4

Таблица 6.2

Взвешивающие коэффициенты WR для отдельных видов ионизирующего излучения при расчете эквивалентной доза [14, 4]

Вид излучения	Взвешивающий
	коэффициент wR
Фотоны любых энергий	1,0
Электроны и мюоны любых энергий	1,0
Нейтроны с энергией менее 10 кэВ (тепловые)	5,0
от 10 кэВ до 100 кэВ	10
от 100 кэВ до 2,0 МэВ	20
от 2,0 МэВ до 20 МэВ	10
более 20 МэВ	5
Протоны (кроме протонов отдачи) с энергией более 2,0 МэВ	5
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20

Таблица 6.3

Взвешивающие коэффициенты WR для отдельных видов ионизирующего излучения при расчете эквивалентной доза, рекомендуемые МКРЗ

в Публикации 103 [11]

	Вид излучения	Взвешивающий коэффициент wR
	Фотоны	1
	Электроны и мюоны	1
	Протоны и заряженные ионы	1
	Альфа-частицы, осколки деления, тя-	20
	желые ядра
	Нейтроны	Непрерывная функция энергии нейтро-
		нов (рис. 6.11, уравнение (6.60))

В Публикации 60 [14] взвешивающий коэффициент нейтронов определялся двумя способами: ступенчатой функцией (см. табл. 6.2), зависящей от энергии нейтронов, и в виде непрерывной функции (рис. 6.11), обычно применяемой в расчетах. В новых рекомендациях более корректно учтен вклад в дозу вторичных фотонов, которые в основном возникают при захвате замедленных нейтронов. При определении значений wR для нейтронов были использованы следующие непрерывные функции:

211

		2
		+ 18,2exp{−[ln(En )]	/ 6},		En < 1 МэВ
	2,5
		+ 17,0exp{−[ln(2En )]	2	/ 6},	1 МэВ≤ En ≤ 50 МэВ
	wR = 5,0

2,5 + 3,25exp{−[ln(0,04En )]2 / 6}, En ≥ 50 МэВ.

(6.60)

Рис. 6.11. Зависимость взвешивающего фактора wR от энергии нейтронов. Ступенчатая и непрерывная функция из Публикации 60 [14] и функция, рекомендуемая в Публикации 103 [11]

Подчеркнем, что значения взвешивающих коэффициентов получены для случая одинакового облучения всех органов и тканей тела человека данным видом ионизирующего излучения, т.е. они не зависят от конкретного органа. Привязка к эквивалентной дозе для конкретного органа осуществляется через усреднение по объему органа распределения поглощенной дозы. В то же время МКРЗ Публикации 26[13] ввела понятие дозового эквивалента H (англ. dose equivalent). После уточнения в Публикации 60 [14] эта величина определяется для точки в ткани следующим образом:

H = D Q,

(6.61)

212

где D – поглощенная доза в заданной точке ткани; Q – соответствующий коэффициент качества в данной точке, значение которого определяется видом и энергией заряженных частиц, проходящих через элемент малого объема в этой точке, и задается в виде

	1	∞
Q =	D		Q(L)D L dL,	(6.62)

L=0

где DL = dQ/dL – распределение D по L для заряженных частиц, дающих вклад в поглощенную дозу в заданной точке. Эта функция особенно важна для нейтронов, так как при взаимодействии нейтронов в ткани создаются различные виды вторичных заряженных частиц.

Единицей измерения эквивалента дозы так же как и эквивалентной дозы, является джоуль на килограмм (Дж/кг), имеющий название "зиверт" (Зв). Это понятие оказывается полезным при определении операционных величин (см. раздел 5.4 настоящей главы).

Эквивалентную дозу рекомендуется использовать только для целей радиационной безопасности до значений, не превышающих 50 мЗв при кратковременном воздействии. В этой области выраженность биологического эффекта зависит только от поглощенной дозы и ЛПЭ. В то же время допускается суммирование доз для оценки общего уровня хронического облучения за длительный промежуток времени, если только кратковременное облучение в каждом случае не превышало 50 мЗв.

