Меню

Бжд активность дозы излучения мощность дозы единицы их измерения



ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ — физические величины, принятые в дозиметрии ионизирующих излучений для количественной характеристики поля излучения и воздействия излучения на облучаемый объект.

Основной величиной, применимой к любому виду ионизирующего излучения (альфа- и бета-частицы, гамма-излучение, протоны, нейтроны, мезоны и т. д.), является поглощенная доза излучения (D) — отношение энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме (D — dE/dm). Специальная единица поглощенной дозы — рад (pad). 1 рад соответствует поглощению энергии излучения 100 эрг в 1 г вещества (1 рад = 100 эрг/г). В Международной системе единиц (СИ) единицей поглощенной дозы излучения является грей (Гй), который определяется как 1 Дж/кг. Единицы рад и грей связаны следующим соотношением: 1 рад = 10 -2 Гй.

Производные единицы поглощенной дозы — килорад (крад), милли-рад (мрад), микрорад (мкрад) и т. д.

Увеличение поглощенной дозы излучения, отнесенное к единице времени, называется мощностью поглощенной дозы (P). P = dD/dt, где dD — приращение поглощенной дозы за интервал времени dt. Единицей мощности поглощенной дозы является любое частное от деления рада (грея) или его производной единицы на единицу времени (рад/час, рад/мин, рад/сек, мрад/час, мкрад/сек, Гй/с и т. д.).

Физ. мерой воздействия излучения на все облучаемое тело или на определенную его часть является интегральная поглощенная доза Dинт. Она равна поглощенной энергии излучения в массе тела (или его части). Интегральная доза излучения измеряется в единицах г-рад, кг-рад и т. п.

Поскольку поглощенная доза излучения неоднозначно определяет воздействие фотонов и частиц различных видов и энергии на живой организм, для сопоставлений при хрон, облучении введена величина эквивалентная доза излучения (Dэкв), единицей измерения к-рой является бэр (бэр). За 1 бэр принимается такая поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, к-рая при хрон, облучении вызывает такой же биол, эффект, что и 1 рад рентгеновского или гамма-излучения (см. Относительная биологическая эффективность излучений, Фактор качества).

Наряду с поглощенной дозой излучения, являющейся универсальной величиной, широко пользуются экспозиционной дозой (D) излучения, применимой только для воздуха и для фотонного (рентгеновского и гамма-) излучения с энергией до 3 МэВ.

Экспозиционная доза основана на ионизирующем действии излучения.

Для фотонного излучения не всегда наблюдается однозначная связь между поглощенной (т. е. переданной электронам в результате элементарных актов взаимодействия) энергией фотонов в данном объеме и ионизацией, произведенной этими вторичными электронами, т. к. часть вторичных электронов, пробеги которых больше линейных размеров этого объема или которые образованы у его границ, произведет ионизацию вне этого объема. Кроме того, в объеме могут произвести ионизацию вторичные электроны, образованные фотонами, поглощенными вне этого объема.

Исходя из особенностей взаимодействия фотонного излучения с веществом, экспозиционную дозу определяют как отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, созданных в воздухе, когда все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в элементарном объеме воздуха с массой dm, полностью остановились в воздухе, к массе воздуха dm в указанном объеме: D0 — dQ/ dm.

Специальная единица экспозиционной дозы излучения — рентген (см. Радиологические величины, единицы). В Международной системе единиц (СИ) единицей экспозиционной дозы излучения является кулон на килограмм (Кл/кг). Единица рентген связана с ней следующим соотношением: 1 P = = 2,58*10 -4 Кл/кг. Производные единицы экспозиционной дозы излучения — миллирентген (мР) и микрорентген (мкР). Экспозиционная доза излучения, отнесенная к единице времени, называется мощностью экспозиционной дозы. Она измеряется в Р/час, мР/мин, мкР/час, мкР/сек и т.д.

При экспозиционной дозе в 1 P электроны и позитроны, образованные фотонами в 1 см 3 воздуха (при 0° и 760 мм рт. ст.), создадут в воздухе 2,08*10 9 пар ионов. Если учесть, что средняя энергия, затрачиваемая на образование одной пары ионов в воздухе, равна 34 эВ, то при экспозиционной дозе 1 P энергия фотонов, переданная электронам и позитронам в 1 см 3 , равна 0,114 эрг/см 3 , а поглощенная доза — 88 эрг/г, или 0,88*10 -2 Гй.

Однозначная связь между экспозиционной и поглощенной дозами может быть установлена, когда поглощенная доза измеряется в воздушном объеме, окруженном слоем воздуха или воздухоэквивалентного вещества, толщина к-рого больше или равна пробегу вторичных электронов, т. е. когда соблюдается условие электронного равновесия.

Читайте также:  Усилитель мощности с микрофонами

В этом случае при экспозиционной дозе 1 P поглощенная доза в воздухе равна 88 эрг/г. Это энергетический эквивалент рентгена.

Между экспозиционной дозой D0 и измеренной в условиях электронного равновесия поглощенной дозой D в какой-либо другой среде существует следующее соотношение D = kD0, где k имеет размерность рад/Р.

Поглощенная доза в воде и мышечной ткани отличается на 4—10% от поглощенной дозы в воздухе вследствие того, что эффективный атомный номер Zэфф воды и мышечной ткани близок, но не равен Zэфф воздуха. Вследствие этого в интервале энергии фотонного излучения 150 кэВ —3 МэВ k = 0,93 рад/P для воды и мышечной ткани и 0,97 рад/Р для жировой клетчатки, т. е. при экспозиционной дозе в 1 Р, поглощенная доза в воде и мышечной ткани в условиях электронного равновесия будет равна 93 рад. Для костной ткани, ZЭфф к-рой больше, чем у воздуха, а следовательно, и более существенно фотоэлектрическое поглощение в области малых энергий, значение k будет изменяться от 4,74 до 0,88 рад/P с увеличением энергии от 10 до 200 кэВ; начиная с 200 кэВ значение k остается примерно постоянным и равным 0,88 рад/Р.

При гамма-терапии, а также при ряде биол, экспериментов важно знать распределение дозного поля (см.) в облучаемом объекте, на основании чего можно судить о поглощенной дозе излучения в различных точках. Определение дозы в какой-либо точке внутри облучаемого объекта можно производить при наличии внутри него воздушной полости, что позволяет измерить в ней ионизацию. Такие измерения проводят обычно на моделях (фантомах). Фантомы изготовляются из тканеэквивалентных веществ, т. е. из веществ, у которых ослабление и рассеяние излучения происходят так же, как и в мышечной ткани (см. Фантомы дозиметрические). Такими веществами являются вода, парафин, картон, плексиглас. Помещая ионизационную камеру с тканеэквивалентными стенками в различных точках фантома, определяют распределение дозного поля, по к-рому можно судить о распределении поглощенной дозы.

Доза, создаваемая в глубине облучаемого объекта, называется глубинной дозой (Dгл). Она складывается из дозы, создаваемой прямым излучением источника и рассеянным излучением. Доза, создаваемая рассеянным излучением, зависит от энергии излучения, геометрии облучения и размера объекта.

Поверхностная доза (Dп) — доза, создаваемая на поверхности облучаемого объекта. Она больше, чем доза, измеренная в воздухе в той же точке в отсутствие объекта, что обусловлено обратным рассеянием. Напр., для излучения с энергией 200 кэВ обратное рассеяние может достигать 20—25% от дозы первичного излучения в этой же точке, для гамма-излучения 60 Со оно равно 1 — 3% в зависимости от размеров поля облучения.

Отношение глубинной дозы к дозе в воздухе в месте расположения поверхности облученного объекта D’ называется относительной глубинной дозой (Dгл/D’). Эта величина, выраженная в процентах, называется процентной глубинной дозой (Dгл/D’×100). Иногда относительной глубинной дозой называют отношение глубинной дозы к поверхностной (Dгл/Dп).

Дозы ионизирующих излучений в медицине и биологии. В естественных условиях организм животных и человека подвергается постоянному воздействию космических лучей и излучения естественных радиоактивных элементов, присутствующих в воздухе, почве и в тканях самого организма. Уровни природного излучения от всех источников в среднем соответствуют 100 мбэр в год, но в отдельных районах — до 1000 мбэр в год.

В современных условиях в процессе жизнедеятельности человек сталкивается с превышениями этого среднего уровня радиации. Для лиц, работающих в сфере действия ионизирующего излучения, установлены значения предельно допустимой дозы (ПДД) на все тело (см. Предельно допустимые дозы, излучения), которые при длительном воздействии не вызывают у человека нарушения общего состояния, а также изменения функций кроветворения и воспроизводства. Для ионизирующего излучения установлена ПДД 5 бэр в год. Расчет дозовых нагрузок производится с учетом коэффициента качества разных видов ионизирующего излучения.

Для оценки отдаленных проявлений действия излучения в потомстве учитывают возможность увеличения частоты мутаций. Доза излучения, вероятнее всего удваивающая частоту самопроизвольных мутаций у человека, не превышает 100 бэр на поколение; имеются, однако, указания и на еще меньшие значения этой дозы (3—12 бэр).

