Основні дозиметричні величини

 

Для характеристики радіоактивних випромінювань і їх впливу на об’єкт, що опромінюється, вводяться дозиметричні величини. Основними з них є експозиційна доза (така, що опромінює) і поглинена доза. Доза є енергетичною характеристикою, що показує здатність випромінювання змінювати структуру опромінюваного об’єкта.

Експозиційна доза X — величина, що чисельно дорівнює відношенню сумарного заряду dQ всіх іонів одного знака, що утворилися під дією фотонного випромінювання (гамма- і рентгенівське випромінювання) в елементарному об’ємі сухого повітря, до маси цього об’єму dm: .

Одиниця експозиційної дози в системі СІ — кулон на кілограм (Кл/кг). Широко використовується і внесистемна одиниця – рентген (Р). Один рентген – це така доза рентгенівського або гамма-випромінювання, при якій в 1 см³ сухого атмосферного повітря за нормальних умов (температура 0°С, тиск 101,3 кПа) виникає 2,08 мільярда пар іонів.

Співвідношення між цими одиницями виражається так:
1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг; 1 Кл/кг = 3876 Р.

На утворення 1 пари іонів у повітрі витрачається в середньому 34 еВ енергії, отже, при дозі в 1 Р енергія складе:

еВ.

Більш об’єктивним показником дії радіації є поглинена доза. Поглинена доза D - енергія випромінювання, що передалася одиниці маси речовини , де d - енергія, передана випромінюванням речовині масою dm.

Одиниця поглиненої дози в системі СІ - грей (Гр). Один грей - це така доза, при якій у речовині масою 1 кг поглинається енергія радіоактивних випромінювань у 1 Дж: 1 Гр = 1 Дж/кг. Внесистемною одиницею поглиненої дози є рад (скорочення від перших літер «радіаційна абсорбційна доза»). Співвідношення між цими одиницями таке: 1 рад=10^-2, Гр, 1 Гр=100 рад.

Експозиційній дозі в 1 Р відповідає поглинена доза, що приблизно дорівнює 0,01 Гр (1 рад). Це справедливо для таких поглиначів, як вода, м’язова тканина. У той самий час кісткова тканина відрізняється більшими значеннями поглинутої дози. Тобто взаємозв’язок між цими одиницями залежить від енергетичного спектру випромінювання та від речовини, що поглинає це випромінювання. Стосовно гамма-випромінювання при поглинанні у повітрі 1 рад = 1,14 Р.

Для оцінки можливої шкоди здоров’ю людини від хронічної дії іонізуючого випромінювання (тривалий час малими дозами) вводиться еквівалентна доза. Еквівалентна доза Н - добуток поглиненої дози на коефіцієнт якості випромінювання К: H=K∙D. При опроміненні змішаним випромінюванням еквівалентна доза визначається як сума добутків поглинених доз D від окремих видів випромінювань на відповідні цим випромінюванням коефіцієнти якості К : .

Значення коефіцієнтів якості випромінювань наведені в таблиці 1.

Одиниця еквівалентної дози в системі СІ — зіверт (Зв). Один зіверт – це така еквівалентна доза, що здійснює такий самий біологічний ефект, як і поглинена доза в 1 Гр рентгенівського або γ-випромінювання. Внесистемна одиниця еквівалентної дози – бер (скорочено від перших літер «біологічний еквівалент рентгена»). Одиниці вимірювання еквівалентної дози пов’язані співвідношенням 1 Зв = 100 бер.

Дози опромінення різних ділянок тіла або органів можуть бути неоднаковими, особливо при внутрішньому опроміненні. Це пояснюється тим, що різні органи мають свою чутливість до опромінення. Для оцінки нерівномірного опромінювання тіла користуються поняттям ефективної еквівалентної дози.

 

Таблиця 1 - Коефіцієнти якості випромінювання К

 

Вид випромінювання	К, Зв/Гр
Рентгенівське і гамма-випромінювання
Бета-випромінювання
Альфа-випромінювання
Протони з енергією більше 2 МеВ
Нейтрони з енергією менше 10 кеВ
з енергією 10-100 кеВ
з енергією 0,1 - 2 МеВ
з енергією 2 - 20 МеВ
з енергією більше 20 МеВ

Ефективна еквівалентна доза Н_еф – сума добутків еквівалентних доз Н , отриманих окремими органами людини на відповідні цим органам коефіцієнти радіаційного ризику : .

Значення коефіцієнтів радіаційного ризику наведені в таблиці 2.

Ефективна еквівалентна доза вимірюється в тих самих одиницях, що й еквівалентна.

При вимірюванні гамма-випромінювання використовується така одиниця, як потужність дози. Потужність дози випромінювання (рівень радіації) - відношення збільшення дози dД іонізуючого випромінювання до інтервалу часу dt, за який це збільшення відбулося: .

 

Таблиця 2 - Коефіцієнти радіаційного ризику

 

Орган або тканина	Коефіціент
Гонади	0,2
Червоний кістковий мозок	0,12
Легені	0,12
Товстий кишечник	0,12
Шлунок	0,12
Молочні залози	0,05
Сечовий міхур	0,05
Печінка	0,05
Стравохід	0,05
Щитовидна залоза	0,05
Кісткова тканина	0,01
Шкіра	0,01
Інші органи	0,05
Організм у цілому

 

Потужність дози, по суті, являє собою швидкість нагромадження дози. Іншими словами, вона показує, яку дозу може отримати людина, перебуваючи на зараженій території за одиницю часу. Відповідно:

- потужність експозиційної дози ;

- потужність поглиненої дози .

Одиниця вимірювання потужності експозиційної дози в системі СІ - ампер на кілограм (А/кг, або Кл/(кг с)). Широко вживаються внесистемні одиниці: мР/годину, мкР/годину.

Одиниця вимірювання потужності поглиненої дози випромінювання — грей за секунду (Гр/с). Одиниця вимірювання потужності еквівалентної дози - зіверт за секунду (Зв/с).

Потужність експозиційної дози гамма-випромінювання можна визначити і так:

,

де K_g - іонізаційна g-стала, яка характеризує даний радіонуклід, Р∙см²/год∙мКі (табл. 3);

А – активність даного радіонукліда, мКі;

R – відстань до джерела випромінювання.

 

Таблиця 3 – Значення іонізаційної гамма-сталої для деяких радіонуклідів

 

Радіонуклід	Період піврозпаду	Іонізаційна g-стала, Р∙см^2/год∙мКі
^60 Со	5,271 року	12,853
^137 Cs	30 років	3,242
^226 Ra	1600 років	9,031

 

За допомогою приладів (дозиметрів) можна виміряти експозиційну дозу, а також за певних умов — поглинену дозу. Усі інші дози приладами не вимірюються, а можуть бути тільки розраховані або оцінені за відомими радіометричними величинами або експозиційною дозою. Для цього необхідно знати перехідні коефіцієнти. Для зовнішнього γ-опромінення в умовах нашої республіки це такі коефіцієнти:

1 Бк/м² приводить до еквівалентної дози 0,022 мкЗв/рік,

1 Kі/км² приводить до еквівалентної дози 0,8 мЗв/рік,

1 мкР/годину приводить до еквівалентної дози 0,05 мЗв/рік.

 

Приклади розв’язання задач

Задача 1

Оцінити еквівалентну дозу, що одержується за рахунок зовнішнього γ-опромінення за місяць перебування на території з рівнем поверхневої активності ¹³⁷Cs 30 Kі/км².

 

Розв’язання

Перехідний коефіцієнт від рівня поверхневої активності до еквівалентної дози за рахунок зовнішнього γ-опромінення – 0,8 мЗв/рік на 1 Кі/км².

Отже, при рівні поверхневої активності 30 Kі/км² еквівалентна доза за рік складе: Н = 0,8∙30 = 24 мЗв.

Доза за місяць буде в 12 разів меншою: 24/12 = 2 мЗв.

 

Задача 2

Визначити можливу дозу опромінення за добу перебування людини на дачній ділянці з урахуванням природного фону, якщо потужність гамма-випромінювання в помешканні становить 35 мкР/год., а надворі – 50 мкР/год. Час перебування в приміщенні – 10 годин/добу.

 

Розв’язання

Нагромаджену дозу можна визначити із співідношення

, тобто . Звідси ,

де Р – потужність дози, Р/год;

t – час перебування під дією випромінювання.

Отже, добова доза Д_доб зовнішнього опромінення з урахуванням природного фону становитиме:

мкР = 1,05 мР.

Гранично допустима доза становить 0,05 мР/добу (або 18 Р/рік), тому отримана доза є небезпечною.

Задача 3

Визначити, яку потужність дози створює джерело випромінювання ¹³⁷Cs, що має активність А=1 Кі, на відстані R = 1 м від джерела. Іонізаційна g-стала для ¹³⁷Cs становить 3,242 Р∙см²/год∙мКі.

 

Розв’язання

Розрахунки проводимо за формулою , звівши всі одиниці вимірювання у відповідності одна до одної.

Р/год.

Гранично допустима доза становить 0,05 мР/добу (або 18 Р/рік), тому отримана доза є небезпечною.