Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
25
Добавлен:
29.02.2016
Размер:
541.45 Кб
Скачать

Тема3. Ионизирующие излучения, их характеристики. Методы измерений.

1.Активность и ее единицы измерения.

2.Экспозиционная доза.

3.Поглощенная доза.

4.Эквивалентная доза.

5.Эффективная доза.

6.Методы обнаружения ионизирующих излучений.

7.Классификация приборов. (+ Слайды )

Дозой излучения называется часть энергии радиационного излучения, которая расходуется на ионизацию и возбуждение атомов

имолекул любого облученного объекта.

Взависимости от места нахождения источника облучения различают внешнее и внутреннее облучение.

Источники излучения могут быть как точечными так, и

распределены на поверхности, в объеме или в массе вещества.

Связь понятий источника излучения, поля, дозы и биологического эффекта демонстрируется рис.1.

ИСТОЧНИК

 

ПОЛЕ

 

 

 

ОБЛУЧЕНИЕ

 

 

 

 

неживых организмов

 

живых организмов

АКТИВНОСТЬ

 

ЭКСПОЗИЦИОННАЯ

 

ПОГЛОЩЕННАЯ

 

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОЗА

 

ДОЗА

 

ДОЗА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К Ю Р И

 

Р Е Н Т Г Е Н

 

Р А Д

 

Б Э Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б Е К К Е Р Е Л Ь

 

К У Л О Н / КГ

 

Г Р Е Й

 

З И В Е Р Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

Б

Рис.1 – Связь понятий источника излучения, поля излучения, доз и радиобиологического эффекта

1

Вопрос 1. Активность и ее единицы измерения.

Каждое радиоактивное вещество распадается с определенной интенсивностью. Для количественной характеристики процессов

распада вводится понятие активности - А.

Под активностью радионуклидов понимают количество их ядер, которые распадаются за единицу времени. Единицей активности радионуклидов в Международной системе единиц является беккерель (Бк), названный так в честь первооткрывателя этого явления (Анри Антуана Беккереля). Дадим определение 1 Бк.

1 Бк - это такая активность радиоактивного вещества, при которой за 1 с происходит одно самопроизвольное ядерное превращение. 1 Бк = 1расп./с.

Если, например, активность источника равна 500 Бк, то это означает, что он содержит радионуклиды, 500 из них распадаются каждую секунду.

Величины в тысячу и миллион беккерель обозначаются соответственно как килобеккерель (кБк) и мегабеккерель (МБк):

1 кБк = 103Бк; 1 МБк =10бБк.

Широко используется и старая (внесистемная) единица активности - кюри (Ки), которая названа так в честь Пьера-Жолио Кюри и Марии Складовской-Кюри, исследователей, первыми получившими чистый радий.

Значению 1 Ки - приблизительно соответствует активность 1 г чистого радия, в котором за 1 с распадается 37 млрд. или 3,7 · 1010 ядер.

Один кюри – это активность одного грамма радия. Данной единицей широко пользуются при оценке загрязненности территории каким-либо радиоактивным элементом. Например

5 Ки/км2 Цезия-137 означает, что суммарная активность этого элемента на территории в 1 км2 составляет 5Ки или 18,5 · 1010 Бк. Зная величину предельно допустимой поверхностной активности на данной территории и период полураспада элемента ,можно легко вычислить время, через которое активность из-за физического распада уменьшится до уровня, когда возможно возобновление хозяйственной деятельности. Например если на настоящее время уровень поверхностной активности по цезию-

137 равен 40 Ки/ км2 ,то снижение до значения ниже 1 Ки/ км2 при периоде полураспада 30 лет произойдет приблизительно через

5,5·Т1/2,т.е через 165 лет. Практически полное исчезновение

2

активности для любого элемента происходит через 10-20

периодов его полураспада. Следует отметить его, что миграция его радионуклидов, усвоение их растениями, их перенос в результате техногенной деятельности может значительно ускорить этот процесс.

