4.3. Види доз іонізуючих випромінень, одиниці їх вимірювання, порядок розрахунку і застосування

Розрізняють три основних види доз іонізуючих випромінень:

1) експозиційну;

2) поглинуту;

3) еквівалентну.

Експозиційною є доза, яку утворює джерело іонізуючого випромінення в повітрі. Позасистемною одиницею експозиційної дози є Рентген (Р).

Рентген – це така кількість іонізуючих випромінень, яка утворює в 1 см³ сухого повітря при нормальних умовах біля 2 млрд. пар іонів. 1 Р = 2,08 ·

10⁹ пар іонів на 1 см³ повітря.

Похідними від Р є: 1 мР = 1 · 10^-3 Р; 1 мкР = 1 · 10^-6 Р.

В системі СІ за одиницю експозиційної дози прийнято кулон на кілограм (Кл/кг). 1 Кл/кг = 3876 Р = 3,88 · 10³ Р.

Для створення однієї пари іонів витрачається енергії:

а) в повітрі – 34 еВ

б) у воді – приблизно 60 еВ;

в) у м’якій біологічній тканині – приблизно 68 еВ. Експозиційна доза розраховується за формулою:

^D_х ^{= Рt}

де Р – потужність дози (доза, віднесена до одиниці часу);

t – час.

Поглинутою є доза, яка визначає кількість енергії іонізуючих випромінень, поглинутої одиницею маси чи об’єму опромінюваної речовини (об’єкту, суб’єкту, окремого елемента).

Позасистемною одиницею поглинутої дози є рад. 1 рад – це енергія 1 Р, поглинута в одиниці маси чи об’єму опромінюваного об’єкта.

Похідними від рада є: 1 мрад = 1 · 10^-3 рад; 1 мкрад = 1 · 10^-6 рад.

В системі СІ за одиницю поглинутої дози прийнято Грей (Гр). 1 Гр =

100 рад; 1 рад = 0,01 Гр = 1 · 10^-2 Гр = 1 сГр.

Подальшими похідними є: 1 мГр = 1 · 10^-3 Гр; 1 мкГр = 1 · 10^-6 Гр. Поглинута доза для джерел направленої дії розраховується за

формулою:

^{де D}_x ^{– експозиційна доза;}

D_p = D_xW

W – середньозважений коефіцієнт для різних органів і тканин організму

людини, який дає можливість вирівняти ризик опромінення незалежно від того, опромінюється все тіло рівномірно, чи ні (табл. 18).

18. Значення коефіцієнта W для різних органів і тканин організму людини

Орган чи тканина	W
Статеві залози	0.25
Молочна залоза	0.15
Червоний кістковий мозок	0.12
Легені	0.12
Щитовидна залоза	0.03
Кісткова тканина (поверхня)	0.03
Інші органи і тканини	0.30
Все тіло	1.00

Задача: Потужність рентгенівського апарату становить 600 Р/год. Визначити поглинуту дозу, отриману при рентгеноскопії грудної клітини на серце, легені, молочну залозу, червоний кістковий мозок, кісткову тканину, якщо час експозиції становив 3 хв.

Порядок рішення.

^{1. Визначаємо експозиційну дозу: D}_x ^{= (600 Р/год х 3) : 60 = 30 Р}

2. Визначаємо поглинуту дозу на:

а) серце: 30 · 0,30 = 9 рад;

б) легені: 30 · 0,12 = 3,6 рад;

в) молочну залозу: 30 · 0,15 = 4,5 рад;

г) червоний кістковий мозок: 30 · 0,12 = 3,6 рад;

д) кісткову тканину: 30 · 0,03 = 0,9 рад.

3. Визначаємо сумарну дозу на організм: 9 + 3,6 + 4,5 + 3,6 + 0,9 = 21,6 рад.

Еквівалентна доза визначає кількість енергії будь-якого виду

іонізуючого випромінення, поглинутої одиницею маси чи об’єму опромінюваного суб’єкту з урахуванням відносної біологічної ефективності (ВБЕ).

Позасистемною одиницею еквівалентної дози є біологічний еквівалент рада (бер). Бер – це така кількість енергії будь-якого виду

випромінень, поглинутої в 1 г тканини при якій спостерігається такий же радіобіологічний ефект, як при 1 рад фотонного випромінення.

Похідними від бера є: 1 мбер = 1 · 10^-3 бер; 1 мкбер = 1 · 10^-6 бер.

