Способы описания воздействия ионизирующих излученй. Понятие о дозах.

Для описания степени воздействия ионизирующего излучения на предметы, объекты, вещества используют понятия экспозиционной и поглощенной дозы.

Экспозиционная доза X - это мера ионизирующего действия электромагнитного излучения (гамма-квантов или рентгеновского излучения). Она равна отношению суммарного заряда Q всех ионов одного знака, созданных в воздухе, к массе m воздуха в этом объеме:

В системе СИ единицей экспозиционной дозы является Кл/кг (кулон на килограмм). Более распространенной является внесистемная единица экспозиционной дозы рентген (Р, мР, мкР).

1 Р соответствует образованию 2,08 • 10⁹ пар однозарядных ионов в 1 см³ воздуха при нормальных условиях (0 °С, 760 мм рт. ст.). Учитывая, что плотность воздуха в приземном слое 1,293 кг/м³, а элементарный заряд 1,602 • 10^-19 Кл, получим, что 1 Р = 2,58 ∙ 10^-4 Кл/кг.

Экспозиционная доза является величиной, удобной для измерения. Именно она являлась исторически первой характеристикой радиации, позволявшей количественно описать ее интенсивность. Однако эта величина имеет ограниченное применение - она используется только для описания электромагнитного ионизирующего излучения (гамма-, рентгеновского и т. п.) и, строго говоря, описывает только его действие на воздух. С другой стороны, экспозиционную дозу понимают как меру воздействия излучения на любой предмет (вещество, организм), считая, что чем выше ионизация воздуха в данной области пространства, тем больше радиационное воздействие на предмет, занимающий эту область.

Поглощенная доза

Универсальной величиной, характеризующей действие излучения на вещество, является поглощенная доза D - это энергия излучения, переданная единице массы вещества:

В системе СИ единицей поглощенной дозы является Дж/кг (джоуль на килограмм), и она имеет собственное название грей (Гр). То есть 1 Гр равен одному джоулю энергии излучения, поглощенной одним килограммом вещества. Поглощенная доза является основной величиной в дозиметрии.

В 1956 году была введена устаревшая сейчас единица рад (radiation absorbed dose).

1 рад = 0,01 Гр.

Между единицами экспозиционной и поглощенной дозы можно установить связь. Средняя энергия, необходимая для образования пары ионов в воздухе под действием гамма-излучения, равна 33,7 эВ. Учитывая, что 1 эВ = 1,602 · 10^-19 Дж, получим, что 1 Р соответствует поглощенной дозе излучения в воздухе, равной 0,0088 Гр (8,8 мГр). Эта величина называется энергетическим эквивалентом рентгена. Одно и то же излучение, создающее некоторую экспозиционную дозу в воздухе, будет создавать разные поглощенные дозы в разных телах. Так, если 1 Р соответствует 8,8 мГр в воздухе, то в биологической ткани поглощенная доза составит около 9,3 мГр. Это связано с тем, что 1 кг биологической ткани поглощает чуть больше энергии излучения, чем 1 кг воздуха при тех же условиях. С другой стороны, для большинства практических задач обеспечения радиационной безопасности это отличие можно считать незначительным, и часто используют еще более грубое приближение: 1 Р ~ 0,01 Гр.

Доза показывает суммарный эффект действия излучения на вещество, но не интенсивность этого воздействия. Интенсивность излучения (а значит, и интенсивность его воздействия) характеризует мощность дозы.

Размерность мощности дозы соответствует размерности дозы, отнесенной к единице времени. Например, для экспозиционной дозы - А/кг (ампер на килограмм), мкР/ч (микрорентген в час), мР/ч (миллирентген в час), Р/с (рентген в секунду) и т. п. Для поглощенной дозы - Гр/ч (грей в час), мкГр/с (микрогрей в секунду) и т.п. Важно отметить, что именно мощность экспозиционной дозы являлась на протяжении долгого времени основной характеристикой радиационной обстановки на местности, в городе, помещении и т. д. Именно эту величину приводят средства массовой информации, показывают большинство дозиметров и информационных табло. Природный (естественный) радиационный фон составляет обычно 6—25 мкР/ч (в зависимости от местности может существенно меняться), в среднем 10 мкР/ч.