2 Доза излучения. Единицы дозы излучения

2.1Поглощенная доза

2.2Эквивалентная доза

2.3Коллективная эквивалентная доза облучения

2.4Экспозиционная доза фотонного излучения

2.5Гамма-постоянная радионуклида

2.1Поглощенная доза

При взаимодействии ионизирующего излучения со средой часть энергии фотонов будет являться потерянной излучением энергией, которая преобразуется в энергию, переданную веществу (кинетическую энергию освобожденных электронов, теряемую при их взаимодействии с веществом), и поглощенную веществом энергию излучения, характеризующую энергию теплового движения молекул данного вещества.

Для определения меры поглощенной энергии любого вида излучения в среде принято понятие поглощенной дозы излучения.

Международной системе единиц принято использовать Грей (Гр), равный 1 Дж/кг.

Поглощенная доза излучения D определяется как отношение средней энергии dw, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

	D	dw
		dm

(2.1)

За единицу поглощенной дозы излучения в СИ принимается Грей

(Гр).

Грей равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж (1 Гр = 1 Дж/кг).

(Луис Гарольд Грей (1905 – 1965) – английский физик, сделавший в области радиационной дозиметрии открытие, известное как принцип Брэгга-Грея).

(Джеймс Прескотт Джоуль (1818 – 1889) – английский физик, внесший вклад в исследование магнетизма тепловых явлений, физики низких температур и обоснование закона сохранения энергии).

20

Применяют также дольные и кратные единицы мкГр, мГр, МГр и др. Внесистемная единица поглощенной дозы излучения – рад.

Рад соответствует поглощению 100 эрг энергии любого вида ионизирующего излучения в 1 г облученного вещества:

1 рад = 100 эрг/г = 10–2 Дж/кг = 10–2 Гр = 1 сГр;

1 Гр = 100 рад.

2.2Эквивалентная доза

Для оценки биологического воздействия (при облучении малыми дозами, не превышающими пяти предельно допустимых доз) различных видов ионизирующих излучений в задачах радиационной безопасности необходимо введение понятия эквивалентная доза.

Воздействие излучения, включая поражение тканей, определяется не только поглощенной дозой, но также типом и энергией радиоактивного излучения. Эквивалентная доза (Н) ионизирующего излучения определяется как произведение поглощенной дозы (D) на средний коэффициент качества (k) ионизирующего излучения в данном элементе объема биологической ткани стандартного состава.

H D k

(2.2)

Эквивалентная доза излучения вводится для оценки радиационной опасности хронического облучения человека в поле различных ионизирующих излучений и определяется суммой произведения поглощенной дозы Di п видов излучения и соответствующего

коэффициента качества излучения ki т. е.
H		Di		ki	,	(2.3)

где индекс i относится к компонентам излучения разного качества. Коэффициент качества ионизирующего излучения является безразмерным числом, которое зависит от линейной передачи энергии (ЛПЭ) заряженных частиц в воде (таблице 2.1).

Таблица 2.1 – Зависимость коэффициента качества k от ЛПЭ L в воде

L в воде		нДж/м	0,56 и менее	1.1	3,7	8,5	28 и больше
		кэВ/мкм	3,5 или менее	7,0	23	53	175 и больше
	k		1	2	5	10	20

ЛПЭ (L ) определяется как отношение энергии dE , переданной веществу заряженной частицей вследствие столкновения на элементарном пути dl, к длине этого пути

21

	L		dE
			dl

(2.4)

Безразмерный коэффициент качества излучения, используемый для перевода поглощенной дозы излучения в эквивалентную дозу, определяет зависимость неблагоприятных биологических последствий при хроническом облучении человека в малых дозах от ЛПЭ, не превышающих установленных в целях радиационной безопасности пределов доз. Значения k для различных видов излучений с неизвестным спектральным составом приведены в таблице 2.2.

За единицу эквивалентной дозы в СИ принимается Зиверт (3в). Зиверт – такое количество энергии любого вида излучения,

поглощенной в 1 кг биологической ткани, при котором наблюдается такой же биологический эффект, как и при поглощенной дозе в 1 Гр образцового рентгеновского или γ-излучения (в качестве образцового источника принимают рентгеновское излучение с граничной энергией 180 кэВ).

(Рольф Зиверт – шведский физик, внесший большой вклад в различные области радиационной безопасности.)

Таблица 2.2 – Значение коэффициента качества для различных видов излучения

Тип и диапазон энергии	k
Фотоны, все энергии (включая гамма- и рентгеновское излучение)	1
Электроны и мюоны, все энергии6	1
Нейтроны < 10 кэВ	5
Протоны >2 МэВ Нейтроны от 10 кэВ до 100 кэВ	10
Нейтроны от 100 кэВ до 2 МэВ	20
Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ	10
Нейтроны >20 МэВ	5
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20

Внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рада).

Определение бэра аналогично определению Зиверта, с той лишь разницей, что вместо поглощенной дозы в 1 Гр используют поглощенную дозу в 1 рад.

Таким образом:

1 Зв = 1 Гр k = 1 (Дж/кг) k = 100 рад k = 100 бэр;

1 бэр = 10–2 Зв = 1 сЗв.

22

2.3Эффективная эквивалентная доза облучения

При работе с источниками ионизирующих излучений облучение тела человека может быть неравномерным. Так, при попадании радионуклидов внутрь организма воздействию могут подвергаться отдельные органы и ткани. Иногда также требуется оценить ущерб, нанесенный здоровью человека в результате облучения различных органов и тканей, имеющих неодинаковую восприимчивость к радиационному повреждению. Поэтому в целях радиационной защиты вводится понятие эффективная эквивалентная доза облучения, которая определяется соотношением:

H эфф Hi

W i

(2.5)

где Hi – среднее значение эквивалентной дозы облучения в i-м органе и ткани человека; Wi – взвешивающий коэффициент, равный отношению ущерба облучения i-го органа или тела человека к ущербу от равномерного облучения всего тела человека при одинаковых эквивалентных дозах облучения. Значения Wi приведены

в

таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Значения взвешивающего коэффициента для различных тканей и органов

Ткань или орган	Фактор оценки тканей Wi,
Половые железы	0,20
(Красный) костный мозг	0,12
Толстая кишка	0,12
Легкие	0,12
Желудок	0,12
Мочевой пузырь	0,05
Молочная железа	0,05
Печень	0,05
Пищевод	0,05
Щитовидная железа	0,05
Кожа	0,01
Костная поверхность	0,01
Остальные ткани и органы	0,05

Доза формируется несколькими путями:

внешнее облучение (гамма- и нейтронное излучение);

внутреннее облучение:

за счет потребления продуктов питания (в основном бетаизлучение);

23