Доза випромінювання і його потужність

Біологічна дія рентгенівського і ядерних випромінювань на організм обумовлено іонізацією і збудженням атомів і молекул біологічного середовища, на які випромінювання витрачають свою енергію. Таким чином, в результаті цієї взаємодії живого організму передається певна кількість енергії. Частина надходить випромінювання пронизує опромінюваний об'єкт (без поглинання) і дії на нього не робить. Тому основна фізична величина, що характеризує дію випромінювання на організм, перебуває в прямій залежності від кількості поглиненої енергії. Для вимірювання кількості поглиненої енергії введено поняття - доза випромінювання. Це величина енергії, поглиненою в одиниці об'єму (маси) речовини, що опромінюється.

Таким чином: доза іонізуючого випромінювання - це характеристика кількості випромінювання і міра його впливу на опромінюється середу або об'єкти навколишнього середовища. Зазвичай доза іонізуючих випромінювань позначається буквою Д (в українському варіанті) або D (в латинському варіанті). Однак, якщо мати на увазі конкретний спосіб вираження дози, більш коректно дотримуватися позначень документа «Норми радіаційної безпеки» (НРБ-99).

Поглинена доза (D) - енергія іонізуючого випромінювання, поглинена опромінюється тілом (тканинами організму), у перерахуванні на одиницю маси: D = dE / dm, де Е - енергія випромінювання, m - маса об'єкта.

У Міжнародній системі одиниць (СІ) поглинена доза виражається в джоулях на кілограм маси - Дж / кг (табл.1 Додатки). Ця величина отримала назву грей (Гр). При опроміненні людини доза 1 грей - велика величина. Досить вказати, що LD50 (доза, при якій гинуть 50% опитаних тварин) при екстраполяції на людину становить близько 4Гр. Тому іноді використовують іншу, позасистемна одиницю виміру поглиненої дози - радий, причому 1рад = 10 -2 Гр. Радий - це поглинена доза, при якій кількість поглиненої енергії в 1 грамі речовини становить 100 ерг незалежно від виду та рівня енергії випромінювання (табл. 1 додатку).

Розрізняють дозу в повітрі, на поверхні (шкірна доза) і в глибині опромінюється (глибинна доза), осередкову і інтегральну (загальну поглинену) дози.

Експозиційна доза. Виміряти іонізацію безпосередньо в глибині тканин живого організму важко. У зв'язку з цим для кількісної характеристики рентгенівського і гамма-випромінювань, що діють на об'єкт, визначають так звану експозиційну дозу D0. яка характеризує іонізуючу здатність цих випромінювань в повітрі. Від експозиційної дози за допомогою відповідних коефіцієнтів переходять до дозі, поглиненої в об'єкті.

Встановлена ​​в СІ одиниця вимірювання експозиційної дози - кулон, віднесений до кілограма (Кл • кг -1). На практиці і в науковій літературі поширена інша, позасистемна, одиниця експозиційної дози - рентген (Р). Один рентген - це доза фотонного випромінювання, при якій в I см 3 сухого повітря в процесі іонізації утворюється 2,079 • 10 9 пар іонів кожного знака (або 1,61 • 10 15 пар іонів в 1 кг повітря).

Співвідношення між одиницями експозиційної дози (табл.3 Додатки): 1Р (1 рентген) = 2,58 • 10 -4 Кл • кг -1; 1Кл • кг -1 (1 кулон) = 3,88 • 10 3 Р. Експозиційна доза - специфічна величина в дозиметрії і використовується тільки для оцінки зовнішнього рентгенівського або # 947;-випромінювання.

Енергетичний еквівалент експозиційної дози становить: для повітря 1Р = 0,84рад, для води і біологічних тканин 1Р = 0,93 - 0,96рад в залежності від енергії # 947; -фотонов. Це означає, що якщо живий об'єкт знаходиться в деякому просторі, в якому експозиційна доза за певний час оцінюється значенням 1Р (рентген), поглинену дозу, отриману цим об'єктом, слід приблизно оцінити в 1 рад.

Експозиційна доза коректна тільки для повітря - об'єкта з практичної точки зору менш цікавого і значимого, ніж біологічні об'єкти (органи, тканини, організми). Крім того, інтерпретація експозиційної дози на біологічні об'єкти носить лише приблизний характер. У зв'язку з цим експозиційної дозою в сучасній дозиметрії рекомендується не користуватися і в останньому варіанті НРБ-99 цей вид дози і її потужність не згадуються. З іншого боку, в силу багаторічної традиції в радіології, біології та медицині цим видом дози іонізуючого випромінювання та її позасистемної одиницею «рентген» користуються досить широко. Наприклад, фоновий рівень потужності дози на тій чи іншій території Укаїни в ЗМІ до теперішнього часу приводиться в мкР / год.