5.3. Эффективная доза и коллективная эффективная доза

Использование понятие эквивалентной дозы в области обеспечения радиационной безопасности профессиональных работников и населения встречает на практике ряд трудностей. Во-первых, в большинстве случаев облучение приводит к неравномерному пространственному распределению дозы в организме. Во-вторых, отдельные органы и ткани организма имеют разную радиочувствительность. В то же время для адекватной оценки стохастического риска, связанного с облучением людей, необходимо знать какой орган/ткань подверглись облучению, эквивалентную дозу, полученную ими и их специфическую внутреннюю радиочувствитель-

213

ность. Чтобы учесть влияние этих факторов на риск возникновения стохастических эффектов облучения у персонала и населения МКРЗ в Публикации 60 [14] рекомендовала использовать понятие эффективной дозы Е. Эффективная доза определяется как взвешенная сумма эквивалентных доз в тканях и органах:

E = wT HT = wT wR DTR ,		(6.63)
T	T

гдеwT − взвешивающий коэффициент ткани T, причем wT = 1.

Суммирование производится по всем органам и тканям организма человека, считающимися чувствительными к индукции сто-

хастических эффектов. ЗначениеwT выбирается так, чтобы предста-

вить вклады отдельных органов и тканей в суммарный радиационный вред от развития стохастических эффектов. Единица эффективной дозы, Дж/кг, имеет специальное название "зиверт" (Зв). Внесистемная единица 1 бэр = 0,01 Зв. Эффективная доза, E, так же как и эквивалентная доза, применима только для облучения в малых дозах (в основном, хронического) и является мерой оценки вероятного выхода отдаленных последствий облучения.

Значения тканевых взвешивающих факторов несколько раз уточнялись и пересматривались МКРЗ. В Публикации 26 [13] эти взвешивающие факторы отражали только риск смерти, в то время как в Публикациях 60 [14] и 103 [11] они представляли уже ущерб, который является совокупностью четырех величин:

•вероятность, приписываемая летальному раку;

•взвешенная вероятность, приписываемая нефатальному раку;

•взвешенная вероятность тяжелых генетических эффектов;

•относительное сокращение продолжительности жизни.

Подчеркнем, что значения wT усреднены по полу (рис. 6.12) и

возрасту, поэтому эффективная доза рассчитывается не для индивидуума, а для условного человека. В табл. 6.4 приводятся значения взвешивающих коэффициентов, рекомендуемые в Публикаци-

ях 26 [13] и[14], а в Публикации 103 [11] – в табл. 6.5.

Таким образом, эффективная доза является расчетной универсальной дозиметрической величиной, вычисление которой основано на знании распределения поглощенной дозы, взвешивающих

коэффициентов ( wR и wT ) и справочных значениях параметров ор214

ганизма человека, его органов и тканей. Она используется для оценки последствий радиационного воздействия при внешнем общем или локальном облучении, а также поступлении радиоактивных веществ в организм с учетом радиочувствительности различных органов и тканей.

Таблица 6.4

Значения взвешивающих коэффициентов WT для различных органов и тканей, рекомендуемые в Публикациях 26 [13] и 60 [14]

Орган или ткань	wT [13]	wT [14]
Костные поверхности	0,03	0,01
Мочевой пузырь		0,05
Молочная железа	0,15	0,05
Толстая кишка		0,12
Гонады	0,25	0,20
Печень		0,05
Легкие	0,12	0,12
Пищевод		0,05
Красный костный мозг	0,12	0,12
Кожа		0,01
Желудок		0,12
Щитовидная железа	0,03	0,05
Остальное	0,30	0,05
Итого	1,0	1,0

Таблица 6.5

Значения взвешивающих коэффициентов WT для различных органов и тканей, рекомендуемые в Публикациях 103 [11]

