Одиниці радіоактивності й дози випромінювання

Для ознайомлення з деякими поняттями радіаційної дозиметрії, широко застосовуваними в цивільному захисті, особливо останнім часом, доцільно подати короткий їх опис і одиниці вимірювання. В останні роки в науковій літературі одиниці даються в Міжнародній системі (СІ). Проте в науковій літературі минулих років у практиці ліквідації наслідків ядерних аварій, при градуюванні шкал дозиме­тричних приладів застосовують одиниці СІ, а також несистемні оди­ниці. Враховуючи це, для зручності користування в підручнику од­ночасно подаються одиниці в системі СІ й несистемні.

Наявність радіоактивних речовин у середовищі — ступінь за­бруднення — часто буває дуже малою, що практично не дає можли­вості визначити їх вагу. Саме тому мірою радіоактивних речовин є не вага, а активність радіоізотопів.

Активністю радіоактивного елемента є число атомних роз­падів, що відбуваються в цьому елементі за 1 секунду. Таким чином, активність радіоактивного елемента визначається числом розпадів за одиницю часу, вона характеризує абсолютну швидкість радіоак­тивного розпаду радіонукліда. Активність радіоактивної речовини пропорційна її кількості й обернено пропорційна періоду напівроз­паду. Кількість радіоактивної речовини свідчить про її активність, тобто про кількість атомів, що розпадаються за 1 секунду.

За одиницю активності (активність нукліда в радіоактивному джерелі) прийнята одиниця в системі СІ — беккерель (Бк, Bq*) — це така кількість радіоактивної речовини, в якій проходить 1 акт роз­паду за 1 с, а несистемна одиниця — кюрі (Кі, Сі) — така кількість радіоактивної речовини в якій проходить 37 млрд актів розпаду за 1 с. Співвідношення між одиницями: Бк = 2,7 • 10¹¹ Кі; ІБк = = 1 розп/с; 1 Кі = 3,7•10 ¹⁰ Бк = 3,7 • 10 ¹⁰ розп/с.

За одиницю радіоактивності речовини — питому вагову актив­ність — прийнята одиниця беккерель на кілограм (Бк/кг), а несистем­на — кюрі на кілограм (Кі/кг).

Одиницею радіоактивності рідкого і газоподібного середовища — питомою об'ємною активністю є одиниця в системі СІ — беккерель на літр (Бк/л), а несистемна одиниця — кюрі на літр (Кі/л).

За одиницю радіоактивності площі — питому забрудненість площі в системі СІ прийнято беккерель на квадратний кілометр (Бк/км), несистемна одиниця — кюрі на квадратний кілометр (Кі/км²).

Іонізуючу властивість радіації в повітрі характеризують дозою випромінювання.

Доза випромінювання — це кількість енергії радіоактивних випромінювань поглинутих одиницею об'єму середовища, яке опро­мінюється.

Доза випромінювання (або опромінення) є мірою уражаючої дії ра­діоактивних випромінювань на організм людини, тварин і рослини. Вона може накопичуватися за різний час, а біологічне ураження від опромінення залежить від величини дози і від часу її накопичення.

Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози.

Експозиційною називають дозу випромінювання, що характери­зує іонізаційний ефект рентгенівського і гамма-випромінювань у повітрі. Це доза, яка характеризує джерело і радіоактивне поле ство­рене нею.

Експозиційну дозу випромінювання гамма-променів вимірюють несистемною одиницею — рентгеном (Р, R). Один рентген — це така

доза рентгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см сухого повітря при температурі 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд пар іонів (або точніше 2,08 • 10⁹). На практиці застосовують менші част­кові одиниці: мілірентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^-3 Р) і мікрорентген (1 Р = 1 000 000 мкР; 1 мкР = 10⁶ Р).

У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кіло­грам (Кл/кг, C/kg).

Це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якому в кожному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорівнює 1 кулону.

Одиниця опромінення в системі СІ дорівнює 3876 Р. Експозицій­на доза в рентгенах досить надійно характеризує небезпеку дії іоні­зуючих випромінювань при загальному і рівномірному опроміненні організму людини чи тварини.

Співвідношення між одиницею експозиційної дози системи СІ і несистемною: 1 Кл/кг = 3876 Р або 1 Кл/кг = 3,88 • 10³; 1 Р = = 2,58 • 10⁴ Кл/кг.

Рентген визначає кількість енергії (дозу), яку одержує об'єкт, а не характеризує час, за який вона одержана. Для оцінювання дії іоні­зуючого випромінювання за одиницю часу застосовується поняття "потужність дози".

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) — це інтен­сивність випромінювання, що утворюється за одиницю часу і харак­теризує швидкість накопичення дози. Одиницею потужності експо­зиційної дози в системі СІ є ампер на кілограм (А/кг, A/kg), а неси­стемною одиницею для вимірювання випромінювань у повітрі є рен­тген за годину (Р/год, R/h), рентген за секунду (Р/с, R/s) або част­кові одиниці: мілірентген за годину (мР/год), мікрорентген за годи­ну (мкР/год).

Співвідношення між одиницею системи СІ і несистемною одини­цею потужності експозиційної дози: 1 А/кг = 1 Кл/кг • с = 3876 Р/с, 1 Р/с = 2,58 • 10"⁴ А/кг = 2,58 • 10⁴ Кл/кг • с.

