В настоящее время в области радиоактивности и ионизирующих излучений используются следующие обозначения и понятия: Обозначение Понятие А активность радионуклида J интенсивность излучения источника X экспозиционная доза * XI мощность экспозиционной дозы * Dп поглощенная доза излучения DIп мощность поглощенной дозы HЭКВ эквивалентная доза HIЭКВ мощность эквивалентной дозы HЭКВ, ОРГАНОВ эквивалентная доза облучения органов HЭКВ, ОБЩ эквивалентная доза облучения организма в целом *- использование понятия экспозиционной дозы и ее мощности после 1 января 1990 г не рекомендуется. Однако в практике массового радиационного контроля это понятие до настоящего времени широко применяется.
Дадим более подробные определения и пояснения перечисленных понятий и величин, для чего воспользуемся рис.6. . Рис. 6 Активность а - физическая величина, характеризующая скорость распада нуклида в источнике. Активность измеряется числом распадов в секунду. Единица активности в системе СИ – Беккерель (Бк). 1Бк = 1 расп/с. Более крупная единица – Кюри (Ки). 1 Ки = 3,7·10 10 Бк. Активность в 1 Ки создает 1 грамм радия Rа. Эта единица не является основной в системе СИ. С течением времени активность изменяется по экспоненциальному закону: а = а0 ·е-(t, где а0 - активность в начальный момент времени; ( - постоянная радиоактивного распада данного нуклида (0( ( ((), которая характеризует вероятность распада дан-ного нуклида в секунду. Пьер Кюри ввел понятие «период полураспада», Т1/2. Т1/2 – это время, в течение которого распадается половина атомов данного нуклида и вместо них образуется атомы нового вещества. Для каждого нуклида нам известны: ( (или Т1/2), дефект массы и вид распада. Зная эти величины, можно определить активность нуклида, энергию одной частицы и всех частиц при распаде, а также количество нерас-павшегося и вновь образовавшегося вещества. Активность нуклида в начальный момент времени определяется так: а = (·(·(((( ( ln(·(·(( ( (1/2·(. Например, для 1 г Ra, имеющего период полураспада Т1/2 = 1590 лет и массовое число А = 226, активность равна: а = ln2·1·10-3·6,02·1026/1590·364·24·60·60·226 = 3,692·1010 ( 1 Ки. Интенсивность излучения J - физическая величина, характеризующая энергию ионизирующего излучения, прохо-дящего через единицу площади в единицу времени. Выражение для нахождения интенсивности имеет вид: J = W / S·t. Интенсивность J измеряется в Дж/м2·с. Интенсивность излучения зависит от потока и вида частиц, их энергии, а также от свойств среды, через которую излу-чение проходит. Количественной мерой воздействия любого вида излуче-ния на облучаемый объект является доза. Экспозиционная доза Х – физическая величина, равная отношению образовавшегося заряда dq в элементарном объеме воздуха к массе воздуха dm в этом объеме: Х = dq / dm. В системе СИ экспозиционная доза Х измеряется в Кл/кг. Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген. 1 рентген (1 Р) – экспозиционная доза, при которой в 1 кг облучаемого воздуха образуется суммарный заряд одного знака, равный q = 2,59·10-4 Кл. Соотношение между названными единицами: 1 Кл/кг = 3876 Р. Расчеты показывают: масса 1 см3 воздуха при н.у. равна 0,1285·10-5 кг. При этих условиях в 1 см3 воздуха образуется 2,1·109 пар ионов, на образование одного иона (N2 или О2) в среднем затрачивается энергия Ei = 33,5 эВ. Общая энергия, затраченная на ионизацию, равна Wион = Nион Ei = 2,1·109·33,5·1,6·0-19 ( 112,5·10-10 Дж. Экспозиционная доза для 1 см3 воздуха равна X = 2,1·109·1,6·10-19 /0,1285·10-5. = 2,59·10-4 Кл/кг, что соответствует известным данным. Экспозиционной дозой оценивают действие рентгеновского и гамма-излучения на воздух. Для других сред и живых объектов это понятие не применимо. Мощность экспозиционной дозы XI равна отношению приращения экспозиционной дозы dX к промежутку времени dt, за который это приращение произошло: XI = dX/dt. Единицы измерения мощности экспозиционной дозы: Кл/(кг·с) – в системе СИ, Р/ч, Р/с, мР/ч, мкР/ч – неосновные.
