Учебный материал для выполнения задания Понятие о дозах облучения

Доза излучения - это энергия излучения, поглощенная определенной массой облучаемого вещества.

Экспозиционная доза - это отношение суммарного заряда ионов одного знака, созданного фотонным излучением в сухом атмосферном воздухе, к массе воздуха в элементарном объеме. Единица экспозиционной дозы в системе SI - кулон на килограмм воздуха (Кл/кг) - это доза, при которой все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в объеме воздуха массой 1 кг, производят ионы, несущие электрический заряд 1 кулон (Кл) каждого знака. Внесистемная единица рентген (Р) – это доза фотонного излучения, при прохождении которой через 0,001293 г (1 см³) воздуха в результате завершения всех ионизационных процессов создаются ионы, несущие 1 электростатическую единицу количества электричества каждого знака. 1Р = 2,58· 10^-4 Кл/кг; 1 Кл/кг = 3,88· 10³ Р. Экспозиционная доза используется для количественной оценки ионизирующего действия поля гамма- и рентгеновского излучения.

Поглощенная доза - энергия излучения, поглощенная в единице массы облучаемого вещества (кроме воздуха), измеряемая в системе SI в джоулях на килограмм (Дж/кг). Единица поглощенной дозы - Грей (Гр), внесистемная единица – рад (radiation absorbed dose): 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад. 1 рад = 100 эрг/г = 1· 10^-2 Дж/кг. Мощность поглощенной дозы выражается в Гр/сек, 1 рад/сек = 0,01 Гр/сек.

Поглощенная доза энергии характеризует взаимодействие поля и вещества, т.е. радиационный эффект для всех видов физических и химических тел, кроме живых организмов. При одинаковом поле (равной экспозиционной дозе) поглощенная доза прямо пропорционально зависит от порядкового номера поглощающего элемента в таблице Менделеева. Следовательно, величина поглощенной дозы зависит от экспозиционной дозы и от элементного состава поглощающего вещества. Поглощенная доза вызывает нагрев, физические и химические превращения вещества. Поглощенная доза накапливается со временем. Лучевое поражение зависит от мощности дозы, т.е. от продолжительности воздействия.

Измерить поглощенную дозу непосредственно в человеческом организме трудно, но возможно при использовании тканеэквивалентных детекторов. Эквивалентом тканей являются органические вещества, вода, сложные композиции, ткани, которые размещают в полостях тела или в его моделях – фантомах.

Эквивалентная доза внешнего облучения - доза, поглощенная в органе или ткани организма и умноженная на взвешивающий коэффициент для конкретного вида излучения (W_R – табл. 21). Количественно W_R = ОБЭ (относительной биологической эффективности излучения) = КК (коэффициенту качества лучей). W_R и ОБЭ используются в радиобиологии и медицине, КК - в радиофизике. Единица эквивалентной дозы в системе SI - Зиверт (Зв): 1 Зв = 1 Гр×W_R = 100 рад×W_R = 100 бэр; внесистемная единица - бэр (биологический эквивалент рада).

Таблица 21. Относительная биологическая эффективность

(Взвешивающие коэффициенты) ионизирующих излучений

Вид излучения	WR	Вид излучения	WR
Кванты и фотоны	1	Нейтроны быстрые	20
Электроны и позитроны	1	Протоны	5
Нейтроны медленные	5	-частицы, тяжелые ядра	20

Эквивалентная доза внутреннего облучения – это доза, полученная за время, прошедшее с момента поступления радионуклида в организм.

Эффективная эквивалентная доза – мера риска возникновения лучевых поражений при облучении разных органов и тканей. Показатель ω_T (табл. 22) – взвешенный коэффициент (коэффициент радиационного риска), равный отношению ущерба облучения конкретного органа или ткани к ущербу от облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах и зависящий от радиочувствительности органа или ткани.

Таблица 22. Коэффициент радиационного риска органов и тканей

Орган или ткань	ωT	Орган или ткань	ωT
Организм в целом	1,00	Молочная железа	0,05
Половые железы	0,2	Печень	0,05
Красный костный мозг	0,12	Пищевод	0,05
Толстый кишечник	0,12	Щитовидная железа	0,05
Легкие	0,12	Кожа	0,01
Желудок	0,12	Поверхность кости	0,01
Мочевой пузырь	0,05	Остальные органы и ткани	0,05

Мощность дозы - это доза, поглощенная в массе вещества за определенный отрезок времени. Мощность экспозиционной дозы выражают в Ки/кг·с, Р/с, Р/ч; единицы мощности поглощенной дозы - Гр/с, Гр/год, рад/с и т.д.; единицы мощности эквивалентной дозы - мкЗв/с, мЗв/час, мЗв/год, мбэр/с, бэр/год и т.д.

В социально-гигиенических исследованиях применяется понятие "коллективные дозы".

Доза коллективная эффективная эквивалентная (S) – эта сумма индивидуальных эквивалентных доз, полученных людьми одной группы (популяции, когорты). Коллективная доза облучения рассчитывается по формуле: , где Е - средняя эффективная индивидуальная доза в группе населения (когорте), подвергшейся облучению (Гр, Зв),N - численность популяции (чел.). Единицы измерения: человеко-зиверт (чел-Зв), человеко-грей (чел-Гр). Коллективная доза позволяет установить индивидуальный риск заболевания раком (известно, что при коллективной дозе S=10³ чел-Зв можно ожидать выхода 60 злокачественных опухолей излечимых и со смертельным исходом) и частоту выхода опухолей на 1 млн.чел.

Доза ожидаемая (полная) коллективная эффективная эквивалентная – доза, получаемая многими поколениями людей, если период полураспада радионуклидов, загрязняющих территорию проживания популяции, значительно превышает среднюю продолжительность жизни одного поколения. При S=1 млн. чел-бэр летальных исходов от рака 120, генетических нарушений – 45 случаев.

Естественный радиационный фон (ЕРФ) создает как внешнее облучение земной поверхности и населяющих ее живых существ, так и внутреннее облучение за счет попадающих внутрь организма (инкорпорированных) радионуклидов.

Внешние компоненты ЕРФ включают:

• Космическое излучение: а) первичное, состоящее из протонов (92%), альфа-частиц (7%), а также ядер атомов углерода, кислорода, азота и других элементов (1%); б) вторичное – результат взаимодействий первичных космических лучей с фотонами (квантами энергии) и ядрами атомов воздуха, в результате которых образуются пары электрон-позитрон, а также нейтроны и мезоны. Интенсивность космического излучения уменьшается с приближением к земле.

• Радионуклиды литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы:

а) изотопы, входящие в радиоактивные семейства урана (²³⁸U), тория (²³²Th) и актиноурана (²³⁵Ac), находящиеся в недрах земли, а также газообразные продукты их частичного распада: радон, торон и актинон, выносимые на поверхность с подземными водами и через трещины земной коры;

б) изотопы, не входящие в эти семейства (⁴⁰K, ⁴⁸Ca, ⁸⁷Rb) и другие;

в) изотопы, возникающие при ядерных реакциях нейтронов вторичного космического излучения с ядрами азота атмосферы – углерод (¹⁴С) и тритий (³Н). Горные породы имеют более высокую радиоактивность, чем осадочные; глинистые почвы более радиоактивны, чем песчаные.

• Строительные материалы из природных компонентов. Такие строительные материалы как кирпич, бетон, цемент в 5-10 раз активнее известняка и в 50-80 раз активнее дерева. Облучение человека природными источниками радиации показано в табл. 23.

Таблица 23. Годовые эффективные эквивалентные дозы