	Ткань	Число тканей	wT	wT
	Костный мозг(красный), кишечник, легкие,	6	0,12	0,72
	молочная железа, остальные ткани
	Гонады	1	0,08	0,08
	Мочевой пузырь, пищевод, печень, щитовидная	4	0,04	0,16
	железа
	Поверхность кости, кожа, головной мозг, слюн-	4	0,01	0,04
	ные железы
	215

Рис. 6.12. Усреднение по полу при расчете эффективной дозы

Дозиметрические величины РБ, введенные выше, привязаны к условному человеку. Задача РБ состоит в оптимизации и снижении уровня облучения персонала или населения. Для этого МКРЗ в в Публикациях [13, 14] ввела понятие коллективной дозы, которое следует понимать как инструмент оптимизации. Эти величины учитывают группу лиц, облучаемых от данного источника за определенный период времени. Определены величины коллективной эквивалентной дозы ST в органе или ткани T и коллективной эффективной дозы S. Специальное название единицы коллективной дозы

– человеко-зиверт (анг. man Sv). Поскольку коллективные эквивалентные дозы используются только в особых случаях [11], рассмотрим подробнее только последнюю величину.

Коллективная эффективная доза, создаваемая за счет индивидуальных доз, значения которых лежат в диапазоне от E1 до Е2 и создаются конкретным источником излучения в течение определенного периода времени Т, определяется следующим уравнением:

S (E , E . T ) =		E2	E	dN	dE,	(6.64)
1	2	E1		dE	T

где Еi – средняя эффективная доза для подгруппы i; Ni – число лиц в этой подгруппе. Период времени и число людей, для которых

216

суммируются эффективные дозы, должны быть всегда определенными. Число людей, имеющих эффективную дозу в диапазоне от E1 до Е2, N(E1,E2, T) равно:

	N (E1 , E2	, T ) =	E2	dN	dE,	(6.65)
			E1	dE
					T

а средняя величина эффективной дозы в интервале индивидуаль-

ных доз от E1 до Е2 для периода времени

Т равна:

(E

, E

,

T ) =

1

E2

E dN

dE.

(6.66)

E

, T ) E1

1

2

N (E1

, E2

dE

T

Система дозиметрических величин, называемая также защитными величинами [11], которые применяются в РБ, и связь между ними показана на рис. 6.13.

Рис. 6.13. Система дозовых величин, используемых в РБ

Необходимость регулирования воздействий радионуклидов (р/н) и накопления дозы за длительные периоды времени привели к введению понятия ожидаемых дозовых величин [11]. Ожидаемая доза от инкорпорированного р/н – это суммарная доза, которая как ожидается, будет получена в течение определенного периода времени. Ожидаемая эквивалентная доза, HT(τ) в ткани или органе Т определена как:

217

HT (τ) =	t0 + τ HT (t) dt,	(6.67)
	t0

где τ – время накопления (интегрирования) дозы после поступления активности в момент времени t0.

Величина ожидаемой эффективной дозы E(τ) рассчитывается по формуле:

E(τ) = wT HT (τ).

(6.68)

5.4. Операционные величины

Защитные величины, используемые в РБ и ориентированные на человека (эквивалентная и эффективная дозы), как отмечалось выше, на практике не измеряемы, и поэтому не могут быть прямо использованы для радиационного мониторинга. В связи с этим для оценки эффективных доз и эквивалентных доз в органах и тканях используются операционные величины (рис. 6.12 и 6.14).

Рис. 6.14. Система защитных и операционных величин для использования в РБ [11]

Операционные величины предназначены либо для оценки верхнего предела значения защитных величин, либо для оценки потенциального облучения людей при большинстве условий облучения [11]. Они часто используются при установлении норм и правил на практике.

