Моделі оцінки поглинених доз випромінювання від різних джерел

 

4.2.1 Складові індивідуальної еквівалентної дози іонізуючого випромінювання

 

Складові дози:

1 Еквівалентна доза від зовнішніх джерел гамма-випромінювання;

2 Еквівалентна доза випромінювання внаслідок уживання продуктів харчування.

3 Інгаляційна еквівалентна доза випромінювання, оцінюється за активністю радіонуклідів у вдихуваному повітрі.

 

4.2.2 Розрахунок доз від зовнішнього опромінення

 

Для розрахунку доз опромінення від зовнішніх джерел радіонуклідів, випромінюючих різні типи випромінювання, необхідно по активності радіонукліда визначити інтенсивність потоку частинок або квантів і розрахувати потужність експозиційної дози. В основі таких розрахунків лежить активність радіонукліда.

Маса 1 Кі радіонукліда тим менша, чим коротший період його напіврозпаду. Знаючи постійну радіоактивного розпаду (с^-1), можна розрахувати масу чистого радіонукліда даної активності. Наприклад, маса 1 мкКі (в г) рівна 6,15·10^-20 А/ , де А – моль радіонукліда. Маса 1 мкКі складає всього 2,17·10^{-7 г, - 3,49·10-12 г, - 1,15·10-17 г.}

Серед радіонуклідів є випромінювачі - і -частинок, у яких випромінювання цих частинок супроводжується виникненням -квантів. Так -розпад, який супроводжується -випромінюванням, характерний для , та інших радіонуклідів. Разом з тим є радіонукліди, які випромінюють тільки -частинки. До них відносяться .

Так як проникна здатність -частинок в порівнянні з -випромінюванням невелика, при зовнішньому опроміненні радіонукліди, які випромінюють -радіацію, можна розглядати як джерело тільки -променів.

Для розрахунку потужності експозиційної дози -про-менів на певній відстані від точкового джерела використовують формули (3.13), (3.14), або співвідношення

 

, (4.1)

 

де - константа, Рентген·см²/мКі·год;

- активність -випромінювання, мКі;

- відстань, м.

 

називають -сталою.

Іноді повну -постійну розраховують, використовуючи іншу одиницю - Р·год^-1·Кі^-1·м². Нижче в таблиці 4.1 наведено значення повної -сталої, яка враховує всі лінії -променів даного радіонукліда. Потужність експозиційної дози не дає можливості оцінити санітарно-гігієнічні показники по відношенню до впливу іонізуючого випромінювання на людину. Для цього необхідно зробити перехід до поглиненої і еквівалентної доз.

При хронічному опроміненні коефіцієнт якості фотонного випромінювання прийнятий за одиницю; в цьому випадку визначення еквівалентної дози зводиться до обрахунку поглиненої дози випромінювання. Якщо відома поглинена доза в деякій речовині 1, то при виконанні умови електронної рівноваги поглинена доза в другій речовині 2 в тій же самій точці радіаційного поля визначається такою формулою

 

, (4.2)

 

де - масові коефіцієнти передачі енергії для речовини 1 і 2 відповідно.

 

Таблиця 4.1 – Значення повної -сталої для даного радіонукліду

 

Радіо-нуклід	Період пів-розпаду	Енергія -кванта, МеВ	Вихід -квантів на 100 розпадів	Повна -стала, Р·год^-1·Кі^-1·м^2
	2,6 років	1,28		12,56
	1,32·10^9 років	1,46		0,81
	5,3 роки	1,33		13,20
	250 діб	1,12		2,85
	34,88	0,764		4,44
	8 діб	0,722 0,364	2,8 80,9	2,3
	30 років	0,661		3,55
	32,5 діб	0,166		1,45

При швидкості утворення іонів в повітрі пар іонів/(см³·с), температурі t ⁰C і тиску р. мм рт. ст., потужність експозиційної дози мР/с можна розрахувати за формулою

 

. (4.3)

 

При нормальних умовах (0 ⁰С і 760 мм рт. ст.) ця формула набуває вигляду

 

. (4.4)

 

Швидкість утворення іонів іонізуючої компоненти космічного випромінювання в повітрі на висоті рівня моря в середньому рівна 2,14 пар іонів/(см³·с). Поглинена доза в повітрі за рік при цьому 2,8·10^-4 Гр.

