3.4. Поглощённая доза

Поглощенная доза излучения является основной величиной, определяющей степень радиационного воздействия. Экспозиционная доза характеризует поле радиации вокруг объекта. Воздействие же на объект (организм) оказывает только на часть радиации, которую поглощает этот объект. Для измерения поглощенной энергии введено понятие поглощенная доза.

Поглощенная доза излучения – это величина энергии, поглощенной в единице объема ( или массы) облучаемого вещества.

За единицу поглощенной дозы в СИ принимают джоуль на килограмм (Дж/кг), т.е. это такая поглощенная доза, при которой в 1 кг массы облучаемого вещества поглощается 1 Дж энергии излучения. Этой единице присвоено наименование грей (Гр).

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад (radiation absorbent dose), она в 100 раз меньше Гр. Рад – единица поглощенной дозы ионизирующего излучения, при которой веществом массой 1 г поглощается энергия излучения, равная 100 эрг.

1 рад = 100 эрг/г = 10^-2 Дж/кг. 1 Гр = Дж/кг = 100 рад.

Применяют такие производные величины от Гр и рад.

мГр – миллигрей (10^-3 Гр)

мкГр –микрогрей (10^-6 Гр)

крад – килорад (10^-9 рад) и т.д.

Мощность поглощенной дозы – это поглощенная доза, отнесенная к единице времени. За единицу мощности в СИ принят ватт/кг (Вт/кг) – ватт равен мощности, при которой работа в 1 Дж проводится за 1 с.

Внесистемные единицы: рад в час (рад/ч), рад в мин (рад/мин), грей в секунду (Гр/с), рад в секунду (рад/с).

Если в воздухе экспозиционная доза в 1 Р энергетически эквивалента 88 эрг/г, то поглощенная доза для этой среды составляет 0,88 раз (88:100), так как 1 рад = 100 эрг/г. Таким образом экспозиционная доза в 1 Р соответствует поглощенной дозе в 0,88 рад.

Для различных биологических тканей используют переходные коэффициенты (их определяют опытным путем). Для мягких тканей он составляет 0,93, для костной ткани – 2-5.

Поглощенная доза обычно рассчитывается для рентгеновского и гамма-излучения. Для других видов излучений принята эквивалентная доза.

3.5. Эквивалентная доза

При одной и той же поглощенной дозе различные виды излучений (альфа-, бэта-, гамма-излучения и др.) оказывают различные биологические эффекты. Объясняется это различной ионизирующей способностью. Для количественной оценки качества излучения, т. е. для сравнения различных видов излучения, введено понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ).

ОБЭ оценивают сравнением дозы излучения, вызывающий определенный биологический эффект, с дозой стандартного излучения, обусловливающего тот же эффект. ОБЭ указывает, во сколько раз биологический эффект при воздействии данного вида излучения сильней за действия стандартного облучения на биологический объект (клетку, организм в целом). Обычно в качестве стандартного излучения используют рентгеновское излучение с энергией в 180-250 кэВ. Значение (величину, коэффициент) ОБЭ вычисляют по отношению дозы рентгеновского излучения к дозе данного излучения.

Регламентированные значения ОБЭ, установленные для контроля степени радиационной опасности при хроническом облучении, называют коэффициентом качества (КК) излучения. Коэффициент качества показывает, во сколько раз данный вид излучения более биологически опасен, чем рентгеновское и гамма-излучение при одинаковой поглощенной дозе. Для рентгеновского излучения, гамма-излучения, электронов и позитронов КК равен 1,0; для нейтронов с энергией меньше 20 кэВ – 3; для протонов с энергией меньше 10 МэВ – 10; для нейтронов с энергией 0,1 – 10 МэВ – 10; для альфа-излучений и тяжелых ядер отдачи – 20. Это означает, что альфа-излучение, которое попадает внутрь организма, в 20 раз более опасно, чем гамма-излучение. С учетом различия в повреждающем воздействии разных ионизирующих излучений на организм человека применяется понятие эквивалентной дозы. При ее помощи оцениваются вредные эффекты биологического воздействия любого типа ионизирующих излучений.

Эквивалентная доза – это произведение поглощенной дозы излучения в биологической ткани на коэффициент качества этого излучения в данной биологической ткани. Единицей эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). 1 3в = Дж/кг, т.е. зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 1Дж/кг. Используются также производные единицы: мЗв – миллизиверт (в тысячу раз меньше Зв); мкЗв – микрозиверт (в миллион раз меньше Зв).

Эквивалентная доза ионизирующего излучения является основной величиной, определяющей уровень радиационной опасности при хроническом облучении человека в малых дозах. Понятие эквивалентной дозы и коэффициента качества применяют только при дозах в 10 ПДД (предельно допустимых доз). При больших дозах используют поглощенную дозу и соответствующие коэффициенты ОБЭ (Кобэ). Кобэ – отношение доз стандартного излучения (гамма-излучения ⁶⁰Со) и исследуемого ионизирующего излучения, необходимых для получения одинакового биологического эффекта. Кобэ для быстрых нейтронов равен 0,7-0,8, альфа-излучения – 0,55-1,3, нейтронов деления – 1,6-4,42.

Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рентгена). Бэр – это поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, которая имеет такую же биологическую эффективность, как и один рад.

Соотношение между дозами: 1Зв = 1 Дж/кг; 1 Зв = 100бэр;

1 бэр = 0,01 Зв = 10 ^–2 Дж/кг, 1 бэр = 10 мЗв

Мощность эквивалентной дозы – отношение эквивалентной дозы к единице времени. Зв/с, мкЗв/час. Допустимая средне годовая мощность эквивалентной дозы при облучении всего тела работающих при 36 часовой рабочей неделе равен 28 мкЗв/час, естественный фон создает мощность эквивалентной дозы в пределах 0,05 – 0,2 мкЗв/час (по данным МКРЕ – Международной комиссии по радиологическим единицам и измерениям).

Поскольку коэффициент качества равен и больше единицы, то и эквивалентная доза больше поглощенной (или равна ей). Например, для бета-излучения КК = 1 и эквивалентной дозе в 1 Зв соответствует поглощенная доза в 1 Гр. Для альфа-излучения КК = 20 поэтому эквивалентной дозе в 1 Зв соответствует поглощенная доза в 0,05 Гр (1:20).