Основные дозиметрические величины и единицы их измерения
Количественную характеристику излучения, обычно называемую дозой, измеряют в величинах энергии, поглощенной тканями. Термин "доза облучения" не слишком удачный, поскольку первоначально он относился к дозе лекарственного препарата, т.е. дозе, идущей на пользу, а не во вред организму. Дозу излучения организм может получить от любого радионуклида или их смеси, независимо от того, находятся они вне организма или внутри него (в результате попадания с пищей, водой или воздухом).
Для энергетической характеристики излучений принята экспозиционная доза. Она оценивается по эффекту ионизации сухого атмосферного воздуха. За единицу экспозиционной дозы рентгеновского или гамма-излучения принимается кулон на килограмм (Кл/кг). Это доза рентгеновского или гамма-излучения, которая при полном использовании ионизирующей способности создает в воздухе массой один килограмм сумму электрических зарядов ионов данного одного знака, равную одному кулону (кулон равен количеству электричества, проходящего через поперечное сечение при токе 1 А за 1 с).
Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения является рентген (Р). Рентген — это такая доза рентгеновского или гамма-излучения, которая при нормальных условиях (давлении 105 Па и температуре 0 °С) в 1 см3 сухого воздуха образует более двух миллиардов пар ионов (2,08109).
Производные единицы: миллирентген (мР) = 0,001 Р; микрорентген (мкР) = 0,000001 Р; 1 Кл/кг - 3876 Р.
Экспозиционная доза характеризует потенциальную опасность воздействия проникающей радиации при общем и равномерном облучении тела человека. Именно с измерения количества излучения в воздухе и начиналась собственно дозиметрия, когда по дозе в воздухе судили о дозе облучения человека, находящегося в этой же точке пространства. В настоящее время рентген используется для измерения мощности экспозиционной дозы.
Мощность экспозиционной дозы — это экспозиционная доза, отнесенная к единице времени. Единицей ее является ампер на килограмм (А/кг) — мощность экспозиционной дозы излучения, при которой экспозиционная доза за 1 с возрастает на 1 Кл/кг.
Внесистемные единицы — Р/ч; Р/мин; Р/с; мР/ч; мкР/ч.
Уровень радиации — мощность дозы излучения, измеренная на высоте 1 м от поверхности земли. Уровень радиации показывает дозу облучения, которую может получить человек за единицу времени.
Степень, глубина и форма лучевых поражений, развивающихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующей радиации, в первую очередь зависят от величин поглощенной энергии излучения. Для характеристики этого показателя используется понятие поглощенной дозы — дозы любого ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы облученного вещества. За единицу поглощенной дозы принят 1 грей (Гр). Эта единица названа так в честь английского физика и радиобиолога Л. Грея и соответствует 1 Дж/кг. Один грей равен поглощенной дозе излучения, соответствующей энергии 1 Дж ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному веществу массой 1кг.
Производные единицы: миллигрей (мГр) = 0,001 Гр; микрогрей (мкГр) - 0,000001 Гр.
В радиобиологии и радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица поглощенной дозы — рад (радиационная адсорбированная доза). Рад равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 г передается энергия ионизирующего излучения, равная 100 эрг.
Производными данной единицы являются миллирад (мрад), равный 0,001 рад, и микрорад (мкрад), равный
0,000001 рад.
1 Гр = 100 рад; 1 Р = 0,95 рад = 1 рад.
Поглощенные дозы излучений различных типов вызывают неравнозначный биологический эффект. При одинаковой поглощенной дозе а-излучения гораздо опаснее бета- и гамма-излучения. Если принять во внимание этот факт, то поглощенную дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма (коэффициент качества излучения — К): 20 — для альфа частиц, 10 — для протонов и нейтронов, 1 — для бета-частиц, рентгеновского и гамма-излучений.
Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой. В системе СИ ее измеряют в единицах, называемых зивертами (Зв), названных в честь известного шведского ученого Зиверта, внесшего видный вклад в методологию количественного измерения радиации.Зиверт— единица эквивалентной дозы смешанного излучения, равная 1 Дж/кг или 100 бэр. 1 Зв = 1 Дж/кг =100 бэр. Производные единицы: миллизиверт (мЗв) = 0,001 Зв; микрозиверт (мкЗв) = 0,000001 Зв.
Внесистемная единица — бэр (биологический эквивалент рентгена). Это доза любого ионизирующего излучения, поражающее действие которой эквивалентно дозе 1P: 1P = 1бэр.
Производные единицы — мбэр, мкбэр.
При оценке поражающего действия ионизирующих излучений следует учитывать также, что разные органы и ткани обладают разной радиочувствительностью. Коэффициенты радиационного риска (КР): все тело —1; половые железы — 0,25; молочные железы — 0,15; красный костный мозг — 0,12; легкие — 0,12; щитовидная железа — 0,03; костная ткань — 0,03; другие ткани — 0,30.
Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты радиационного риска и просуммировав их по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, которая также измеряется в зивертах (СИ) и бэрах (внесистемная единица).
Эти понятия характеризуют только индивидуально получаемые дозы. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, мы придем к коллективной эффективной эквивалентной дозе, которая измеряется в человеко-зивертах (чел./Зв) или человеко-бэрах (чел./бэр).
Коллективную дозу можно рассчитать для отдельного поселка, района, области, республики, континента. Таким образом, коллективная доза — объективная оценка масштаба радиационного поражения.
Например, расчеты, проведенные после аварии на ЧАЭС, показали, что дозовая нагрузка только от радионуклида цезия-137 на население Скандинавских стран и стран Центральной Европы в течение первого года после аварии составила 8-104 чел./Зв. За этот период доза, полученная населением СССР, проживавшим на загрязненных территориях,
достигла 2-105 чел./Зв.
Поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и останутся радиоактивными в отдаленном будущем, следует ввести еще одно определение — коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получат многие поколения людей (в популяции области, республики, страны, всего населения Земли) от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования. Ее называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой. Единицы измерения будут такими же, как и для коллективной эффективной эквивалентной дозы, т.е. человеко-зиверт (человеко-бэр). Например, по оценке НК ДАР ООН, ожидаемая (полная) коллективная эффективная эквивалентная доза в результате аварии на ЧАЭС оценивается в 6,2-105 чел./Зв.
Ожидаемую дозу рассчитывать весьма сложно. Необходимо рассчитать, какую дозу облучения получит организм за предстоящий год, 10 лет или в течение всей жизни. Расчет дозы должен учитывать радионуклидный состав выброса, их долю в общей радиоактивности, периоды полураспада радионуклидов, пути поступления и способность накапливаться в органах и тканях и выводиться из организма, время полувыведения, особенности рациона питания, загрязненность продуктов, долю внешнего облучения и множество других факторов. Поэтому расчет дозовой нагрузки, например, за 70 предстоящих лет (так называемая "доза за жизнь") требует весьма высокой квалификации специалиста и досконального знания им радиационной обстановки в каждом конкретном населенном пункте. В результате аварии на ЧАЭС произошло загрязнение значительной территории радионуклидами сложного изотопного состава. Оценка ожидаемой коллективной дозы с учетом распадающихся радионуклидов важна для прогнозирования неблагоприятных последствий для живущих и будущих поколений и служит ориентиром для принятия решений.
Такая иерархия понятий доз облучения на первый взгляд может показаться слишком сложной, но тем не менее она представляет собой логически последовательную систему и позволяет рассчитывать согласующиеся или сопоставимые друг с другом дозы облучения. При дальнейшем изучении проблем радиационной защиты населения без этих понятий никогда не удастся достичь необходимой точности и ясности изложения.