Поглощенная доза

После того как были открыты бета-излучение и альфа-излучение, стал вопрос оценки этих излучений при взаимодействии с окружающей средой. Экспозиционная доза для оценки этих излучений оказалась непригодной, так как степень ионизации от них оказалась различной в воздухе, в различных облучаемых веществах и в биологической ткани. Поэтому была предложена универсальная характеристика - поглощенная доза.

Поглощенная доза — количество энергии Е, переданное веществу ионизирующим излучением любого вида в пересчете на единицу массы т любого вещества.

Другими словами, поглощенная доза (D) - это отношение энергии dE, которая передана веществу ионизирующим излучением в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

1 Дж/кг = 1 Грей. Внесистемная единица - рад (радиационная адсорбционная доза). 1 Грей = 100 рад.

Можно использовать и дробные значения единиц, например: мГр, мкГр, мрад, мкрад и др.

Примечание. Согласно РД50-454-84 использование единицы «рад» не рекомендуется. Однако на практике имеются приборы с этой градуировкой, и она пока используется.

В определение поглощенной дозы входит понятие средней энергии, переданной веществу в определенном объеме. Дело в том, что из-за статистической природы излучения и вероятностного характера взаимодействия излучения с веществом величина переданной энергии веществу подвержена флюктуациям. Предсказать ее значение при измерении заранее нельзя. Однако, проведя ряд измерений, можно получить среднее значение этой величины.

Доза в органе или биологической ткани (D,r) - средняя поглощенная доза в определенном органе или ткани человеческого тела:

D_T = E_T/m_T,(4)

где Е_Т - полная энергия, переданная ионизирующим излучением ткани или органу; m_Т - масса органа или ткани.

При облучении вещества поглощенная доза нарастает. Скорость нарастания дозы характеризуется мощностью поглощенной дозы.

Мощность поглощенной дозы ионизирующего излучения - отношение приращения поглощенной дозы излучения dD за интервал времени dt к этому интервалу:

Единицы измерения мощности дозы: рад/с, Гр/с, рад/ч, Гр/ч и т.д.

Мощность поглощенной дозы в ряде случаев можно рассматривать как величину постоянную на каком-то небольшом интервале времени или изменяющуюся по экспоненте на значительном интервале времени, тогда можно считать, что:

Керма — аббревиатура английских слов в переводе обозначает «кинетическая энергия ослабления в материале». Характеристика используется для оценки воздействия на среду косвенно ионизирующих излучений. Керма - это отношение суммы первоначальных кинетических энергий dE_k всех заряженных частиц, образованных косвенно ИИ в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

К = dE_k /dm. (7)

Единицы измерения в СИ и внесистемная: Грей и рад соответственно.

Керма введена для более полного учета поля излучения, в частности плотности потока энергии, и используется для оценки воздействия на среду косвенно ионизирующих излучений.

Эквивалентная доза

Установлено, что при облучении одной и той же энергией биологической ткани человека (то есть при получении одной и той же дозы), но различными видами лучей последствия для здоровья будут разными. Например, при облучении альфа-частицами тела человека вероятность заболеть раком значительно выше, чем при облучении бета-частицами или гамма-лучами. Поэтому для биологической ткани была введена характеристика - эквивалентная доза.

Эквивалентная доза (HTR) - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий коэффициент качества излучения WR данного вида излучения R.

Введена для оценки последствий облучения биологической ткани малыми дозами (дозами, не превышающими 5 предельно допустимых доз при облучении всего тела человека), то есть 250 мЗв/год. Ее нельзя использовать для оценки последствий облучения большими дозами.

Доза эквивалентная равна:

H_T.R = D_T.R · W_R,(8)

где D_T.R — поглощенная доза биологической тканью излучением R; W_R - весовой множитель (коэффициент качества) излучения R (альфа-частиц, бета-частиц, гамма-квантов и др.), учитывающий относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов (табл. 1). Этот множитель зависит от многих факторов, в частности от величины линейной передачи энергии, от плотности ионизации вдоль трека ионизирующей частицы и т.д.

Формула (8) справедлива для оценки доз как внешнего, так и внутреннего облучения только отдельных органов и тканей или равномерного облучения всего тела человека.

При воздействии различных видов излучений одновременно с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для всех этих видов излучения R:

H_T = Σ H_T.R(9)

Установлено, что при одной и той же поглощенной дозе биологический эффект зависит от вида ионизирующих излучений и плотности потока излучения.

Примечание. При использовании формулы (8) средний коэффициент качества принимают в данном объеме биологической ткани стандартного состава: 10,1% водорода, 11,1% углерода, 2,6 % азота, 76,2 % кислорода.

Единица измерения эквивалентной дозы в системе СИ - Зиверт (Зв).

Зиверт - единица эквивалентной дозы излучения любой природы в биологической ткани, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр образцового рентгеновского излучения с энергией фотонов 200 кэВ, Используются также дробные единицы - мкЗв, мЗв. Существует и внесистемная единица - бэр (биологический эквивалент рада), которая постепенно изымается из пользования.

1 Зв = 100 бэр.

Используются также дробные единицы — мбэр, мкбэр.

Таблица 1. Коэффициенты качества излучения

Вид излучения и диапазон энергии	Коэффициенты качества WE
Фотоны всех энергий	1
Электроны всех энергий	1
Нейтроны с энергией:
< 10 кэВ	5
от 10 кэВ до 100 кэВ	10
> 100 кэВ до 2 Мзв	20
> 2 МэВ до 20 МэВ	10
> 20 МэВ	5
Протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи	5
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20
Примечание. Все значения относятся к излучению, падающему на тело, а в случае внутреннего облучения - испускаемому при ядерном превращении.

Примечание. Коэффициент W_R учитывает зависимость неблагоприятных биологических результатов облучения в малых дозах от полной линейной передачи энергии (ЛПЭ) излучения. В таблице 2 приведена зависимость весового коэффициента качества W_R от ЛПЭ.

Таблица 2. Зависимость коэффициента качества WR от ЛПЭ

ЛПЭ	нЖд/м	≤0,56	1Д		3,7		8,5		≥28
в воде	кэВ/мкм	≤3,5	7,0		23		63		≥175
WR		1		2		5		10	20

Мощность эквивалентной дозы - отношение приращения эквивалентной дозы dH за время dt к этому интервалу времени:

Единицы измерения мощности эквивалентной дозы мЗв/с, мкЗв/с, бэр/с, мбэр/с и т.д.