В системі СІ за одиницю еквівалентної дози прийнято Зіверт (Зв). 1 Зв

= 100 бер; 1 · 10^-2 бер = 1 сЗв.

Подальшими похідними є: 1 мЗв = 1 · 10^-3 Зв; 1 мкЗв = 1 · 10^-6 Зв. Еквівалентна доза розраховується за формулою:

^D_н ^{= D}_p^ВБЕ

^{де D}_p ^{– поглинута доза;}

ВБЕ – коефіцієнт відносної біологічної ефективності різних видів

іонізуючих випромінень (табл. 19).

19. Відносна біологічна ефективність різних видів іонізуючих випромінень

Вид іонізуючого випромінення	ВБЕ
Рентгенівське та γ-випромінення	1
Електрони, позитрони, β-випромінення	1
Протони з енергією Е<10 МеВ	10
Нейтрони з енергією Е<20 кеВ	3
Нейтрони з енергією Е = 0,1...10,0 МеВ	10
α-випромінення з енергією Е<10 МеВ	20
Важкі ядра віддачі	20

Для визначення еквівалентної дози від зовнішнього γ-випромінення на території з високим γ-фоном при розрахунку поглинутої дози використовується перехідний множник f (табл. 20).

Основні фізичні величини і одиниці, що використовуються в радіобіології, наведені в таблиці 21.

Задача: γ-фон на території біля 12-го навчального корпусу НАУ становить 17 мкР/год. Визначити еквівалентну дозу γ-випромінення для людини за один рік в м’язах при енергії фотонів 400 кеВ.

Порядок рішення:

1. Визначаємо експозиційну дозу: 17 мкР/год · 24 год · 365 діб = 148920 мкР/рік.

2. Визначаємо поглинуту дозу для енергії 400 кеВ для м’язової тканини:

148920 мкР/рік · 0,96 = 142963,2 мкрад.

3. Визначаємо еквівалентну дозу: 142963,2 мкрад · 1 = 142963,2 мкбер =

0,14 бер = 0,14 сЗв. Зона жорсткого радіаційного контролю (4-та) вище 0,1 сЗв, але оскільки доаварійний фон по Києву становив 10 мкР, то нечорнобильські радіонукліди становлять таку частину дози: 10 ·

24 · 355 = 87600 мкР/рік

87600 мкР/рік · 0,96 = 84096 мкрад = 0,084 бер

4. Доза від радіонуклідів Чорнобильського походження становить:

0,14 – 0,084 = 0,056 бер = 0,056 сЗв.

20. Перехідний множник f від експозиційної до поглинутої дози

Енергія фотонів, кеВ	Об’єкт опромінення
	вода	м’язи	кістки
	Перехідний множник f, рад/Р
10	0.91	0.92	3.46
50	0.90	0.93	3.52
100	0.95	0.95	1.45
400	0.97	0.96	0.93
1000	0.97	0.96	0.93
2000	0.97	0.96	0.93

21. Основні фізичні величини та одиниці їх вимірювання

Величина		Одиниці вимірювання
Назва	Позна- чення	Назва		Позначення
		СІ	Позасистемна	Укр.	Англ.
Активність радіонукліда	А	Беккерель (2.7·10^-^11Кі) Кюрі (3.7·10^1^0Бк)		Бк Кі	Bq Ci
Експозиційна доза	Х	Кулон на кілограм (3.88·10^3Р) Рентген (2.58·10^-^4Кл/кг)		Кл/кг Р	C/kg R
Поглинута доза	D	Грей (1·10^2рад) рад (1·10^-^2Гр)		Гр рад	Gy rad
Еквівалентна доза	Н	Зіверт (1·10^2бер) бер (1·10^-^2Зв)		Зв бер	Sv rem
Потужність експозиційної дози	^PХ	Ампер на кілограм (3.88·10^3Р/с) Рентген в секунду (2.58·10^-^4А/кг)		А/кг Р/с	A/kg R/s
Потужність поглинутої дози	^РD	Грей в секунду (1·10^2рад/с) Рад в секунду (1·10^-^2Гр/с)		Гр/с рад/с	Gy/s rad/s
Потужність еквівалентної дози	^РН	Зіверт в секунду (1·10^2бер/с) бер в секунду (1·10^-^2Зв/с)		Зв/с бер/с	Sv/s rem/s