1.3. Единицы измерения радиоактивности и ионизирующего излучения

Основная единица измерения радиоактивности в системе СИ – одно ядерное превращение за 1с – распад/с (1 Беккерель, Бк); 10³ распадов в 1с – кБк, 10⁶ – МБк.

В практике измерения радиоактивности нередко используют внесистемную единицу – Кюри (Ки), 1Ки=3,7·10¹⁰Бк; ее производные: мКи (10 ^-3 Ки), мкКи (10^-6 Ки), нКи (10^-9 Ки), пКи (10^-12 Ки).

Между активностью и массой радионуклида в граммах суще­ствует определенная зависимость, которая выражается следующи­ми соотношениями.

Масса радионуклида, активность которого 3,7· 10¹⁰Бк (1 Ки), равна:

Q=8,9·10^-14A_нТ (Т,с),

Q=5,3·10^-12A_нТ (Т,мин),

Q=3,2·10^-10A_нТ (Т,ч),

Q=7,7·10^-9A_нТ (Т,сут),

Q=2,8·10^-6A_нТ (Т,год),

где Q – масса радионуклида, г; А_н – атомная масса; Т – период полураспада.

Активность А (3,7·10¹⁰Бк, или 1Ки) радионуклида равна:

А=1,13·10¹³/(А_нТ) (Т,с),

А=1,88·10¹¹/(А_нТ) (Т,мин),

А=3,1·10⁹/(А_нТ) (Т,ч),

А=1,3·10⁸/(А_нТ) (Т,сут),

А=3,57·10⁵/(А_нТ) (Т,год).

Закон радиоактивного распада.

Под радиоактивным распадом понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно.

Изменение активности радионуклида выражается формулой:

где А₀ – активность в начальный момент; А_t – активность по прошествии промежутка времени t; Т – период полураспада, т. е. время, в течение которого распадается половина радионуклида; λ – постоянная распада, характеризующая вероятность распада на 1 атом в единицу времени.

В радиобиологии и радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица поглощенной дозы – рад, 1 рад соответствует поглощенной энергии 100эрг на 1г вещества.

Новая единица поглощенной дозы в системе единиц СИ — грей (Гр); один грей равен джоулю, поглощенному в килограмме вещества: 1 Гр = 1 Дж = 100 рад.

Для характеристики дозы по эффекту ионизации, вызывае­мому в воздухе, используется так называемая экспозиционная доза рентгеновского и -излучений – количественная характе­ристика рентгеновского и -излучений, основанная на их иони­зирующем действии и выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в единице объема воздуха в условиях электронного равновесия. За единицу экс­позиционной дозы рентгеновского и -излучений принимают ку­лон на килограмм, Кл/кг.

Кулон на килограмм – экспозиционная доза рентгеновского и -излучений, при которой сопряженная с этим излучением корпускулярная эмиссия на 1кг сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 кулон электричества каждого знака.

В несистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и -излучений является рентген (Р).

Рентген – экспозиционная доза, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия в 0,001293г (1см³) воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.

По определению, 1Р=q·n, где n – число ионов, q – заряд иона (q=4,8·10^-10Кл СГСЕ).

Таким образом, для образования одной электростатической единицы заряда требуется

n=1/(4,8·10^-10)=2,08·10⁹ пар ионов / см³.

При средней работе на 1акт ионизации, равной 34эВ(1эВ=1,6·10^-12эрг), единице экспозиционной дозы в 1Р соответствует:

При расчете на 1г воздуха единице экспозиционной дозы в 1Р соответствует:

Таким образом, для получения экспозиционной дозы в 1Р нужно, чтобы затраченная на ионизацию в 1см³ (или в 1г) воздуха энергия была соответственно равна:

.

Величины 0,114эрг/см³ и 87,7эрг/г принято называть энергетическими эквивалентными рентгена. Соотношение между поглощенной дозой излучения, выраженной в радах, и экспозиционной дозой рентгеновского и -излучений, выраженных в радах, для воздуха имеет вид:

.

Поглощенную и экспозиционную дозы излучений, отнесенные к единице времени, называют мощностью поглощенной и экспозиционной доз.

Мощность экспозиционной дозы -излучения можно определить, если известна ионизационная -постоянная, характеризующая данный радионуклид. Различают дифференциальные и полные -постоянные. Дифференциальная -постоянная относится к определенной моноэнергетической линии -спектра изотопа. Полная -постоянная равна сумме дифференциальных -постоянных.

Полная ионизационная -постоянная или ионизационная -постоянная данного изотопа определяется как мощность экспозиционной дозы в рентгенах за час, которая создается точечным изотропным -источником активностью в 1мКи на расстоянии 1см без начальной фильтрации. В соответствии с определением ионизационная -постоянная равна:

где Р – мощность экспозиционной дозы, Р/ч; R – расстояние, см; Q – активность, мКи.

Для сравнения мощностей дозы от источников излучения, име­ющих различные -постоянные, используют точечный источник радия активностью 37МБк (1мКи), с фильтром из платины толщиной 0,5мм, находящийся в равновесии со своими продуктами распада, создающий на расстоянии 1см мощность экспозиционной дозы, равную 8,4Р/ч.

Мощность экспозиционной дозы измеряют в рентгенах в час (Р/ч), миллирентгенах в час (мР/ч) и микрорентгенах в секунду (мкР/с); по системе СИ — ампер на килограмм (А/кг); 1 Р/с = 2,58·10^-4 А/кг; 1мP/ч=0,72·10¹⁰А/кг; 1 мкР/с = 2,58·10^-10 А/кг.

Ионизационное действие -излучения любого радионуклида оценивают, сравнивая его с радиевым эталонным источником при одинаковых условиях измерения, и выражают в миллиграмм-эквивалентах радия (мг-экв Ra) или грамм-эквивалентах радия (г-экв Ra). Активность любого радионуклида, создающую такую же мощность экспозиционной дозы -излучения, как и 1мг (мКи Ra) при равных условиях измерения, называют миллиграмм-эквивалентом Ra.

Гамма-эквивалент любого радионуклида может быть найден по соотношению:

где К_γ — -постоянная любого -излучающего изотопа; Q_x — активность изотопа х, мКи; m — активность радия, мг.

Для оценки биологического действия ионизирующего излучения наряду с поглощенной дозой используют также биологическую эквивалентную и эффективную эквивалентную дозы.

В том случае, если известна активность Q_t в некоторый данный момент времени t, то начальная активность А_о может быть определена по следующей формуле:

Степень, глубина и форма лучевых поражений зависят от величины поглощенной энергии, ЛПЭ и продолжительности облучения. Для характеристики поглощенной энергии используют понятие поглощенной дозы, т. е. энергии излучения, поглощенной в единице массы облучаемого вещества. За единицу поглощенной дозы излучения в системе СИ принимают Джоуль на килограмм (Дж/кг). Джоуль на килограмм — поглощенная доза излучения, измеряемая энергией в один джоуль любого ионизирующего из­лучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг.

7.080.400

ЛР6