07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Основные виды доз
 12.09.2012

Доза формируется в поле ионизирующего излучения (дозном поле), представляющем собой пространство, каждой точке которого соответствуют дозиметрические величины, являющиеся характеристиками поля излучения. Они характеризуют пространственно-временной перенос частиц и энергии излучения.
Современная система дозиметрических величин включает:
1) физические величины, являющиеся мерой воздействия ионизирующего излучения на вещество и, как правило, характеристиками дозного поля излучения:
а) экспозиционная доза;
б) поглощенная доза.
2) нормируемые величины, являющиеся мерой ущерба (вреда) от воздействия излучения по человека, которые происходят от концепции эквивалента дозы к современной концепции эффективной дозы. Использование эффективной дозы позволяет перейти от характеристик поля к оценке размера ущерба, причиненного человеку от ионизирующих излучений и к поиску меры воздействия ионизирующего излучения, отвечающей целям радиационной безопасности:
а) относительная биологическая эффективность излучений;
б) эквивалентная доза облучения органа или ткани;
в) ожидаемая эквивалентная доза;
г) эффективная доза;
д) ожидаемая эффективная доза;
е) коллективная эффективная доза.
3) операционные величины, являющиеся непосредственно определяемыми в измерениях величинами, предназначенными для оценки нормируемых величин при радиационном контроле:
а) амбиентная эквивалентная доза;
б) направленная эквивалентная доза.
Современное производство дозиметрических приборов ориентировано на выпуск дозиметров, с помощью которых можно оценить именно операционные дозиметрические величины.
Существуют несколько подходов к оценке доз ионизирующих излучений. В связи с этим различают следующие виды доз: поглощенную, экспозиционную, эквивалентную, эффективную эквивалентную, коллективную и др. Изменения, происходящие в облучаемом объекте под воздействием различных видов ионизирующего излучения, зависят от количества поглощенной энергии. В связи с этим основной физической величиной, принятой в дозиметрии для оценки меры воздействия ионизирующего излучения, является поглощенная доза (доза излучения) D.
Доза излучения (поглощенная доза) D - это поглощенная энергия излучения Е, рассчитанная на единицу массы m облученного объекта

Основные виды доз

Поглощенная энергия может быть усреднена по любому определенному объему, в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, отнесенной к массе этого объема. В Международной системе (СИ) поглощенная доза выражается в джоулях на килограмм массы (Дж/кг). Эта величина получила название грей (Гр) в честь английского ученого Л.Г. Грея, внесшего большой вклад в становление радиационной дозиметрии.
Основные виды доз

Для человека доза в 1 грей - большая величина, вызывающая достоверные поражающие эффекты. Достаточно указать, что LD50 (доза, при которой погибают 50% опытных животных) при экстраполяции на человека составляет около 4 Гр. Используют и другую, внесистемную единицу измерения поглощенной дозы, - рад (от англ. radiation absorbed dose, дословно - доза поглощенной радиации), причем 1 рад = 10в-2 Гр.
Возможности оценки суммарного поглощения энергии при облучении человека разными видами излучений различны. Оценить поглощенную дозу легче всею для случая формировании дозы внутреннего облучения для α- и β-излучений, поскольку данные виды излучений из-за незначительной проникающей способности не выходят за пределы организма. Таким образом, если известен средний уровень содержания конкретных α- и β-излучающих радионуклидов в организме или конкретном органе за определенный период, то по энергиям α-, β-излучений можно рассчитать значения поглощенной дозы.
Оценка суммарного поглощения энергии и соответствующей поглощенной лозы весьма проблематична для у-излучения как при нахождении источника вне, так и внутри организма, поскольку при очень высокой проникающей способности доля поглощенной энергии в теле очень мала. Для у-излучения проще оценить уровень воздействия на среду по другому физическому эффекту.
В качестве примера рассмотрим приближенный расчет поглощенной дозы внутреннего облучения человека 90Sr за 1 год. Для расчета необходимо знать среднее содержание данного радионуклида в теле в течение года. Эта величина может быть взята из конкретных данных радиоэкологического мониторинга для конкретных групп населения. Поскольку такими данными мы не располагаем, то в качестве отправных параметров примем величину предельного годового поступления (ПГП) для 90Sr, равную 1,3•10в4 Бк/год и значения всасываемости этого радионуклида - 30% (при хроническом поступлении).
Это означает, что среднегодовое содержание 90Sr в организме человека будет составлять приблизительно ((1,3•10в4)/100) х 30 = 0,39•10в4 Бк. Далее необходимо учесть особенности распада 90Sr - вклад в общую энергию излучения дочернего β-излучающего радионуклида 90Y, а также то, что для излучения приведены максимальные значения энергии β-излучения. Между тем средняя энергия β-частиц составляет 1/3 от максимальной. Причиной этого является сплошной энергетический спектр β-излучения. Распределение β-частиц по энергиям имеет вид 1 -вершинной кривой с максимумом приблизительно 1/3 от Emax. Таким образом, при распаде пары 90Sr и 90Y выделится следующая энергия:
Основные виды доз

Число распадов за счет инкорпорированного в организм человека 90Sr составит
Основные виды доз

Принимая среднюю массу человека за 70 кг, рассчитывается поглощенная доза, Гр
Основные виды доз

Поглощенная доза является, пожалуй, самым корректным способом выражения дозы ионизирующего излучения. Однако с измерением поглощенной энергии излучения на практике возникают определенные проблемы. Поэтому исторически раньше появился более простой способ оценки дозы излучения - по ионизирующей способности его для конкретной среды, в частности для сухого воздуха. Этим способом - экспозиционной дозой (дозой в воздухе) X -оценивали дозу только фотонного излучения.
Экспозиционная доза - это величина полного заряда Q ионов одного знака, которые образуются в воздухе при полном торможении электронов или позитронов, освобожденных фотонами в единице массы сухого атмосферного воздуха m при нормальных условиях (при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст.):
Основные виды доз

