Одиниці іонізуючого випромінювання

Одиниці іонізуючого опромінювання - міра дії опромінювання в речовинному середовищі, яка визначається дозою. Розрізняють дозу експозиційну і дозу поглинання. Експозиційна доза характеризує іонізаційну дію променів і чисельно дорівнює відношенню сумарного заряду іонів, як кожного так і окремо створених фотонами випромінювання, до одиниці маси опроміненої речовини

 

. (3.4)

 

Одиницею експозиційної дози є кулон на кілограм, Кл/кг.

Рентген (Р)- доза рентгенівського або -випромінювання, при якому спряжене з ним вторинне корпускулярне випромінювання в 0,001293 г повітря (1см³ сухого повітря при 0 ⁰С і 760 мм рт. ст.) утворить іони, які несуть заряд в одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знаку.

Зв’язок між одиницями експозиційної дози [ Кл/кг ] і [ Р ] наступний

1Р= Кл/кг,

 

1Кл/кг= Р.

 

Гамма-випромінювання дозою в 1Р в 1 см³ повітря утворює пар іонів: на утворення пари іонів витра-чається 34 еВ (5,44 [ фДж ]).

Таким чином, енергетичний еквівалент рентгена

 

 

Зауважимо, що поняття експозиційної дози і потужності відносяться до фотонного випромінювання з енергією фотонів 1 кеВ 3 МеВ.

Поглинута доза випромінювання - кількість енергії випромінювання, яка поглинається одиницею маси опроміненої речовини і вимірюється в системі СІ в греях [ Гр,Gr ]

. (3.5)

 

Таким чином, грей дорівнює дозі випромінювання, при якому опроміненій речовині масою в 1 кг передається енергія іонізуючого випромінювання, яка дорівнює 1Дж.

 

= 1 Р = Кл/кг.

 

.

 

Але ця величина не враховує того, що при однаковій поглинутій дозі - випромінювання є значно небезпечнішим, ніж бета- і -випромінювання. Тому, для порівняння різних видів опромінювання з точки зору їх ушкодження тканин організму введено поняття еквівалентної дози поглинання, яку вимірюють в системі СІ одиницею зіверт [ Зв ]. Зіверт - це одиниця поглинутої дози, що помножується на коефіцієнт відносної біологічної ефективності (),який враховує різну радіоактивну небезпеку для організму від окремих видів іонізуючого випромінювання.

 

, (3.6)

 

де - поглинена доза рентгенівського чи гама-випромінювання, що спричинила будь який ефект;

- поглинена доза будь якого іншого виду випромі-нювання, що спричинила такий же ефект (таблиця 3.1).

Еквівалентна доза іонізуючого випромінювання.

 

[ Зв, бер ], (3.7)

 

де - еквівалентна доза випромінювання, Зв (бер);

- поглинута доза, Гр (рад).

 

; .

 

Ефективна еквівалентна доза - еквівалентна доза, помно-жена на коефіцієнт, який враховує різну чутливість різних тканин до опромінювання. Ефективна еквівалентна доза іонізуючого випромінювання ( або D_ее)

 

Таблиця 3.1 – Коефіцієнти відносної біологічної ефективності (ВБЕ) різних видів іонізуючого випромінювання (МКРЗ – Міжнародна комісія з радіаційного захисту)

 

Вид випромінювання і діапазон енергій
Фотони будь-якої енергії (рентген-, )
Електрони і мюони
Нейтрони з енергією до 10 кеВ
10 ÷ 100 кеВ
100 кеВ ÷ 2 МеВ
2 МеВ ÷ 20 МеВ
понад 20 МеВ
Протони з Е>2МеВ
-випромінювання, важкі ядра

 

 

[ Зв ], (3.8)

 

де - еквівалентна доза у зівертах;

- тканинний коефіцієнт (таблиця 3.2).

 

Таблиця 3.2 – Тканинні коефіцієнти () для визначення вибіркового впливу іонізуючого випромінювання

 

Органи (тканини)		Органи (тканини)
Статеві залози	0,20	Печінка	0,05
Червоний кістковий мозок	0,12	Стравохід	0,05
Товста кишка	0,12	Щитовидна залоза	0,05
Легені	0,12	Шкіра	0,01
Шлунок	0,12	Поверхня кісток	0,01
Сечовий міхур	0,05	Інші органи	0,05
Молочні залози	0,05

Приклад. 10 Гр є летальною дозою для людини; така ж доза (10 Гр) щитовидної залози інкорпорованого ¹³¹J у порівнянні з ефектом поглиненої людиною дози зовнішнього випромі-нювання (не спричиняє летальний ефект).

, (3.9)

 

- ефективна еквівалентна доза для кожного радіонукліда і джерела випромінювання.

 

Колективна ефективна еквівалентна доза - сума індивідуальних еквівалентних доз даної групи людей [людино-Зв].

Колективна еквівалентна доза випромінювання ()

 

(люд.-Зв, або люд.-бер), (3.10)

 

де - чисельність населення в групі, кожна з яких характеризується середньою еквівалентною дозою випромі-нювання .

Граничні дози для різних категорій людей:

- категорія А - 50 мЗв/рік;

- категорія Б - 5 мЗв/рік.

Крім грея і зіверта використовують інші одиниці поглинутої і еквівалентної дози випромінювання: Рад (rad), Бер (rem).

Критичний орган – це орган або тканина, частина тіла або все тіло, опромінення яких завдає найбільшої шкоди організму.

Керма - відношення суми початкових значень кінетичних енергій T усіх заряджених частинок, утворених побічно іонізуючим випромінюванням, до маси m опроміненої речовини, в якій ці частинки утворились

[Дж/кг]. (3.11)

 

Потужності експозиційної дози, поглинутої дози еквіва-лентної дози і керми - відношення приросту () експози-ційної дози, () поглинутої, еквівалентної () доз і керми за час інтервалу до цього інтервалу відповідно.

 

; ; ; . (3.12)

 

У таблиці 3.3 наведено одиниці виміру радіоактивності у системі СІ та позасистемні.

 

Таблиця 3.3 – Співвідношення між одиницями величини дози іонізуючого випромінювання

 

Величина, її позначення	Одиниці, її позначення	Співвідношення між одиницями
СІ	Позасистемна
Активність, А	Бекерель [Бк]	Кюрі [Кі]	1 Кі = 3,7·10^10 Бк
Поглинена доза випромі-нювання,	Грей [Гр]	Рад [рад]	1 рад = 0,01 Гр
Потужність поглиненої дози випромі-нювання,	Грей за секунду [Гр/с]	Рад за секунду [рад/с]	1 рад/с = 0,01 Гр/с
Еквівалентна доза випромі-нювання,	Зіверт [Зв]	Бер [бер]	1 бер = 0,01 Зв
Потужність еквівалентної дози випромі-нювання,	Зіверт за секунду [Зв/с]	Бер за секунду [бер/с]	1 бер/с = 0,01 Зв/с

 

Одиницею потужності експозиційної дози є ампер на кілограм [ А/кг ].

На практиці широко використовуються позасистемні одиниці експозиційної дози і потужності експозиційної дози - рентген [ Р ] і рентген в секунду [ Р/с ] і їх похідні: Р/хв, Р/год, мкР/с, мкР/год і інші.

Рентген – кількість рентгенівського і гамма-випромі-нювання, при якому в 1 см³ повітря утворюється 2,1·10⁹ пар іонів.

1 Р = 2,58·10^-4 Кл/кг.

1 Кл/кг = 3,876·10^-3 Р.

При перерахунку на 1 г повітря одиниці експозиційної дози в 1 Р буде відповідати

 

Отже

З порівняння одиниць вимірювання потужності дози - випромінювання випливає рівність:

 

1 мкР/год= A/кг = nA/кг= nA/кг.

 

Потужність експозиційної дози точкового джерела розраховують за формулою

[A/кг], (3.13)

 

де - потужність експозиційної дози - випромінювання (А/кг) на відстані від точкового джерела в м;

- гамма-стала джерела (потужність експозиційної дози - випромінювання на відстані 1 м при активності джерела в 1 Бк);

- активність джерела в Бк.

У системі СІ гамма-стала джерела для Rа²²⁶ на відстані 1м дорівнює

[(A×м²)/(кг×Бк)].

Потужність експозиційної дози гамма-випромінювання в мкР/год точкового джерела радію масою в грамах розраховується за формулою

, (3.14)

де - гамма-стала,

,

 

Якщо - маса радію в мг; - відстань в м.

Інтенсивність -випромінювання визначається кількістю енергії, яка проходить за 1 с через одиницю площі поперечного перетину, перпендикулярної до напрямку променів.