Еквівалентна доза. Встановлено, що біологічна дія однакових доз різного виду випромінювань на організм неоднаково. Біологічний ефект опромінення при інших рівних умовах різний для різних видів випромінювання перш за все тому, що він визначається не тільки величиною поглиненої енергії, а й характером розподілу цієї енергії в опромінюється об'єкті.

Різні види випромінювань створюють іони з неоднаковим просторовим розподілом. наприклад, # 940; -частка, володіючи значними величинами розміру, маси, заряду і енергії, в порівнянні з # 946; -часткою характеризується великими значеннями лінійної щільності іонізації (ЛПІ) і створює на одиниці шляху в тканини набагато більше іонів. При одній і тій же поглиненої енергії (поглиненої дози) біологічний ефект буде незрівнянно більше при більш високій щільності іонізації.

Для порівняння біологічних впливів, викликаних різними видами випромінювання, використовується поняття відносної біологічної ефективності (ОБЕ), яке показує, у скільки разів радіобіологічний ефект даного виду випромінювання більше радіобіологічного ефекту зразкового випромінювання при одній і тій же поглиненої дози:

# 942; - відносна біологічна активність,

Dобр і D - поглинені дози, відповідно, зразкового і даного випромінювання.

За зразкове випромінювання приймають рентгенівське випромінювання з енергією фотонів 200кеВ. Очевидно, що для зразкового випромінювання # 942; = 1 величина ОБЕ залежить в основному від щільності іонізації або розмірів втрат енергії на одиницю довжини шляху іонізуючої частинки - показника лінійних втрат енергії (ЛПЕ). З ростом ЛПЕ випромінювання збільшується ймовірність пошкоджень біологічних тканин і, що важливо, знижується здатність до самовідновлення пошкоджень. ВБЕ проявляє залежність також і від швидкості частинок випромінювання: чим менше швидкість, тим вище ВБЕ.

Для визначення дози іонізуючого випромінювання з урахуванням біологічного ефекту на практиці використовують не відносну біологічну ефективність, а регламентований ВБЕ-показник, який називають зважують коефіцієнтом (WR), а доза в цьому випадку називається еквівалентною дозою НТ, R. її розраховують таким чином:

де WR - ваговий коефіцієнт для випромінювання R.

DT, R - середня поглинена доза в органі чи тканині Т, тому що еквівалентна доза випромінювання розраховується для «середньої» тканини організму людини.

Вагові коефіцієнти для розрахунку еквівалентної дози (для окремих видів випромінювання) відповідно до Норм радіаційної безпеки -99 наведені в табл.3.

Вагові коефіцієнти (WR) для окремих видів випромінювання

при розрахунку еквівалентної дози (по НРБ-99)

Альфа-частинки, осколки поділу, важкі ядра

Примітка: всі значення відносяться до випромінювання, що падає на тіло, а в разі внутрішнього опромінення - що випускається при ядерному перетворенні

Еквівалентна доза випромінювання НT, R - це поглинена доза в органі чи тканині, помножена на відповідний ваговий коефіцієнт для даного виду випромінювання, т е. Коефіцієнт, що відображає здатність даного виду випромінювання ушкоджувати тканини. Еквівалентна доза враховує відмінності в біологічному дії випромінювань різного виду відповідно до їх відносної біологічної ефективністю. Еквівалентну дозу в СІ виражають в зіверт (Зв). Позасистемна одиниця вимірювання - бер (біологічний еквівалент рада), 1 бер = 0,01Зв. Один зіверт дорівнює еквівалентній дозі, при якій твір поглиненої дози в біологічної тканини стандартного складу на середній ваговий коефіцієнт становить 1Дж / кг.

У випадках, коли на об'єкт впливають різні види випромінювань з різними ваговими коефіцієнтами, еквівалентна доза визначається як сума еквівалентних доз для цих видів випромінювання:

Ефективна еквівалентна доза. Різні органи і тканини живих організмів володіють різною чутливістю до дії іонізуючих випромінювань (табл. 4).

Значення вагових коефіцієнтів (WT) або коефіцієнтів