Кюри - относительно большая единица активности, поэтому часто используют ее тысячные (милликюри (мКи)), миллионные (микрокюри (мкКи)) и миллиардные (нанокюри (нКи)) доли:

1 мКи =10-3 Ки; 1 мкКи = 10-6Ки; 1нКи=10-9 Ки.

Используются и большие, чем кюри, единицы активности: килокюри (кКи) и мегакюри (МКи).

1 кКи = 103Ки; 1 МКи=106Ки.

Между кюри и беккерелем существует следующее соответствие:

1 Ки =3,7·1010расп/с = 3,7·1010Бк, 1 Бк = 1расп/с = 2,7 ·10-11 Ки.

Для соблюдения правил радиационной безопасности часто необходимо определить не только активность радиоактивного вещества, но и его концентрацию (т.е. объемную активность) в воде или атмосфере, а так же зараженность поверхности земли.

Например, допустимую концентрацию радионуклидов в воде удобно измерять в беккерелях на литр - Бк/л, в воздухе - в беккерелях на м3 - Бк/м3, на местности - в беккерелях на м2 - Бк/м2.

Активность объѐмная об)-отношение активности (а) радионуклида, содержащегося в образце, к его объѐму (v):

Аоб =А/v, Бк/л(Ки/л)

Допустимый уровень объемной активности цезия-137 в молоке составляет 100 Бк/л.

Активность удельная (Aуд) - отношение активности (А)

радионуклида, содержащегося в образце, к массе образца (М):

Aуд=A/M, Бк/кг(Ки/кг).

Допустимый уровень удельной активности цезия-137 в мясе (говядине) и мясных продуктах составляет 500 Бк/кг.

Активность поверхностная пов)-отношение активности (А)

радионуклида, содержащегося на поверхности, к площади

поверхности (s):

Апов = A/s, Бк/м2 (Ки/км2).

Так, зона с правом на отселение включает территории, уровень поверхностного загрязнения которых цезием-137 составляет 5-15 Ки/км2.

Определение активности изотопа еще ничего не говорит о дозе и виде радиоактивного излучения, она только

3

указывает на количество ядер, распавшихся в 1 секунду. Более того, одинаковая активность разных радионуклидов не вызывает одинаковых повреждений тканей организма.

Одним из важных условий радиационной безопасности является выявление количественной связи между уровнем воздействия и теми эффектами в окружающей среде, которые обусловлены ионизирующим излучением. Эти связи выявляются с помощью понятий различных доз облучения:

1)экспозиционной дозы;

2)поглощенной дозы;

3)эквивалентной дозы;

4)эффективной дозы.

Вопрос 2. Экспозиционная доза.

Гамма-излучение или рентгеновское излучение образует в воздухе определѐнное количество пар ионов. Именно для них и определена экспозиционная доза, которая является количественной характеристикой поля ионизирующего излучения. Она зависит от величины ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении в 760 мм рт. ст.

Экспозиционная доза - это величина отношения суммарного заряда всех ионов одного знака, которые образуются рентгеновским или гамма-излучением в некотором объѐме, к массе воздуха в этом объѐме.

Дозу облучения обусловленную воздействием рентгеновского или гамма-излучения, используют для оценки радиационной обстановки на местности, в производственных или жилых помещениях. Единицей экспозиционной дозы в СИ является 1 кулон делѐнный на 1 кг облучѐнного воздуха - 1 Кл/кг.

Старой (внесистемной) единицей экспозиционной дозы является

рентген (Р)

1Рентген - такая доза облучения рентгеновским или гаммаизлучением, при прохождении которого через 1,29•10-6 кг (1см3) воздуха при температуре 0оС, давления 1013 гПа (760 мм РТ. Ст.), в результате завершения всех ионизационных процессов, вызванных этими излучениями, образуется заряд равный 3,34• 10-10 Кл каждого знака, что соответствует возникновению 2 млрд. ( 2,08• 109) пар ионов

Доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой в 1г, то есть активностью в 1 Ки.