Поглощенная доза излучения Дп. - физическая величина, равная отношению поглощенной энергии Wп к массе Mп облучаемого вещества. Величины поглощенной дозы определяются с помощью выражения Дп = Wп / Mп. В системе СИ единицей поглощенной дозы является Грей. Эта единица названа в честь английского физика А. Грея. Такую дозу получает тело массой 1 кг, если оно поглотило энергию в 1 Дж. До 1980 г. в качестве единицы поглощенной дозы применялись: рад и рентген. Это внесистемные единицы. Рад – от англ. поглощенная доза излучения. 1 рад = 10-2 Дж/кг = 10-2 Гр. 1 Грей (Гр)= 100 рад ( 110 Р (для гамма-излучения). Единица «Рентген» довольно часто используется и сейчас; возможно, это просто дань традиции. По определению доза в 1 Р соответствует такому излучению, при котором в 1 см3 воздуха при н.у. (Р0=760 мм. рт. ст, Т = 273 К) обра-зуется определенное число пар ионов (N ( 2,1·109), так что их суммарный заряд равен 3,3·10-10 Кл. Понятен смысл данного определения: зная ток и время разрядки, можно опытным путем определить суммарный заряд ионизации и число пар ионов, возникших в результате облучения Nион= Qобщ/е. Для этих же условий (н.у.) найдем величину поглощенной дозы: Дп = Wп/Mп = 112,5·10-10/0,128·10-5 = 8,7·10-3 Дж/кг. Таким образом, доза в 1 рентген соответствует поглощенной дозе 8,7·10-3 Дж/кг или 8,7·10 мГр. 1 Р = 8,7·10–3 Дж/кг = 8,7 мГр. Доза в 1 Р создается лучами, испускаемыми 1 граммом радия, на расстоянии 1 м от источника в течение 1 часа. Мощность поглощенной дозы ДIП.- физическая величина, характеризующая величину энергии, поглощаемой единицей массы какого-либо физического тела в единицу времени: D1п = ДП / t = WП / MПп t. Величину фонового излучения нам обычно сообщают в микрорентген/час, например 15 мкР/час. Эта величина имеет размерность мощности поглощенной дозы, но выражена она не в единицах системы СИ. Фону в 15 мкР/час соответствует мощность дозы 36,2·10–12 Гр/с (или 4,16·10-9 Р/с). При такой мощности дозы человек за один год, при условии, что ионизация тканей происходит также как ионизация воздуха, получит дозу радиации, равную 1,1 мГр (или 0,13 Р). Такая доза радиации очень мала и неопасна для человека. Но надо еще иметь в виду, что радиация может накапливаться строительными материалами, которые используются при постройке жилых и промышленных зданий. Влияние излучения от конструкционных материалов может быть более существенным, чем от фона наружного воздуха. Эквивалентная доза Hэкв.- величина, которая харак-теризует поглощенную дозу живого организма. Она равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма: Hэкв. = КК ( DП, где КК – средний коэффициент качества ионизирующего излучения в данном элементе объема биологической ткани (табл. 3). Таблица 3 Вид излучения КК Рентгеновское и γ-излучение 1 Электроны, позитроны, β-излучение 1 Протоны (W ( 10 МэВ) 10 Нейтроны ( W ( 20 кэВ) 3 Нейтроны (W = 0,1 – 10 МэВ) 10 Альфа –излучение (W( 10 МэВ) 20 Надо отметить, что эквивалентная доза Hэкв харак-теризует среднее значение поглощенной дозы живым орга-низмом, хотя одни и те же ткани (кости, мышцы, мозг и др.) для разных людей и при разных условиях будут поглощать разную энергию. В системе СИ единицей эквивалентной дозы является Зиверт (1 Зв), названной так в честь шведского ученого – радиолога Р.Зиверта. На практике часто используется внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр = 0,01 Дж/кг.
На практике используются дольные единицы: миллибэр (1мбэр = 10-3 бэр); микробэр (1мкбэр = 10-6 бэр); нанобэр (1нбэр = 10-9бэр). Существует другое определение понятия бэр. Бэр - это количество энергии, поглощенное живым орга-низмом при облучении любым видом ионизирующей радиации и вызывающее такой же биологический эффект, как и погло-щенная доза в 1 рад рентгеновского или (-излучения с энергией 200 кэВ. Соотношение между названными единицами (1 Зв, 1 бэр, 1 Р) такое: 1 Зв = 100 бэр ( 110 Р (для гамма-излучения). По мере удаления от точечного источника доза убывает обратно пропорционально квадрату расстояния (( 1 / r2). Поглощенная доза Dп = D1эт·tобл/r2. (D1эт( = 1Р·1м2/час , где D1эт - мощность точечного источника; tобл - время облучения, ч; r - расстояние от источника, м.
Эквивалентная доза облучения органов. На практике выяснилось, что разные органы обладают различной чустви-тельностью к действию радиации. Это влияние можно учесть с помощью коэффициентов радиационного риска (Крр). В таблице 4 приведено значение Крр для разных органов и тканей человека(6(.
Таблица 4 Органы, ткани Крр Красный костный мозг 0,12 Костная ткань 0,03 Щитовидная железа 0,03 Молочная железа 0,15 Легкие 0,12 Яичники, семенники 0,25 Кожа и др. ткани 0,30 Организм в целом 1,00 Зная общую эквивалентную дозу, можно найти эквива-лентную поглощенную дозу отдельных органов (Hорг,i = Крр×Дэкв) и оценить вероятность их лучевого поражения. В то же время при использовании лучевой терапии в медицине очень важно знать и установить значения мощности источника излучения и время экспозиции таким образом, чтобы эквивалентная поглощенная доза для данного органа (например, для легких) не выходила за пределы допустимой дозы.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ» з дисципліни «Основи ядерної фізики та радіаційна безпека»