Рентген як одиниця вимірювання за своїм визначенням є кіль­кісною характеристикою гамма- чи рентгенівського випромінюван­ня і нічого не говорить про кількість енергії, поглинутої об'ємом, який опромінюється. Через це для оцінювання ступеня впливу ви­промінювання на організм введено поняття "поглинута доза".

Поглинута доза — це кількість енергії різних видів іонізуючих випромінювань, поглинутих одиницею маси речовини.

Одиниця випромінювання поглинутої дози тканинами організму в системі СІ — джоуль на кілограм (Дж/кг, J/kg). Дж/кг — це кількість енергії будь-якого виду іонізуючої речовини в 1 кг. Крім цього, одиницею вимірювання поглинутої дози є грей (Гр, Gy). Ще застосовують несистемну одиницю —

рад (rad) (це скорочення від англійського radiation absordent dose) — поглинута доза будь-якого випромінювання, за якої кількість енергії, поглинутої 1 г речовини, що опромінюється, відповідає 100ерг, 1 рад =0,01 Дж/кг = 100 ерг поглинутої речовини в тканинах. Співвідношення між одиницею по­глинутої дози системи СІ і несистемною одиницею: 1 Дж/кг = 100 рад, 1 Гр = 100рад, 1 ГР = 1 Дж/кг, 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг.

Для визначення дози опромінення біологічних об'єктів вимірюють дозу в повітрі в Р, а потім розрахунковим шляхом знаходять поглину­ту дозу в радах. Через те, що доза випромінювання 1 Р у повітрі енер­гетично еквівалентна 88 ерг/г, то поглинута енергія в радах для по­вітря становить 88/100 = 0,88 рад. Таким чином, якщо доза випромі­нювання в повітрі дорівнює 1 Р, то поглинута доза буде 0,88 рад.

Поглинута доза більш точно визначає вплив іонізуючих випромі­нювань на біологічні тканини організму, в яких різні атомний склад і щільність. Є окрема залежність між поглинутою дозою і радіацій­ним ефектом: чим більша поглинута доза, тим більший радіаційний ефект. Поглинута доза характеризує радіаційний ефект для всіх видів органічних і хімічних тіл, крім живих організмів.

Одиницею потужності поглинутої дози в системі СІ є грей за се­кунду (Гр/с, Gy/s) і джоуль на кілограм за секунду (Дж/кг/с, J/kg/s), а несистемною — рад за секунду (рад/с, rad/s); співвідношення між ними: 1 Гр/с = 1 Дж/(кг/с); 1 Гр/с = 100 рад, 1 рад = 0,01 Гр/с.

Але поглинута доза не враховує те, що вплив на організм такої самої дози різних випромінювань неоднаковий. Наприклад, альфа-випромінювання у 20 разів, а бета-випромінювання у 10 разів небез­печніше від гамма-випромінювання. Знання величини поглинутої дози не досить для точного передбачення ні ступеня трудності, ні ймовірності виникнення ефектів ураження. Через це введена екві­валентна доза.

Еквівалентна доза характеризує те, що різні види іонізуючо­го випромінювання під час опромінювання організму однакови­ми дозами приводять до різного біологічного ефекту. Це пов'яза­но з неоднаковою питомою щільністю іонізації, викликаної різни­ми видами випромінювань. Так, кількість іонів, які утворюються під дією випромінювання на одиниці шляху в тканинах, тобто щільність іонізації альфа-частинками, у сотні разів вища від гам­ма-променів. Тому введено поняття "відносна біологічна актив­ність", яка показує співвідношення поглинутих доз різних видів випромінювання, що викликають однаковий біологічний ефект. Якщо умовно прийняти біологічну ефективність гамма- і бета-променів за одиницю, то для альфа-частинок вона буде дорівнювати десяти, а для

повільних і швидких нейтронів відповідно п'яти і двадцяти. Еквівалентна доза опромінення використовується для оцінювання дії випромінювання на живі організми, насамперед лю­дини і тварини.

Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв, Sv). Один зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, гам­ма- та бета-випромінювань).

Для обліку біологічної ефективності випромінювань введена не­системна одиниця поглинутої дози — біологічний еквівалент рент­гена (бер). Один бер — це доза будь-якого виду випромінювання, яка створює в організмі такий же біологічний ефект, як 1 рентгенів­ського або гамма-випромінювання.

Доза в берах виражається тоді, коли необхідно оцінити загальний біологічний ефект незалежно від типу діючих випромінювань.

Співвідношення між одиницею еквівалентної дози в системі СІ і несистемною одиницею: 1 Зв = 100 бер, 1 бер = 0,01Зв.

Щоб урахувати нерівномірність ураження від різних видів випромінювань введено "коефіцієнт якості", на який необхідно пе­ремножити величину поглинутої дози від певного виду випроміню­вання, щоб одержати еквівалентну дозу. Всі міжнародні й націо­нальні норми встановлені в еквівалентній дозі опромінення.

Одиницею потужності еквівалентної дози в системі СІ є зіверт за секунду (Зв/с, Sv/s), а несистемною одиницею є бер за секунду (бер/с) співвідношення між ними: 1 Зв/с = 100 бер/с, 1 бер/с = 0,01 Зв/с.