4

Применяются и более мелкие единицы: миллирентген (мР) и

микрорентген (мкР).

1 мР = 10-3 Р, 1 мкР= 10-6 P.

Соотношение между старой и новой единицей измерения экспозиционной дозы

1 Р = 2,58 · 10-4 Кл/кг, 1 Кл/кг = 3876 Р.

Таким образом, новая единица значительно больше чем старая.

Примечание: Согласно РД 50-454-84 характеристика «экспозиционная доза» подлежит изъятию из употребления. Однако, в настоящее время многие приборы еще отградуированы в рентгенах и продолжают использоваться. Вместе с тем, можно назвать причины изъятия из обращения экспозиционной дозы:

экспозиционная доза введена только для фотонного излучения и не может быть использована для смешанного излучения;

даже для фотонного излучения область практического использования экспозиционной дозы ограничена энергией 3 МэВ;

значения экспозиционной дозы в Рентгенах и поглощенной дозы в воздухе в радах отличаются всего лишь примерно в 1,14 раза;

существенное изменение размеров единиц при переходе на единицы СИ и нецелочисленный, неудобный коэффициент связи между системными и внесистемными единицами могут быть причинами многих ошибок.

Учитывая, что экспозиционная доза накапливается во времени, на практике используется и понятие мощность экспозиционной дозы, которая характеризует интенсивность излучения.

Мощность экспозиционной дозы – отношение приращения экспозиционной дозы за интервал времени dt к этому интервалу:

 

 

 

d

 

(1)

dt

 

 

Единицы измерения: в системе СИ – А/кг (ампер на кг); внесистемная единица

– Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и т.д. Мощность дозы, измеренная на высоте 70–100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации.

Нормальный радиационный фон (мощность экспозиционной дозы) не превышает 20 мкР/ч .

Вопрос 3. Поглощѐнная доза (Dпогл).

Экспозиционная доза характеризует поле радиации вокруг объектов. Воздействие же на объект (организм) оказывает только та часть радиации, которую этот объект или организм поглотил. Поэтому наиболее удобной характеристикой, которая определяет степень воздействия излучения на объект, является поглощенная энергия излучения.

Поглощѐнная доза - это количество энергии Е, переданное

5

веществу ионизирующим излучением любого вида в пересчете на единицу массы м любого вещества.

 

D

dE

, [D]= Дж/кг

 

(2)

 

 

dm

 

 

 

 

 

 

 

За единицу поглощенной дозы в

СИ принимается

грей (Гр)

(Единица названа по имени Луи Гарольда Грея - лауреата премии имени Рентгена, радиобиолога).

1 Грей - это такая поглощенная доза излучения, при которой массе облучѐнного вещества в 1 кг, передаѐтся энергия ионизирующего излучения в 1 джоуль, т.е. 1 Гр = 1 Дж/кг.

В некоторых случаях доза радиации может быть значительно меньше чем 1Гр.

Тогда еѐ измеряют в тысячных-миллигреях (мГр),миллионных -

микрогреях (мкГр) частях грея.

1 мГр = 10-3 Гр;1 мкГр= 10-6 Гр.

Внесистемной единицей поглощѐнной дозы является рад (радиационная адсорбционная доза).

Соотношение: 1 Гр = 100 рад;1 рад = 0,01 Гр.1 рад = 0,01 Дж/кг.

Для мягких тканей в поле рентгеновского или гамма-излучения поглощѐнной дозе в 1 рад соответствует экспозиционная доза равная ~ 1 рентген.

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

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:

 

dD

 

 

D = Р =

(3)

dt

 

 

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

Вопрос 4. Эквивалентная доза (Нэкв).

При одной и той же поглощѐнной дозе разные виды излучения вызывают не одинаковые повреждения биологических объектов. Это объясняется их разной способностью к ионизации вещества. Биологический эффект зависит не только от дозы облучения, но и от вида ионизирующей радиации. Например, при облучении альфа-частицами тела человека вероятность заболеть раком выше, при облучении бета-частицами или гамма лучами.

