Дозиметрия ионизирующих излучений

Действие ионизирующего излучения на вещество оценивают дозой энергии , поглощенной единицей массы вещества за все время облучения.

Эту характеристику называют поглощенной дозой излучения D

. (11)

Единицами измерения этой величины являются: в системе СИ – грей (Гр), , внесистемная единица – рад (Radiation absorbed dose); 1 рад = 10^-2 Гр.

Непосредственное измерение поглощенной дозы практически выполнить трудно, т.к. тело неоднородно, энергия рассевается телом по всем направлениям и т.д. Поэтому вводят еще одну характеристику для рентгеновского и γ-излучения – экспозиционную дозу излучения Х,которая является мерой ионизации воздуха рентгеновскими иγ-лучами.

Экспозиционная доза излучения Х численно равна заряду ионов, образованных радиоактивным излучением в 1 кг сухого воздуха (вблизи поверхности поглощающего тела)

. (12)

Единицей измерения экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на килограмм ( ), внесистемной единицей – рентген (Р); . Экспозиционную дозу измеряют дозиметром и по результатам измерений вычисляют поглощенную дозу по формуле

, (13)

где f – коэффициент, зависящий от типа поглощающей радиоактивное излучение ткани (для мягких тканей он равен примерно единице). Формулу (13) можно использовать лишь тогда, когда обе дозы измеряются во внесистемных единицах: радах и рентгенах.

Для определенного вида излучения биологическое действие обычно тем больше, чем больше доза излучения. Однако различные излучения даже при одной и той же поглощенной дозе оказывают разные воздействия. В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами, вызванными рентгеновскими и γ-излучениями.

Коэффициент , показывающий, во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского и g-излучения, при одинаковой дозе излучения в тканях, называется коэффициентом качества. В радиобиологии его называют также относительной биологической эффективностью (ОБЭ). Коэффициент качества устанавливают на основе опытных данных, его величина зависит не только от вида, но и от энергии частицы. В таблице 1 приведены значения коэффициента для некоторых видов излучений (в скобках указана энергия частиц).

Таблица 1

Вид излучения	Коэффициент качества
Рентгеновское, g- и b- излучения
Тепловые нейтроны (~ 0,01 эВ)
Нейтроны (5 МэВ)
Нейтроны (0,5 МэВ), протоны
a-излучение

Поглощенная доза совместно с коэффициентом качества дает представление о биологическом действии ионизирующего излучения, поэтому произведение kD используют как единую меру этого действия и называют эквивалентной (биологической) дозой Н:

Н = k D. (14)

В системе СИ единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв), внесистемная единица измерения называется бэр (биологический эквивалент рентгена); 1 бэр = 10^-2 Зв. Эквивалентная доза в бэрах равна дозе излучения в радах, умноженной на коэффициент качества.

Естественные радиоактивные источники (космические лучи, радиоактивность недр, воды, радиоактивность ядер, входящих в состав человеческого тела и др.) создают фон, соответствующей эквивалентной дозе 125 мбэр. Предельно допустимой эквивалентной дозой при профессиональном излучении считается 5 бэр в течение года. Минимальная летальная доза от γ- излучения около 600 бэр. Эти данные соответствуют облучению всего организма.

Важна не только доза облучения, но и время, в течение которого объект подвергается облучению. Дозу, отнесенную ко времени, называют мощностью дозы. Мощности поглощенной, экспозиционной и эквивалентной доз вычисляются соответственно по формулам:

. (15)

Мощность поглощенной дозы в системе СИ выражается в греях в секунду ( ). Единицей мощности экспозиционной дозы является , а внесистемной единицей - . Безопасная мощность дозы, так называемый радиоактивный фон, составляет 12 – 14 (микрорентген в час), при дозе 30 – 50 после достаточно длительного облучения организм начинает болезненно реагировать.

Установим связь между активностью А радиоактивного препарата – источника γ-фотонов – и мощностью экспозиционной дозы . Из источника И (рис.2) γ – фотоны вылетают по всем направлениям. Число этих фотонов пронизывающих 1 м² поверхности некоторой сферы радиусом r в 1 с, пропорционально активности и обратно пропорционально площади поверхности сферы S = 4πr². Мощность экспозиционной дозы в объеме V зависит от этого числа фотонов, так как именно они вызывают ионизацию. Отсюда получаем:

, (16)

где - постоянная, характерная для данного радионуклида.

Рис.2