Понятие о дозе излучения и единицах 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, поглощенной облучаемым веществом и рассчитанной на единицу массы этого вещества. Единица поглощенной дозы в Международной системе единиц (СИ) – грэй (Гр):

1 Гр = 1 Дж/кг.

Для оценки поглощенной дозы используется также внесистемная единица – рад:

1 рад = 0,01 Дж/кг; 1 Гр = 100 рад.

Рад является весьма крупной единицей измерения, и поэтому дозы облучения обычно выражаются в долях рад – сотых (сантирад), тысячных (миллирад) и миллионных (микрорад).

Например, радиационный фон Земли измеряется в миллиардах рад, а доза, полученная пациентом при однократном рентгеновском просвечивании желудка, составляет несколько рад. Существует несколько видов радиации, каждый из которых наделен специфическими свойствами, по-своему опасен для человека и требует особых мер радиационной защиты населения (таблица 1) [2].

 

 

Таблица 1 – Виды радиации

	Виды радиации
	Альфа-частицы, положительно заряженные тяжелые частицы, представляющие собой ядра гелия-4 и образующиеся в результате альфа-распада радиоактивных изотопов, относятся (наряду с бета-частицами и гамма-излучением) к наиболее опасным для человеческого организма, являются причиной возникновения серьезных заболеваний и генетических нарушений.  Альфа-частицам свойственна высокая активность, всвязи с чем для уничтожения живого организма (или, во всяком случае, повреждения очень большого числа клеток) может быть достаточно одной заряженной частицы. Однако благодаря той же активности достаточной мерой защиты от указанного типа радиации становится любое жидкое или твердое вещество, в том числе и простая одежда или лист бумаги.
	Бета-частицы, или поток быстрых электронов, образующихся в результате бета-распада радиоактивных изотопов, обладают большей проникающей способностью, нежели альфа-частицы. Вызвано это их меньшей массой и зарядом, позволяющим расходовать энергию на значительном расстоянии. Достаточной мерой защиты от внешнего воздействия бета-частиц являются обувь и средства индивидуальной защиты.
	Гамма-излучение, состоящее из фотонов, сходно по природе с видимым светом, но обладает большей проникающей способностью (может пронизывать живую ткань насквозь). Гамма-излучение имеет вторичную природу, т. е. образуется в результате альфа- и бета-распада либо при избытке энергии в атоме (напри- мер, при передаче и столкновении бета-частиц с другими атомами происходит выброс энергии, которая превращается в гамма-излучение). Именно гамма-излучение служит своеобразным индикатором радиоактивности, по его присутствию можно судить о наличии других типов радиации. Гамма-излучение относится к так называемой проникающей радиации, распространяется чрезвычайно быстро, ионизирует атомы веществ, сквозь которые проходит, меняет их физическую структуру. Следствием проникающей радиации (гамма-излучение и потоки нейтронов) может стать лучевая болезнь, степень тяжести которой будет зависеть от дозы и площади излучения, состояния организма и времени, на протяжении которого она воздействовала. Проходя через различные вещества, энергия гамма-излучения расходуется на взаимодействие с электронами атомов, потому степень ее ослабления находится в обратно пропорциональной связи с плотностью материала. Защитой от гамма- излучения может стать толстый слой свинца (или другого вещества c большим удельным весом). Однако даже такие преграды останавливают только часть излучения. Максимальный показатель – 50 %, которые гарантируют 1 сантиметр свинца, 5 сантиметров бетона или 10 сантиметров воды.
	Потоки нейтронов, электрически нейтральных частиц, образующихся вследствие работы атомных реакторов, как и гамма-излучение, обладают огромной проникающей способностью и могут насквозь пронизывать живую ткань, нарушая биологические процессы. Потоки нейтронов также относятся к проникающей радиации, вызывают лучевую болезнь. Ослабление нейтронов происходит в основном за счет их столкновения с ядрами атомов вещества. Лучшей защитой от потоков нейтронов становятся слои более легких веществ (такие тяжелые вещества как металлы хуже ослабляют нейтронное излучение).

 

Для оценки радиационной обстановки на местности, в рабочем или жилом помещениях, обусловленной воздействием рентгеновского или γ-излучения, используют экспозиционную дозу облучения. Количество радиоактивной энергии, переданной организму, называется экспозиционной дозой. В СИ единица экспозиционной дозы – кулон на килограмм (Кл/кг). Однако на практике чаще используют внесистемную единицу – рентген (Р). Соотношение между этими единицами следующее: 1 Р = 2,58 × 10–4 Кл/кг (количество электрических зарядов, появившихся под воздействием ионизирующего излучения (ИИ) в единице массы вещества).

Поглощенной дозе 1 рад соответствует экспозиционная доза, примерно равная 1 Р, т. е. 1 рад ~1 Р.

Экспозиционная доза в 1 Р примерно соответствует поглощенной дозе D = 0,88 рад = 0,9 Гр.

Поглощенная доза не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе a-излучение в двадцать раз опаснее β- или γ-излучений.

При облучении живых организмов возникают различные биологические эффекты, разница между которыми при одной и той же поглощенной дозе объясняется разными видами облучения. Принято сравнивать биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, с эффектами от рентгеновского и γ-излучения, т. е. вводится понятие об эквивалентной дозе.

В СИ единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв). Существует также внесистемная единица эквивалентной дозы ионизирующего излучения – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 Зв = 100 бэр; 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1 Гр.

Коэффициент, показывающий, во сколько раз оцениваемый вид излучения биологически опаснее, чем рентгеновское и γ-излучение при одинаковой поглощенной дозе, называется коэффициентом качества излучения (К). Для рентгеновского и γ-излучения К = 1.

Таким образом, эквивалентная доза определяется произведением поглощенной дозы на коэффициент качества излучения:

1 рад × К = 1 бэр;

1 Гр × 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. Так, если мы говорим, что мощность экспозиционной дозы γ-излучения составляет 1 Р/ч, то это значит, что за 1 ч облучения человек получит дозу, равную 1 Р.

 

 

Таблица 2 -  Опасность различных доз облучения для человека

№ п/п	Доза	Источник излучения
1	2,0 мЗв	фоновое излучение за год
2	0,01 мкЗв	просмотр одного хоккейного матча или 2-3 серий «мыльной оперы»
3	0,37 мЗв	облучение при флюорографии
4	0,5 мЗв	допустимое облучение населения за год
5	0,05 Зв	облучение (допустимое) персонала АЭС
6	0,10 Зв	допустимое аварийное облучение населения (разовое)
7	0,25 Зв	допустимое аварийное облучение персонала АЭС (разовое)
8	0,30 Зв	облучение при рентгеноскопии желудка (местное)
9	0,75 Зв	кратковременные изменения состава крови
10	0,10 Зв	нижний уровень развития легкой степени лучевой болезни
11	4,0 Зв	тяжелая степень лучевой болезни
12	0,5 - 0,6 Зв	смертельная доза для человека