Поглощенная доза. Мощность дозы. Ионизационная постоянная

Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями, органами), называется поглощенной дозой.

Доза поглощения – фундаментальная дозиметрическая величина определяется в виде:

,

где –поглощенная доза; – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме; – масса вещества в этом элементарном объеме.

Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема.

В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм: Дж/кг, и имеет специальное название – грей (Гр).

Как частный случай, при облучении ткани или отдельного органа – доза на орган D_t. Доза на орган – это средняя доза в определенной ткани или органе человеческого тела, задаваемая в виде:

,

где т_t – масса ткани или органа; – поглощенная доза в элементе массы .

В радиационной гигиене применяется внесистемная единица поглощенной дозы – рад. Рад – это такая поглощенная доза, при которой количество поглощенной энергии в 1 г любого вещества составляет 100 эрг, независимо от вида и энергии излучения: 1 Гр = 100 рад.

Мощность дозы. Мощностью дозы называется отношение поглощенной дозы D к времени t.

Единица СИ мощности дозы: [ ] = грэй/секунда (Гр/с) = Вт/кг. Если
–мощность дозы; D – поглощенная доза; t – время, то .

Ионизационная постоянная. Для вычисления поглощенной дозы
γ-излучения используют ионизационную постоянную К (называемую также
γ-постоянной). Если: – мощность дозы; K – ионизационная постоянная источника γ-излучения; А – активность источника γ-излучения; r – расстояние от (точечного) источника излучения, то .

Поглощенная доза учитывает количество энергии, поглощенной телом (тканями, органами) человека, но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее бета- или гамма-излучений. Поэтому, если, например, орган получил поглощенную дозу, равную 1 Гр, но неизвестно, от какого вида излучения, то трудно сказать, какой эффект вызовет эта доза. Для учета особенностей отдельных видов излучения используется понятие «доза эквивалентная».

 

Доза эквивалентная

Для защиты от излучения важно знать воздействие этого радиоактивного излучения на живую ткань. Биологическая доза, которая не является физической величиной, определяется путем умножения поглощенной живой тканью радиоактивной дозы на некоторый переводной коэффициент.

Доза эквивалентная – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент , характерного для данного вида излучения R:

,

где –средняя поглощенная доза в органе или ткани; – взвешивающий коэффициент для излучения R. Если поле излучения состоит из нескольких излучений с различными величинами ,то эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз от этих излучений:

.

Приведем величины взвешивающих коэффициентов для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы:

Фотоны любых энергий................................................................. 1

Электроны и мюоны любых энергий............................................ 1

Нейтроны энергией: менее 10 кэВ................................................. 5

Нейтроны энергией: 10…100 кэВ............................................... 10

Нейтроны энергией: 100 кэВ...2 МэВ.......................................... 20

Нейтроны энергией: 2...20 МэВ................................................... 10

Нейтроны энергией: более 20 МэВ............................................... 5

Протоны энергией: более 2 МэВ................................................... 5

Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра....................... 20

Понятие мощности эквивалентной дозы аналогично понятию мощности поглощенной дозы. Если известен закон изменения мощности эквивалентной дозы, то можно определить ожидаемую эквивалентную дозу за время τ:

,

где – эквивалентная доза за период τ; – мощность эквивалентной дозы (мощность поглощенной дозы – ) к моменту времени t на орган или ткань. Если τ не определено, то его следует принять равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей.

Единицей измерения эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв): .

Таким образом, зиверт представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на взвешивающий коэффициент, учитывающий неодинаковую радиационную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения. Наряду с системными единицами для измерения эквивалентной дозы применяют также внесистемную единицу – биологический эквивалент рада (бэр): .

Эквивалентная доза учитывает вид излучения, однако, одни части тела
(органы, ткани) более чувствительны, чем другие, например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения, возникновения рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому было введено понятие «эффективная доза».

 

Доза эффективная

Доза эффективная – величина, используемая при оценке риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их чувствительности к радиационному излучению. Доза эффективная представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе или ткани на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани W_T:

,

где E – эффективная доза; – эквивалентная доза в ткани вида T за время τ; – взвешивающий коэффициент для ткани T.

Единица измерения эффективной дозы – зиверт (Зв).

Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для всего организма.

Приведем значения взвешивающих коэффициентов для тканей и органов при расчете эффективной дозы:

Гонады (половые органы)........................................................ 0,20

Костный мозг (красный)........................................................... 0,12

Толстый кишечник (прямая, сигмовидная,

нисходящая часть ободочной кишки)...................................... 0,12

Легкие, желудок........................................................................ 0,12

Мочевой пузырь, грудная железа, печень,

пищевод, щитовидная железа................................................... 0,05

Кожа, клетки костных поверхностей........................................ 0,01

Для определения ожидаемой эффективной дозы используется выражение:

,

где –момент поступления радиоактивных веществ в организм; τ – время, прошедшее после поступления радиоактивных веществ в организм; – мощность эффективной дозы на орган или ткань Т к моменту времени t. Если τ не определено, то его следует принять равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей.