Эквивалентная и эффективная дозы

Для описания воздействия излучения на человека используют более точные и универсальные величины - эквивалентную дозу и эффективную дозу. Причина, по которой необходимо введение этих двух понятий, проста - для живых организмов и биологических тканей эффект, создаваемый излучением, зависит не только от энергии, поглощенной этим организмом или тканью. То есть для описания действия излучения на живые организмы недостаточно знания только поглощенной дозы.

Из-за различной ионизирующей способности α, β и γ – излученя и нейтронов они даже при одной и той же поглащенной дозе оказывают разное поражающее действие. Так, 1 мкГр, полученный организмом (тканью, органом), например, от альфа-излучения, значительно опаснее, чем тот же 1 мкГр, полученный от бета- или гамма-излучения.

Для характеристики относительной биологической опасности данного вида излучения используют взвешивающий коэффициент W_R, определенный для каждого вида излучения. Для основных видов значения взвешивающих коэффициентов приведены в таблице.

Эквивалентная доза Н в органе или ткани равна произведению взвешивающего коэффициента для данного вида излучения W_R на поглощенную дозу D, полученную органом или тканью от излучения R:

H = W_R∙D.

Если поле излучения состоит из разных видов излучения, то эквивалентная доза равна сумме эквивалентных доз, полученных данным органом или тканью Т от каждого из видов излучения R:

H=∑W_R∙D.

Таким образом, эквивалентная доза учитывает не только энергию, поглощенную живой тканью, но и опасность облучения данным видом радиации.

В СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Внесистемная единица - бэр (биологический эквивалент рада). 1 Зв = 100 бэр.

Например, если легкие двух человек в результате облучения получили дозу 0,1 Гр, одинакова ли опасность для этих людей от такого облучения? На этот вопрос невозможно ответить, если неизвестно, от какого именно излучения получена доза. А если легкие двух человек получили дозу 1 Зв, одинакова ли опасность для них от такого облучения. Да. Причем вопрос о виде излучения уже не стоит, поскольку в размерности «Зв» вид излучения уже учтен.

Различные органы и ткани организма имеют различную чувствительность к облучению. Это означает, что облучение разных органов или тканей одной и той же эквивалентной дозой (то есть одним и тем же видом излучения) приводит к различным последствиям с точки зрения дальнейшего функционирования этого органа или ткани. Для того, чтобы учесть это, вводятся взвешивающие коэффициенты органов и тканей W_T, приведенные в таблице.

Эффективная доза Е равна сумме произведений взвешивающего коэффициента W_T для органа (ткани) Т на эквивалентную дозу Н, полученную органом (тканью):

E = W_T∙H.

Используется как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела или отдельных органов с учетом их радиочувствительности.

При облучении нескольких органов: E = ∑W_T∙H

При равномерном облучении всего тела эффективная доза облучения равна эквивалентной дозе, то есть W_T в этом случае равен 1.

Итак, эффективная доза учитывает все параметры, определяющие биологические последствия облучения: поглощенную энергию излучения, опасность данного вида облучения, чувствительность облучаемого объекта к воздействию радиации. Таким образом, эффективная доза - это мера биологической опасности облучения.

Эффективная доза, так же, как эквивалентная, измеряется в зивертах.

Эффективная и эквивалентная дозы являются мерой неблагоприятного воздействия излучения на организм человека и их предельно допустимые значения положены в основу нормативно-правовой базы обеспечения радиационной безопасности населения и профессионалов.

Соответственно, размерность мощности эквивалентной и эффективной дозы - Зв/с (зиверт в секунду), мЗв/ч (милизиверт в час) и т.п.

Отметим, что в современных источниках информации, в дозиметрических приборах и все чаще в средствах массовой информации для описания радиационной обстановки (радиационного фона) используется уже не мощность экспозиционной дозы (в мкР/ч), а мощность эквивалентной дозы (обычно в мкЗв/ч).

В частном, но наиболее распространенном, случае, когда идет об электромагнитном излучении (гамма-, рентгеновском) и равномерном облучении всего тела, получаем W_R = 1 и W_T = 1, то есть 1 Гр paвен 1 Зв эффективной дозы. Тогда:

10 мкР/ч = 0,093 мкГр/ч = 0,093 мкЗв/ч ~ 0,1 мкЗв/ч = 0,8 мЗв/год.

Для оценки последствий облучения группы людей (персонала какого-либо предприятия, жителей данной местности, населения Земли и т. п.) используется понятие коллективной эффективной дозы. Она равна сумме доз, полученных каждым представителем группы. Ее рассчитывают по формуле:

, где N число людей в группе облученных людей, Е – эффективная доза, полученная каждым из этих людей.

Единица коллективной эффективной дозы - человеко-зиверт (чел.-Зв). То есть, если 100 человек получили дозу 0,01 Зв, то коллективная доза составит 1 чел.-Зв. Часто коллективная доза является оценочной величиной и определяется, исходя из средних индивидуальных доз. Поскольку считается, что вероятность неблагоприятных для здоровья последствий облучения (онкологических заболеваний) пропорциональна эффективной дозе, то коллективная доза может характеризовать число возможных заболеваний в данной группе. Считают, что коллективная эффективная доза 20 чел.-Зв приводит к одному онкологическому заболеванию. Другими словами, если, например, 100 человек получили по 0,2 Зв или 100 000 человек по 0,2 мЗв, то в обоих случаях последствия одинаковы, а именно - одно заболевание.

Так же, зная эту величину можно оценивать масштабы радиационного поражения, применяя статистические методы усреднения и понятие радиационного риска.