 

В таблиці 3.4 наведено відношення -сталих окремих ізотопів до Ra, маса ізотопа приймається у мг.

 

Таблиця 3.4 - Значення К_g ізотопів

 

Ізотоп		Ізотоп
	1,45		0,21
	2,26		0,33
	1,02		0,25
	1,00		0,42
	0,74		0,29
	1,57		0,17
	0,14		0,67
	0,34		0,11

Запитання для самоперевірки

 

3.1 Запишіть формулу активності.

3.2 Одиниці вимірювання активності.

3.3 Одиниці кількості радіонукліду.

3.4 Зв’язок активності речовини з її кількістю [г].

3.5 Одиниці концентрації радіоактивних ізотопів.

3.6 Одиниці концентрації радіоактивних газів у рідині і газах.

3.7 Одиниця експозиційної дози випромінювання -квантів.

3.8 Одиниця потужності експозиційної дози -випро-мінювання.

3.9 Одиниця поглинутої дози -випромінювання.

3.10 Одиниця потужності поглинутої дози -випро-мінювання.

3.11 Потужність експозиційної дози точкового джерела (формула).

 

Завдання для самостійної та індивідуальної роботи

 

3.1 Визначити активність точкового джерела Со⁶⁰ в мКі. В якості еталону вибране джерело з вмістом радію 10 мг, від якого на відстані 80 см зареєстровано 3 імп/хв, а при цих умовах від Со⁶⁰ - 6 імп/хв. К_γRa =8,4·10⁶ (мкР/год)·(см²/мКі); К_γСо =13,5·10⁶ (мкР/год)·(см²/мКі). Відповідь: 12,4 мКі Со⁶⁰.

 

3.2 Вирахувати потужність дози радіоактивного ізотопу активністю =0,3 мкюрі на відстані =1 м через місяць після його виготовлення. Період піврозпаду =245 днів. К_γZn =2,856·10⁶(мкР/год)·(см²/мКі). Відповідь: 77 мкР/год.

 

3.3 Вирахувати активність в одиницях мілікюрі радієвого точкового джерела потужністю дози - випромінювання в =130 мкР/год на відстані 1м. Відповідь: 0,15 мг.

 

3.4 Препарат радію вміщує 0,15 мг радію. Розрахувати потужність випромінювання на відстані 2 м від джерела. Відповідь: 31,5 мкР/год.

3.5 Розрахувати потужність дози -випромінювання точкового джерела в мкр/год на віддалі 1 м від приймача, якщо на віддалі 2 м від приймача його активність становить 100 імп/хв. Точкове джерело -випромінювання, яке вміщує 0,14 мг радію і розміщене на тій же відстані, дає швидкість лічби 230 імп/хв. Відповідь: 510 мкР/год.

 

3.6 Вирахувати допустиму потужність дози -випро-мінювання, якщо доза - випромінювання за робочий тиждень рівна 0,1 Р. Тривалість робочого дня 6 годин при 6-денному робочому тижні. Відповідь: 2800 мкР/год.

 

3.7 Обчислити еквівалентну дозу альфа-випромінювання, що діє на будь-які клітини (поглинена доза 2,4 Гр).

Відповідь: 48 Зв.

 

3.8 Обчислити ефективну еквівалентну дозу альфа-випромінювання, що впливає на легені людини (поглинена доза 0,02 Гр). Відповідь: 0,048 Зв.

 

3.9 Оцінити ефективну еквівалентну дозу випромінювання внаслідок впливу ¹³¹І на щитоподібну залозу (поглинена залозою доза 1 Гр). Відповідь: 0,05 Гр.

 

3.10 Розрахуйте еквівалентну дозу іонізуючого випромінювання, якщо поглинена його доза складається з 2 Гр гамма-випромінювання, 1 Гр альфа-випромінювання і 0,5 Гр нейтронного випромінювання (Е=10 МеВ). Відповідь: 51 Зв.

ПРОБЛЕМИ ДОЗИМЕТРІЇ

 

Поняття та визначення

 

Поглинута доза іонізуючого випромінювання – кількість енергії випромінювання, поглинутою одиницею маси об’єкта, що опромінюється.

Очікувана і піввікова, комітментна ефективна еквіва-лентна доза випромінювання – доза розрахована на 50 років спостереження.