В)Единицы радиоактивности

Следует отметить, что существуют определенные объективные трудности в восприятии и понимании единиц радиоактивности. Это связано, во-первых, с тем, что существуют единицы измерения как самого явления, так и единицы по измерению воздействия этого явления на вещество, и зачастую необходимо переходить от одних к другим, во-вторых, с наличием нескольких единиц с различными исторически сложившимися названиями, не связанных между собой кратными или дольными соотношениями.

Рассмотрим единицы измерения самого явления - радиоактивность. Исторически первой общепринятой единицей радиоактивности была радиоактивность 1 грамм химически чистого радия, которая была названа в честь супругов М. и П. Кюри. Радиоактивность 1 г Ra = 1 Кюри (Ки). Позднее за единицу радиоактивности было принято количество распадов в единицу времени. Единица, характеризующая 1 распад радионуклидов в 1 сек. была названа в честь французского физика А. Беккереля - Беккерелем (Бк). Так как 1г Ra давал 3,7*10¹⁰ распадов в сек., то между Ки и Бк установлено соотношение:

1 Ки = 3,7*10¹⁰ Бк или

1 Бк = 2,7*10^-11 Ки

Существуют также понятия удельной активностью, площадной активности и объемной концентрации.

Удельная активность это активность единицы массы вещества, т.е. Ки/г; Бк/кг; пКи/г и т.д.

Площадная активность - радиоактивность вещества, приходящаяся на 1ед. площади, т.е.: Ки/м²; Ки/км²; Бк/м² и т.д.

Характеризуя радиоактивность какого-либо материала, необходимо конкретно указывать, о каком радионуклиде идет речь. Так, если мы говорим, что удельная активность почвы по цезию-137 100 Бк/кг, то это значит, что речь идет только об этом изотопе, другие (уран, торий, калий и т.д.), присутствующие в почве, не учитываются.

Оценивая общую радиоактивность почв в единицах СИ от естественных радионуклидов, мы должны указать, например, радиоактивность по урану — 38 Бк/кг, по торию — 35 Бк/кг, по калию — 296 Бк/ кг, тогда общая радиоактивность данной почвы от естественных дариоэлементов составит 369 Бк/ кг. Если почва была загрязнена тезногенными радиоизотопами, например, цезием, стронцием и кобальтом, то указывается их радиоактивность, допустим: по цезию-137 — 100 Бк/кг, по стронцию-90 — 20 Бк/кг, по кобальту-60 — 80 Бк/кг. И тогда общая радиоактивность почв составит (369+100+20+80) Бк/кг.

Для перехода от удельной активности в Бк/ кг, Бк/г и т.д. к площадной в Бк/м², в Ки/км² и т.д. необходимо знать плотность веществ. Так, 34 Бк/кг активности почвы по цезию-137 будет соответствовать площадной активности 0,1 Ки/м² при плотности почвы 1100 кг/м³.

В процессе распада радиоактивных ядер образуются потоки g-квантов, a- и b-частиц, способных ионизировать вещественную среду (воздух, воду, биологические клетки и др.) и сообщать веществу дополнительную энергию. Количество поглощенной при этом энергии и образовавшихся пар ионов также являются определенным интегрированным показателем радиоактивности вещества и измеряются различными типами физических методов (ионизация воздуха, например).

Так, например, если при воздействии g-квантов (фотонное излучение) в см³ воздух при нормальных условиях (н.у.) образуется 2,08*10⁹ пар ионов, что соответствует электрическому заряду в 1 Кулон (1 Кл), то говорят, что экспозиционная доза g-излучения соответствует 1 Рентгену (1 Р). Экспозиционная доза , отнесенная ко времени, получила название мощности экспозиционной дозы и измеряется в Р/с, Р/час и т.п. Существуют и кратные им единицы (мР, мкР, мР/час, мкР/час и т.д.). Переход от единицы активности вещества, выраженного, например, в мкКи к мощности экспозиционной дозы g-излучения данного радионуклида в Р/час, осуществляется при помощи гамма-постоянных (справочная величина), характерных для каждого радиоизотопа. Так, например, источник Ra-226 активностью 1 мКи на расстоянии 1 см дает мощность экспозиционной дозы g-излучения в 9,36 Р/час (“Справочник по дозиметрии”, 1974). От аналогичного источника цезия-137 — 3,1 Р/час, лантана-140 — 11,14 Р/час и т.д.

Кроме экспозиционной дозы, характеризующей степень ионизации воздуха, существует и другое понятие — поглощенная доза — это энергия излучения, поглощенная единицей массы вещества. В СИ она измеряется единицей Грей (Гр): 1Гр = 1Дж/кг. Ранее пользовались для оценки поглощенной дозы единицей рад: 1рад = 0,01Гр. Поглощенная доза, отнесенная ко времени поглощения, носит название мощности поглощенной дозы и измеряется в Гр/час, Гр/с, мГр/час, рад/с, рад/год и т.д. Следует отметить, что 1 р экспозиционной дозы (по всему спектру g-излучения до энергии 3 МэВ) соответствует поглощенной дозе в биологической ткани в 0,93 рад, т.е. 1Р около 0,93 рад.

Существует также единица биологического эквивалента Рентгена БЕР, с учетом выше сказанного для приближенных расчетов можно считать, что 1 БЭР = 1Р = 1 рад.

Биологический эффект воздействия ионизирующего вида излучения зависит от вида излучения, энергии частиц и g-квантов.

Так, a-частица с энергией 4 МэВ проходит 31 мкм биологической ткани, а с энергией 10 МэВ - 130 мкм.

В дозиметрии существует понятие - коэффициент качества излучения (ККИ), который учитывает степень воздействия радиоактивного излучения на биологические ткани. Если ККИ g-излучения принять за 1, то для b-излучения он будет равен 3-м, для a = 2-м.

В настоящее время рекомендуется в качестве единицы измерения эквивалетной дозы пользоваться Зивертами (Зв) (1 Зв = 100 БЭР).

Соответственно мощность будет измеряться в Зв/час, мкЗв/час и т.д.

Соотношение между ранее применяемой единицей мощности g-излучения в мкР/час и мкЗВ/час таково:

1 мкР/час = 0,01 мкЗв/час или

100 мкР/час = 1мкЗв/час.

Линейная потеря энергии (ЛПЭ) - отношение энергии, переданной веществу от заряженной частицы к длине пройденного пути. Интенсивность ИИ зависит от плотности потока частиц (от плотности энергетического потока), поэтому различают редкоионизирующую радиацию (РИР), где ЛПЭ меньше 10 кэв/мм, и плотноионизирующую радиацию (ПИР), где ЛПЭ больше 10 кэв/мм. ПИР - это a-частицы, которые быстро теряют энергию в начале пути, неглубоко проникают в ткань, дают сгусток ионов. РИР - это g-кванты. b-частицы занимают промежуточное положение между ПИР и РИР: чем больше энергия, тем ближе к РИР, но в конце пути, растеряв энергию, создают большую плотность и приближаются к ПИР.