Читайте также:  Пиролизный котел мощностью 100 квт

Генетически значимые дозы для населения находятся в пределах 7 — 55 мбэр/год.

Использование излучения в мед. практике приводит к увеличению дозовых нагрузок на население. Рентгенол. обследование сопровождается лучевым воздействием на те или иные поверхности тела в дозах 0,04 Р — 7,0 P при производстве снимков и до 50 P при просвечиваниях (табл. 1—4). Эти значения дозы имеют тенденцию к снижению.

Дозовые нагрузки при радиоизотопной диагностике в зависимости от используемого радиоактивного нуклида при однократном применении колеблются от 0,01 до 600 бэр/мкКи на все тело и от 0,003 до 6000 бэр/мКи на отдельные органы и ткани (см. Критический орган).

Медперсонал рентгеновских кабинетов, врачи-радиологи и медперсонал радиоманипуляционных кабинетов при выполнении различных работ подвергаются лучевому воздействию на отдельные области тела в дозах 0,03—0,18 бэр/сут (табл. 5).

При лучевой терапии злокачественных опухолей в зависимости от характера патол, процесса проводятся локальные облучения в дозах в среднем до 8000 бэр за 3—4 недели.

В радиобиологии различают следующие дозовые величины, характеризующие гибель животных в течение фиксированного времени (30— 60 дней): минимальная летальная доза (DLM), доза половинной (50%) выживаемости или смертности (DL50) в течение определенного срока, минимальная абсолютно летальная доза (МАЛД)— минимальная доза, вызывающая гибель всех животных.

Значения этих доз колеблются в зависимости от вида и линии животных. Так, напр., DL50 при однократном равномерном воздействии гамма-излучением лежат в пределах от 250 рад (2,5 Гй) для собак до 900 рад (9 Гй) для отдельных линий мышей. Для человека при тотальном облучении гамма-излучением МАЛД принимается равной 600 рад (6 Гй), a DL50 —400 рад (4 Гй).

Рис. 1. Кривая зависимости смертности обезьян Масаса rhesus от дозы излучения, демонстрирующая различный прирост смертности животных в разных диапазонах доз.

Рис. 2. Кривая зависимости продолжительности жизни мышей от дозы гамма-излучения.

Зависимость смертности от дозы выражается S-образной кривой (рис. 1). Зависимость средней продолжительности жизни от дозы (рис.2) проявляется в том, что по мере увеличения дозы происходит постепенное сокращение продолжительности жизни, пока она не достигает 3—3,5 сут. (ок. 1000 рад)— отрезок АБ. При дальнейшем возрастании дозы до 6000—10 000 рад (60— 100 Гй) средняя продолжительность жизни не изменяется — отрезок БВ. Увеличение дозы св. 10 000 рад (100 Гй) приводит к сокращению продолжительности жизни до одних суток, а затем и нескольких часов— отрезок ВГ. Начиная с дозы 20 000 рад отмечаются случаи «смерти под лучом». В зависимости от этих данных определяются формы лучевой болезни (см.): острая, острейшая и молниеносная.

Таблица 1. Экспозиционная доза на поверхности тела и интегральная доза, получаемые обследуемым при рентгеноскопии без электронно-оптического преобразователя

Напряжение на трубке, кВ

Расстояние источник-кожа, см

Поле облучения, см 2

Время исследования, сек

Экспозиционная доза на поверхности тела, P

Рентгеноскопия органов грудной клетки профилактическая

Источник

Дозы излучения и единицы ее измерения

Человеческий организм поглощает энергию ионизирующих излучений, причем от количества поглощенной энергии зависит степень лучевых поражений. Для характеристики поглощенной энергии ионизирующего излучения единицей массы вещества используется понятие поглощенная доза.

Поглощенная доза – это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное облучаемым телом (тканями организма) и рассчитанной на единицу массы этого вещества. Единица поглощенной дозы в Международной системе единиц (СИ) – грей (Гр).

Для оценки еще используют и внесистемную единицу – Рад. Рад – образовано от английского «radiationabsorbeddoze» – поглощенная доза излучения. Это такое излучение, при котором каждый килограмм массы вещества (скажем, человеческого тела) поглощает 0.01 Дж энергии (или 1 г массы поглощает 100 эрг).

1 Рад = 0.01 Дж/кг 1 Гр = 100 Рад

Для оценки радиационной обстановки на местности, в рабочем или жилом помещениях, обусловленной воздействием рентгеновского или гамма-излучения, используют экспозиционную дозу облучения. В системе СИ единица экспозиционной дозы – кулон на килограмм (1 Кл/кг).