6

Поэтому для биологической ткани введена характеристика -

эквивалентная доза

Эквивалентная доза излучения ( НT.R )– поглощенная доза в органе или ткани Т, 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.

Коэффициент качества излучения - коэффициент, который показывает, во сколько раз данный вид излучения более биологически опасен, чем рентгеновское или гаммаизлучение при одинаковой поглощѐнной дозе.

 

НT.R = DT.R·WR,

 

( 4 )

где: DT.R поглощенная доза биологической тканью излучением R; WR

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).

Таблица 1 Коэффициенты качества излучения

Вид излучения

Значение

 

коэффициента качества

Рентгеновское и гамма-излучение

1

 

 

Бета-излучение

1

 

 

Протоны с энергией более 2 МэВ

5

 

 

Нейтроны с энергией меньше 10 кэВ

5

 

 

Нейтроны с энергией от 10 - 100 кэВ

10

 

 

Альфа-излучение с энергией меньше 10 МэВ

20

 

 

Альфа частицы, осколки деления

20

 

 

Как вы видите из таблицы, рентгеновское или гамма-излучение и бета-излучение повреждают живой организм примерно одинаково и для них WR = К.К. = 1.

Для альфа-излучения WR = К.К. = 20. Это означает, что альфа-излучение, которое попадает внутрь организма в 20 раз более опасное.

Взвешивающие коэффициенты WR не зависят от облучаемого органа или ткани. Значения WR определены в зависимости от вида и энергии излучения R и характеризуют источник излучения.

Формула (4) справедлива для оценки доз как внешнего, так и внутреннего облучения только отдельных органов и тканей или равномерного облучения

7

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:

НТ = У НТ.

R

(5)

В системе СИ единицей эквивалентной дозы излучения является

Зиверт (Зв).

Эта единица названа по имени Зиверта - крупного исследователя в области дозиметрии и радиационной безопасности.

Применяются и более мелкие единицы: миллизиверт (мЗв) и

микрозиверт (мкЗв).

1 мЗв = 10-3 Зв , 1 мкЗв = 10-6 Зв.

Однако применяется и внесистемная единица эквивалентной дозы излучения – биологический эквивалент рентгена (бэр.)

Бэр - единица эквивалентной дозы любого вида излучения в биологических тканях, которая создаѐт такой же биологический эффект, что и поглощѐнная доза в 1 рад рентгеновского или гаммаизлучения.

1 бэр = 10-2 Зв = 0.01 Зв, 1 Зв = 102 бэр = 100 бэр.

Пример: Основной пределы доз (ПД) облучения для населения Эквивалентная доза, за год в хрусталике глаза для населения– 15мЗв

Если поглощенная доза измеряется в радах, то эквивалентная в бэрах, а если поглощѐнная доза измеряется в греях, тогда эквивалентная доза в зивертах.

Мощность эквивалентной дозы МЭД

Значения мощности эквивалентной дозы часто применяют для измерения мощности дозы внешнего облучения.

Мощность эквивалентной дозы МЭД показывает, какую дозу от воздействия внешнего гамма-излучения можно получить человек, находясь в данной точке пространства в единицу времени.

МЭД в органе или ткани равна производной от эквивалентной дозы по времени

(6)

Единицей измерения мощности эквивалентной дозы является микрозиверт в час. Так, например, МЭД при обследовании помещения составило 0,10 мкЗв/час.

Для измерения гамма-излучения («уровня радиации») в

8

окружающей среде применяются приборы – дозиметры и дозиметрырадиометры. Дозиметр показывает суммарное значение естественного фон (космическое излучение, излучение от природных источников, стройматериалов и пр.) и техногенного фона.

Амбиентный эквивалент дозы H* (амбиентная доза d) является

операционной величиной внешнего облучения для контроля радиационной обстановки.

Примечание Перевод англоязычного термина ambient (от лат. ambi - кругом, вокруг, с обеих сторон) dose equivalent - эквивалент дозы, характеризующей радиационную обстановку.