При розрахунках дози (потужності дози) в гонадах, кістковому мозку і деяких інших органах людини, які проводились на підставі даних про поглинену дозу в повітрі, необхідно врахувати їх екранування прилеглими тканинами. Якщо вихідні дані відносяться до вільного приземного повітря, то для оцінки дози в окремих органах і тканинах необхідно враховувати екрануючий ефект будівель.

В таблиці 4.2 наведено дозові коефіцієнти, які дозволяють розрахувати потужність поглиненої дози від -випромінювання природних радіоактивних речовин, які знаходяться в ґрунті.

Для розрахунку поглиненої дози в тілі людини на підставі даних про поглинену дозу в повітрі НКДАР (комісія з радіоактивних джерел ООН) рекомендує використовувати середнє значення коефіцієнта 0,7, який враховує екранування органів і тканин тіла людини іншими тканинами і обернене розсіяне випромінювання. Крім того, при розрахунку доз опромінення населення треба приймати до уваги екранування тіла людини, яка знаходиться в житлових і виробничих приміщеннях.

 

Таблиця 4.2 – Дозові коефіцієнти для природних радіонуклідів

 

Радіонуклід або родоначальник ряду	Потужність поглиненої дози в повітрі на одиничну концентрацію активності нуклі-дів в ґрунті, 10^-10 Гр/год. на 1 Бк/кг ґрунту
	0,43
	4,27
	6,662

 

Якщо прийняти, що людина приблизно 80 % часу доби проводить всередині приміщень, де потужність дози у повітрі складає в середньому 20 % потужності дози на відкритому повітрі, то ефективний коефіцієнт екранування будівлями складає приблизно 0,4. Загальний коефіцієнт, який враховує всі перераховані фактори, рівний приблизно 0,3. Рахують, що значення цього коефіцієнту не залежить від енергії -випро-мінювання.

Для розрахунку ефективної еквівалентної дози на підставі даних про поглинуту дозу в повітрі НКДАР рекомендує використовувати перевідний коефіцієнт 0,7 Зв/Гр для всіх -ви-промінюючих радіонуклідів, які присутні в оточуючому середовищі.

Розрахунок дози від поглинутого радіоактивного елемента. Дози зовнішнього опромінення залежать від спектрів - і -випромінювань радіонуклідів, розмірів об’єму, який випромінює, і товщини деяких тканин тіла людини.

При опроміненні організму розрізняють гостре і пролонговане, одноразове і багаторазове (фракціоноване) опромінення.

Під гострим опроміненням розуміють короткочасне опромінення при високій потужності дози (децигрей на годину і більше).

Під пролонгованим опроміненням розуміють короткочасне опромінення при низькій потужності дози (долі Грея на годину і менше).

Як гостре так і пролонговане опромінення можуть бути однократними або фракціонованими. Крім того виділяють ще хронічне опромінення, яке можна розглядати як різновид фракціонованого опромінення, але яке проводиться дуже довго і у малих дозах.

Поглинена доза при зовнішньому опроміненні ()

 

, (4.5)

 

де - потужність комплексної дози випромінювання, Гр/год;

- час, год.

 

Ефект зовнішнього опромінення може бути зменшений екрануванням укриття.

Радіоактивні елементи можуть надходити в організм людини трьома шляхами: через дихальні органи, через шлунково-кишковий тракт і через пошкодження шкіри.

Кількість радіонуклідів, які потрапили до організму, зменшується завдяки розпаду і частково внаслідок виділення назовні. При розрахунку дози приймають, що кількість радіонукліду, що виділяється пропорційно його вмісту, аналогічна радіоактивному розпаду. Позначаючи радіо-активну сталу через , а постійну виділення (частка, яка виділяється за одиницю часу) через , отримуємо ефективну постійну розпаду . Позначаючи через – період напіврозпаду, – період напіввиведення, отримаємо для ефективного періоду напіврозпаду вираз

 

або . (4.6)

 

Повільно виділяються ті радіонукліди, які відкладаються в кістках, а швидше всього газоподібні еманації, які не вступають в хімічні сполуки.

В таблиці 4.3 наведено дані для деяких радіонуклідів.

Таблиця 4.3 - Характеристика деяких радіонуклідів

 

Радіонуклід	Місце відкладення в організмі	Період напіврозпаду	Ефективний період напіврозпаду
Радій	Кістки	1590 років	10 років
Радон	Кров	3,83 днів	30 хвилин
Натрій	Кров	14,97 годин	14 годин
Вуглець	Всі тканини	5720 років	10 днів
Фосфор	Кістки	14,3 днів	13 днів
Стронцій	Кістки	54,5 днів	43 дні