Термин «экспозиционная доза» применяют для характеристики рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне энергий 0,001-3 МэВ.
Установленная в СИ единица измерения экспозиционной дозы - кулон, отнесенный к килограмму (Кл•кг-1). В практике и научной литературе распространена другая, внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген (Р), названная в честь немецкого ученого В.К. Рентгена, открывшего рентгеновское излучение, которое он назвал X-лучами. Один рентген - это доза фотонного излучения, при которой в 1 см3 сухого воздуха в результате ионизации образуется 2,079•10в9 пар ионов каждого знака (или 1,61•10в15 пар ионов в кг воздуха). Соотношения между единицами экспозиционной дозы: 1Р = 2,58•10в-4 Кл•кг-1; Кл•кг-1 = 3,88•10в3 Р.
Учитывая, что среднее значение энергии выхода электрона (энергия, требуемая на осуществление 1 акта ионизации - образования 1 пары ионов) составляет 33 эВ, можно рассчитать энергию, поглощенную 1 кг воздуха при экспозиционной дозе 1 Р: 1,61•10в15 • 33 = 5,3•10в10 МэВ кг воздуха, что соответствует 0,84•10в-2 Дж-кг-1 или 0,84 рад.
Энергетический эквивалент экспозиционной дозы составляет для воздуха 1 Р = 0,84 рад, а для воды и биологических тканей - 1 Р = 0,93-0,96 рад в зависимости от энергии у-фотонов.
Это означает, что если живой объект помещен в дозное в котором экспозиционная доза за определенное время оценивается значением 1 Р, поглощенную дозу, полученную этим объектом, можно оценить в 1 рад. Экспозиционная доза корректна только для воздуха - объекта с практической точки зрения менее интересного и значимого, по сравнению с биологическими объектами (органами, тканями, организмами). Кроме того, экстраполяция экспозиционной дозы на биологические объекты носит лишь приблизительный характер. В связи с этим экспозиционной дозой в современной дозиметрии рекомендуется не пользоваться, и в последнем варианте «Норм радиационной безопасности» (НРБ-99/2009) этот вид дозы и ее мощность не упоминаются. В настоящее время практически прекращена разработка новых приборов для измерения экспозиционной дозы и ее мощности. С другой стороны, в силу многолетней традиции в радиологии, биологии и медицине часто используют данный вид дозы и ее внесистемную единицу (рентген). Достаточно указать на то, что фоновый уровень мощности дозы на той или иной территории РФ в СМИ до настоящего времени приводится в мкР/ч.
Биологический эффект облучения при прочих равных условиях различен для разных видов излучения прежде всего потому, что он определяется не только величиной поглощенной энергии, но и характером распределения этой энергии в облучаемом объекте (эквивалентная доза). Разные виды излучений создают ионы с неодинаковым пространственным распределением. Например, α-частица, обладая значительными величинами размера, массы, заряда и энергия, по сравнению с β-частицей характеризуется большими значениями линейной плотности ионизации (ЛПИ) и создает на единице пути и ткани гораздо больше ионов. При одной и той же поглощенной энергии (поглощенной дозе) биологический эффект будет значительно больше при более высокой плотности ионизации.
Для сравнения биологических воздействий, вызванных различными видами излучения, используется понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ), которое показывает, во сколько раз радиобиологический эффект данного вида излучения больше радиобиологического образцового излучения при одной и той же поглощенной дозе
Основные виды доз

где η - относительная биологическая эффективность; Dобр и D - поглощенные дозы, соответственно, образцового и данного излучения.
За образцовое излучение принимают рентгеновское излучение с энергией фотонов 200 кэВ. Очевидно, что для него η = 1. Величина ОБЭ зависит и основном от плотности ионизации или размеров потерь энергии на единицу длины пути ионизирующей частицы - показателя линейных потерь энергии (ЛПЭ). С ростом ЛПЭ излучения увеличивается вероятность биологических повреждений и, что немаловажно, снижается способность к самовосстановлению повреждений. В диапазоне значений ЛПЭ от 0,1 до 10 кэВ/мкм ткани (что характерно для рентгеновского, у- и β-излучевий) величина ОБЭ приблизительно постоянна. С возрастанием ЛПЭ (у α-излучения, потоков нейтронов и некоторых других тяжелых частиц, особенно имеющих заряд) наблюдается резкое увеличение ОБЭ максимально до 100 кэВ/мкм; при дальнейшем росте ЛПЭ кривая круто падает вниз (вследствие растраты энергии в погибших клетках). ОБЭ проявляет зависимость также и от скорости частиц излучения: чем меньше скорость, тем выше ОБЭ.
Для определения дозы ионизирующего излучения с учетом биологического эффекта на практике используют не относительную биологическую эффективность, а регламентированный ОБЭ-показатель, который называют взвешивающим коэффициентом (WR) (см. табл. 6.3), а доза в этом случае называется эквивалентной дозой для разных видов излучений НR, ее рассчитывают следующим образом:
Основные виды доз

Основные виды доз

где WR - взвешивающий коэффициент для излучения R; DR - средняя поглощенная доза. Эквивалентную дозу в СИ выражают в зивертах (Зв) по имени шведского ученого Р.М. Зиверта, известного фундаментальными трудами в области дозиметрии. Внесистемная единица измерения - бэр (биологический эквивалент рада), 1 бэр = 0,01 Зв. Один зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний взвешивающий коэффициент составляет 1 Дж/кг.
Основные виды доз