, которая формируется за единицу времени.

Коллективные дозы также могут быть уже накопленными или ожидаемыми за определенный промежуток времени. Их определяют интегрированием мощности ожидаемой коллективной дозы по времени.

Рассмотренные величины можно использовать для нормирования дозовых нагрузок не только на человека, но и на любую биологическую систему.