На практике чаще используют внесистемную единицу – рентген (Р). 1 рентген – доза рентгеновских (или гамма) лучей, при которой в 1 см 3 воздуха образуется 2.08 х 10 9 пар ионов (или в 1 г воздуха – 1.61 х 10 12 пар ионов).

Читайте также:  Авто по мощности двигателя 2015

1 Р = 2.58 х 10 -3 Кл/кг

Поглощенной дозе 1 Рад соответствует экспозиционная доза, примерно равная 1 рентгену: 1 Рад = 1 Р

При облучении живых организмов возникают различные биологические эффекты, разница между которыми при одной и той же поглощенной дозе объясняется разными видами облучения.

Для сравнения биологических эффектов, вызываемых любыми ионизирующими излучениями, с эффектами от рентгеновского и гамма-излучения, вводится понятие об эквивалентной дозе. В системе СИ единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв). 1 Зв = 1 Дж/кг

Существует также внесистемная единица эквивалентной дозы ионизирующего излучения – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр – доза любого излучения, которая производит такое же биологическое действие, как рентгеновское или гамма-излучение в 1 рентген.

1 бэр = 1 Р 1 Зв = 100 бэр

Коэффициент, показывающий, во сколько раз оцениваемый вид излучения биологически опаснее, чем рентгеновское или гамма-излучение при одинаковой поглощенной дозе, называется коэффициентом качества излучения (К).

Для рентгеновского и гамма-излучения К=1.

1 Рад х К = 1 бэр 1 Гр х К = 1 Зв

При прочих равных условиях доза ионизирующего излучения тем больше, чем больше время облучения, т.е. доза накапливается со временем. Доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью дозы.Если мы говорим, что мощность экспозиционной дозы гамма-излучения составляет 1 Р/ч, то это значит, что за 1 час облучения человек получит дозу, равную 1 Р.

Активность радиоактивного источника (радионуклида) – это физическая величина, характеризующая число радиоактивных распадов в единицу времени. Чем больше радиоактивных превращений происходит в единицу времени, тем выше активность. В системе Си за единицу активности принят беккерель (Бк) — количество радиоактивного вещества, в котором происходит 1 распад за 1 секунду.

Другая единица радиоактивности – кюри. 1 кюри – активность такого количества радиоактивного вещества, в котором происходит 3.7 х 10 10 распадов в секунду.

Время, в течение которого число атомов данного радиоактивного вещества уменьшается вследствие распада вдвое называется периодом полураспада. Период полураспада может меняться в широких пределах: для урана-238 (U) – 4.47 млр. лет; урана-234 – 245 тыс. лет; радия-226 (Ra) – 1600 лет; йода-131 (J) – 8 суток; радона-222 (Rn) – 3.823 суток; полония-214 (Po) – 0.000164 сек.

Среди долгоживущих изотопов, выброшенных в атмосферу в результате взрыва АЭС в Чернобыле, есть стронций-90 и цезий-137, периоды полураспада которых около 30 лет, поэтому зона Чернобыльской АЭС еще многие десятилетия будет непригодна для нормальной жизни.

КОЭФФИЦИЕНТЫ РАДИАЦИОННОГО РИСКА

Следует учитывать, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей следует учитывать с разными коэффициентами. Принимая коэффициент радиационного риска всего организма в целом за единицу, для разных тканей и органов коэффициенты радиационного риска будут следующие:

0.03 – костная ткань; 0.03 – щитовидная железа;

0.12 – легкие; 0.12 – красный костный мозг;

0.15 – молочная железа; 0.25 – яичники или семенники;

0.30 – другие ткани.

ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ЧЕЛОВЕКОМ

С ионизирующими излучениями население в любом регионе земного шара встречается ежедневно. Это, прежде всего, так называемый радиационный фон Земли, который складывается из:

космического излучения, приходящего на Землю из Космоса;

излучения от находящихся в почве, строительных материалах, воздухе и воде естественных радиоактивных элементов;

излучения от природных радиоактивных веществ, которые с пищей и водой попадают внутрь организма, фиксируются тканями и сохраняются в теле человека.

Кроме того, человек встречается с искусственными источниками излучения, включая радиоактивные нуклиды (радионуклиды), созданные руками человека и применяемые в народном хозяйстве.

В среднем доза облучения от всех естественных источников ионизирующего излучения составляет в год около 200 мР, хотя это значение может колебаться в разных регионах земного шара от 50 до 1000 мР/год и более (табл. 1). Доза, получаемая в результате космического излучения, зависит от высоты над уровнем моря; чем выше над уровнем моря, тем больше годовая доза.

Природные источники ионизирующего излучения

Источник