218

5.4.1. Внешнее облучение

Для радиационного мониторинга внешнего облучения (мониторинг среды или индивидуальный мониторинг) выработаны специальные операционные величины дозовых эквивалентов. Общее понятие дозового эквивалента Н (или эквивалента дозы) было рассмотрено в разделе 5.2 и определяется в точке ткани через произведение поглощенной дозы и коэффициента качества (6.61). В разных задачах, решаемых в РБ, требуются различные операционные дозовые величины (табл. 6.6).

Таблица 6.6

Применение операционных дозовых величин для мониторинга внешнего облучения [11]

	Задача	Операционные дозовые величины для
		мониторинга среды	индивидуального
			мониторинга
	Контроль эффективной	Амбиентный эквивалент	Индивидуальный эквива-
	дозы	дозы, H*(10)	лент дозы, Hp(10)
	Контроль доз в коже,	Направленный эквива-	Индивидуальный
	кистях рук, ступнях ног и
		лент дозы, H*(0,07,Ω)	эквивалент дозы, Hp(0,07)
	хрусталике глаза

Для всех видов внешнего облучения операционные величины для мониторинга среды определены на основе значения эквивалента дозы в точке внутри простейшего фантома – сферы МКРЕ. Она представляет собой сферу из тканеэквивалентного материала (30 см диаметр, мягкая ткань МКРЕ с плотностью 1 г/см3 и массовым составом: 76,2 % – кислород, 11,1 % – углерод, 10,1 % – водород и 2,6 % – азот). При проведении радиационного мониторинга она является аппроксимацией тела человека в отношении его рассеивающих и ослабляющих излучение свойств.

Операционные величины для мониторинга среды, определенные в сфере МКРЕ, должны сохранять свой характер точечной оценки и свойство аддитивности. Это достигается с помощью введения "растяжения" (или расширения) и "выравнивания" поля излучения в определении этих величин [15].

По формулировке работы [15] "растянутое поле излучения – это такое гипотетическое поле излучения, у которого спектральный и

219

угловой флюенс во всех точках достаточно большого объема имеет одно и то же значение, равное значению реального поля в заданной точке". Фактически такая формулировка означает, что при измерении сфера МКРЕ должна помещаться в равномерное поле излучения с характеристиками, совпадающими с характеристиками поля в заданной точке измерения.

Для получения выровненного растянутого поля требуется провести выравнивание излучения по направлению, противоположно-

му направлению радиуса-вектора Ω сферы МКРЕ [15]. В таком гипотетическом поле излучения согласно работе [15] "сфера МКРЕ облучается равномерно с одного направления, а флюенс этого поля равен интегралу углового дифференциального флюенса по всем направлениям в заданной точке реального поля излучения. В растянутом и выровненном поле излучения эквивалент дозы в любой точке сферы МКРЕ не зависит от распределения излучения по направлениям его распространения в реальном поле излучения". Понятия операционных величин для мониторинга внешней среды определяются именно в таких полях.

По формулировке работы [15] амбиентный эквивалент дозы, H*(10) – эквивалент дозы излучения, который создается соответственно расширенным и выровненным полем излучения в сфере МКРЕ на глубине 10 мм по радиусувектору, имеющему противоположное полю направление.

Направленный эквивалент дозы, H * (d ,Ω) − значение эквивален-

та дозы в точке поля излучения, создаваемое соответственным растяжением поля внутри сферы МКРЕ на глубине d в заданном

направлении Ω по радиусу. Для слабопроникающего излучения d = 0,07 мм. В случае мониторинга дозы в хрусталике глаза d = 3 мм. Единицей измерения амбиентного эквивалентного дозы и направленного эквивалента дозы является джоуль на килограмм (Дж/кг), имеющий специальное название "зиверт" (Зв).

При установлении операционной величины для индивидуального мониторинга учитывается, что индивидуальный мониторинг внешнего облучения обычно выполняется с помощью индивидуальных дозиметров, носимых на поверхности тела. Операционной величиной для индивидуального мониторинга является индивидуальный эквивалент дозы, Нр(d).

220