Мощность амбиентного эквивалента дозы равна производной от амбиентного эквивалента дозы dH*(d) по времени.

Мощность амбиентного эквивалента дозы используется для контроля радиационной обстановки в рабочих помещениях и на рабочих местах с целью группового дозиметрического контроля персонала.

Ожидаемая эквивалентная доза определена как временной интеграл мощности эквивалентной дозы в органе или ткани, которая формируется в течение некоторого времени ф после поступления радиоактивного вещества в организм стандартного человека:

(7)

где t0 - момент поступления, a НT(ф) - мощность эквивалентной дозы в органе или ткани T к моменту времени t. Значение ф соответствует ожидаемой оставшейся продолжительности жизни человека. Для стандартизации дозиметрических расчетов принято, что ф=50 лет для взрослых людей старше двадцати лет и ф=(70- t0) лет для детей и лиц моложе двадцати лет. Единица ожидаемой эквивалентной дозы зиверт (Зв).

Вопрос 5. Эффективная доза (Е).

В случае неравномерного облучения тела человека формула (1) использована быть не может, так как биологический эффект может оказаться другим. Неравномерное облучение тела человека возникает, как при внутреннем, так и при внешнем облучении. Дело в том, что различные радионуклиды, попавшие вместе с пищей или водой в организм человека, имеют свойство накапливаться в определенных органах. Так, радиоактивный йод преимущественно накапливается в щитовидной железе, калий – в мышцах, стронций-90 – в костях и т.д. При внешнем облучении разные ткани могут также

облучаться неравномерно.

Для

оценки этих

видов

облучения и введена

«эффективная доза».

 

 

 

 

Эффективная доза

(Е)

– это такая

доза

при неравномерном

 

 

 

 

9

облучении тела человека, которая равна эквивалентной дозе при равномерном облучении всего организма, при этом риск неблагоприятных последствий будет таким же, как и при неравномерном облучении тела человека.

Учет неравномерного облучения производится с помощью коэффициента радиационного риска WT (взвешивающий коэффициент), который учитывает радиочувствительность различных органов человека:

Е = Hтi · WTi,

(8)

где i эквивалентная доза в данном i-том органе биологической ткани Т;

WTi взвешивающий коэффициент для тканей и органов, учитывающий чувствительность разных органов и тканей при возникновении стохастических эффектов в i-м органе; сумма рассматривается по всем тканям T (Таблица 2).

Взвешивающий коэффициент характеризует отношение стохастического риска поражения какого-либо органа или ткани к риску поражения всего организма при равномерном облучении всего тела. Риск поражения всего организма принимают равным 1, т.е. сумма i-х коэффициентов риска равна 1. Значения WTi, приведенные в таблице 2. рекомендует МКРЗ.

Таблица 2 Взвешивающие коэффициенты WT*

Ткань или орган

Коэффициент WTi

Половые железы

0,20

Красный костный мозг

0,12

Толстый кишечник

0,12

Легкие

0,12

Желудок

0,12

Мочевой пузырь

0,05

Молочные железы

0,05

Печень

0,05

Пищевод

0,05

Щитовидная железа

0,05

Кожа, клетки костных поверхностей

0,01

Остальные органы

0,05

Примечание к таблице 2. При расчетах учитывать, что «остальные органы» включают надпочечники, головной мозг, экстраторакальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку, вилочковую железу и матку. В тех случаях, когда один из перечисленных органов получает эквивалентную дозу, превышающую самую большую дозу, полученную любым из двенадцати органов, для которых определены взвешивающие коэффициенты, следует приписать этому органу взвешивающий коэффициент, равный 0,025, а оставшимся органам из рубрики «остальные органы» приписать суммарный коэффициент, равный

0,025.

Единицы измерения эффективной дозы те же, что и эквивалентной дозы.

Пример: Основной пределы доз (ПД) облучения для населения – Эффективная доза – 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год.

10

Соседние файлы в папке Лекции Поляков Защита населения