Лекция № 3 основные дозовые величины

3.1. Понятие о дозиметрии

Радиометрия - обнаружение и измерение числа распадов атомных ядер в радиоактивных источниках либо некоторой доли их по испускаемому ядрами излучению.

Дозиметрия – измерение рассеяния и поглощения энергии ионизирующего излучения в определенном материале. Доза излучения строго зависит от энергии и вида падающего излучения, а также от природы поглощающего материала.

Мера воздействия ионизирующего излучения на вещество не поддается простому определению из-за сложности и многообразия происходящих при этом процессах. Изменения, возникающие в окружающей среде (нарушения структуры вещества) и живых объектах (биологические нарушения и даже гибель) называются радиационными эффектами. Основными величинами, которые дают количественную оценку возбуждаемому в веществе радиационному эффекту является поглощенная доза, эквивалентная доза, экспозиционная доза. Первичным процессом, который дает начало физико-химическим изменениям в облучаемом веществе и приводит к наблюдаемому радиационному эффекту, является энергия ионизирующего излучения, поглощенная веществом.

3.2. Активность радионуклида. Единицы активности

Вещество считается радиоактивным, или оно содержит в своем составе радионуклиды и в нем идет процесс радиоактивного распада. Количество радиоактивного вещества обычно определяют не единицами массы (грамм, миллиграмм и т.п.), а активностью данного вещества.

Активность вещества определяется интенсивностью или скоростью распада его ядер. Активность пропорциональна числу радиоактивных атомов содержащихся в данном веществе, т.е. возрастает с увеличением количества данного вещества. Активность – это мера количества радиоактивного вещества, которая выражается числом радиоактивных превращений (распадов ядер) в единицу времени. Так как скорость распада радиоактивных изотопов различна, то одинаковые по массе радионуклиды имеют различную активность. Чем больше ядер распадается в единицу времени, тем выше активность. Активность измеряется обычно в распадах в секунду. За единицу активности в Международной системе единиц (СИ) принят один распад в секунду. Эта единица названа в честь Анри Беккереля, открывшего впервые явление естественной радиоактивности в 1896 году, беккерелем (Бк). 1Бк – такое количество радионуклида, в котором за одну секунду происходит один распад. Так как беккерель очень малая величина, то используют кратные величина : кБк – калобеккерель (10³ Бк), МБк – мегабеккерель (10⁶ Бк), ГБк – гигабеккерель (10⁹ Бк).

Внесистемной единицей активности является кюри (Ки). Кюри – это такая активность, когда число радиоактивных распадов в секунду равно 3,7 х 10¹⁰ (37 млрд. расп./с). Кюри соответствует активности 1г радия. Так как кюри очень большая величина, то обычно употребляют производные величины: мКи – милликюри (тясячная доля кюри) – 3,7 х 10⁷ расп/с; мкКи – микрокюри (миллионная доля кюри) – 3,7 х 10⁴ расп/с; нКи – нанокюри (миллиардная доля кюри) – 3,7х10 расп/с.

Зная активность в беккерелях, не трудно перейти к активности в кюри и наоборот:

1 Ки = 3,7 х 10¹⁰ Бк = 37 гигабеккерель;

1 мКи = 3,7 х 10⁷ Бк = 37 мегабеккерель;

1 мкКи= 3,7 х 10⁴ Бк = 37 килобеккерель;

1 Бк = 1 расп/с = 2,7 х 10^-11 Ки.

На практике часто пользуются числом распадов в минуту.

1 Ки = 2,22 х 10¹² расп/мин

1 мКи = 2,22 х 10⁹ расп/мин

1 мкКи = 2,22 х 10⁶ расп/мин

При измерении активности радиоактивного образца ее обычно относят к массе, объему, площади поверхности или длине. Различают следующие виды активности радионуклида. Удельная активность – это активность, приходящаяся на единицу массы вещества (активность, отнесенная к единице массы) – Бк/кг, Ки/кг. Объемная активность – это активность, приходящаяся на единицу объема – Бк/л, Ки/л, Бк/м³, Ки/м³. В случае распределения радионуклидов на поверхности активность называется поверхностной (отношение активности радионуклида, на которой находится радионуклид) – Бк/м², Ки/м2 .Для характеристики загрязнения территории применяется величина Ки/км². Естественная радиоактивность калия-40 в почве соответствует 5мКи/км² (200 Бк/м²). При загрязнении местности в 40 Ки/км² по цезию-137 на 1м² поверхности размещается 2000000 млрд. ядер, или 0,455 микрограмм цезия-137. Линейная активность радионуклида – отношение активности радионуклида, содержащегося на длине отрезка к его длине.

Массу в граммах при известной активности (например, 1Ки) радионуклида определяют по формуле m = к х А х Т½ х а, где m - масса в граммах; А – атомная масса; Т½ - период полураспада; а – активность в кюри или беккерелях; к – константа, зависящая от единиц, в которых дан период полураспада и активность. Если период полураспада дан в секундах, то при активности в беккерелях константа равна 2,4 х 10^-24 , при активности в кюри – 8,86 х 10^-14. Если период полураспада дан в других единицах, то его переводят в секунды.

Подсчитаем массу ¹³¹J с периодом полураспада 8,05 дней для создания активности в 1 кюри.

М = 8,86 х 10^-14 х 131 х 8,05 х 24 х 3600 х 1 = 0,000008г. Для стронция-90 масса равна 0,0073, плутония-239 – 16,3г, урана-238 – 3т. Возможно вычислить активность в беккерелях или кюри радионуклида при известной его массе: а₀ = l x m/ (А х Т ¹/₂), где l- параметр, обратный константе «к». При Т½ измеренных в секундах, а активности – в беккерелях, l = 4,17 х 10²³, при активности в Ки l = 1,13 х 10¹³. Так, активность 32,6 г плутония- 239 равно

а₀ = 1,13 х 10¹³ х 32,6 (239 х 24300 х 365 х 24 х 3600)=2 Ки

а₀= 4,17 х 10¹³ х 32,6 ( 239 х 24300 х 365 х 24 х 3600)= 7,4 х 10¹⁰ Бк

Биологическое действие радиации обусловлено ионизацией облучаемой биологической среды. На процесс ионизации излучение растрачивает свою энергию. Т.е., в результате взаимодействия излучения с биологической средой живому организму передается определенная величина энергии. Часть излучения, которая пронизывает облучаемый объект (без поглощения ), действия на него не оказывает. Радиационный эффект зависит от многих факторов: количества радиоактивности снаружи и внутри организма, пути ее поступления, вида и энергии излучения при распаде ядер, биологической роли облучаемых органов и тканей т.д. Объективным показателем, увязывающем все эти разнообразные факторы, является количество поглощенной энергии излучения от ионизации, которую эта энергия производит в массе вещества.

Для того, чтобы предсказать величину радиационного эффекта, нужно научиться измерять интенсивность воздействия ионизирующего излучения. А это можно сделать, измерив поглощенную в объекте энергию или суммарный заряд образовавшихся при ионизации ионов. Эта величина поглощенной энергии получила название дозы.