Физические величины характеризующие поля ионизирующих излучений (стр. 3 из 4)

H = D ·

. (18)

Единицей эквивалентной дозы в СИ является Зиверт (Зв). Зиверт — единица эквивалентной дозы любого вида излучения в биологической ткани, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр образцового рентгеновского излучения. Иными словами, Зиверт равен эквивалентной дозе, у которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равен 1 Дж/кг.

Внесистемная единица эквивалентной дозы — бэр. Бэр равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 100 эрг/г. Таким образом: 1 Зв = 100 бэр.

Мощность эквивалентной дозы

— отношение приращения эквивалентной дозы dH за интервал времени dt к этому интервалу времени:

= dH/dt. (19)

Единица мощности эквивалентной дозы в СИ — зиверт в секунду (Зв/с). Внесистемная единица — бэр в секунду (бэр/с).

Время пребывания человека в поле излучения при низких уровнях ионизирующего излучения измеряется, как правило, часами (6-часовой рабочий день, 36-часовая рабочая неделя). Масштаб величин мощностей эквивалентной дозы задает ее величина естественного фона на территории Украины, находящаяся в пределах 0,05 — 0,2 мк^Зв/ч. Поэтому величину мощности эквивалентной дозы, как правило, удобно измерять в единицах микрозиверт в час.

Безразмерный коэффициент качества определяет зависимость

неблагоприятных биологических последствий облучения человека в малых дозах. Он является функцией ЛПЭ данного излучения в воде, и выбирается на основе имеющихся значений коэффициента относительной биологической эффективности (ОБЭ).

Между k и ЛПЭ имеется эмпирическая связь:

k = [A/L]·[1 - ехр(-В · L^2,03)], (20)

где: А = 6000 кэВ/мкм; В = 4,6· 10^-5 (мкм/кэВ)².

Среднее значение ЛПЭ для поля берется в кэВ/мкм. Вычисленные величины k в (20) имеют погрешность 3% для низких энергий и 10% для высоких энергий.

Когда ЛПЭ во всех точках облучаемого объекта неизвестно, допустимо использовать усредненные значения k применительно к различным видам первичного излучения. Для смешанного излучения эквивалентная доза определяется как произведение поглощенных доз отдельных видов излучений D_i на соответствующие значения

:

(21)

где i, индекс вида и энергии излучения.

Разные органы и ткани имеют разные чувствительности к излучению.

Однако, признание гипотезы беспорогового действия радиации МКРЗ потребовало отказа от этой концепции. И после публикации МКРЗ №26 ограничение уровня облучения стало основываться на концепции приемлемого риска. В результате для случаев неравномерного облучения разных органов или тканей тела человека было введено понятие эффективной эквивалентной дозы.

Для определения этой величины необходимо ввести понятие риска. Риск—вероятность возникновения неблагоприятных последствий (смертные случаи, травматизм, профессиональные заболевания т.п.). Например, риск смерти от курения r=5·10^-4 случаев/(чел · год). Это означает, что на 1 млн. курящих людей каждый год умирает от болезней, вызываемых курением, дополнительно 500 чел.

При оценке вреда можно учитывать неблагоприятные последствия, связанные с наиболее радиочувствительными органами и тканями.

При одновременном облучении нескольких органов вероятность выхода неблагоприятных исходов складывается, т.е. с_н = Σ с_т

Из изложенного следует, что индивидуальная вероятность или риск смерти r_т от злокачественного новообразования при среднем значении эквивалентной дозы (H )_т в данном органе или ткани.

r_т = с_т(Н_ср)_т. (22)

Соответственно суммарный риск при равномерном облучении всего тела (всех основных групп органов или тканей, указанных в табл.6) в дозе H_Е:

, (23)

отсюда

, (24)

введя обозначение с_Т/с_Е = W_Т, получаем

(25)

Отношение с_Т/с_Е = W_Т определяет взвешенный риск облучения данного органа по отношению к взвешенному риску облучения всего организма, т.е. представляет отношение вероятности возникновения стохастических эффектов в результате облучения какого-либо органа или ткани к вероятности их возникновения при равномерном облучении всего тела. Параметр W_Т называют взвешивающим фактором или весовым множителем. При этом ΣW_Т=1.

Единицы эффективной эквивалентной дозы и ее мощности совпадают с единицами эквивалентной дозы и ее мощности соответственно.

Эквивалентная доза или эффективная эквивалентная доза являются индивидуальными критериями опасности, обусловленными ионизирующим излучением. Эти величины являются индивидуальными дозами. На практике, особенно при широком использовании атомной энергии, возникает необходимость оценивать меру ожидаемого эффекта при облучении большого контингента людей — персонала или населения.

Для этого используется величина — эффективная коллективная доза, определяющая полное воздействие на популяцию:

(26)

где H_Ei— средняя эффективная эквивалентная доза на i-ю подгруппу популяции; N_i — число лиц в подгруппе, получивших эквивалентную дозу Н_Еi. Единицей измерения коллективной дозы в СИ является человеко-зиверт (чел-Зв), внесистемная единица — человеко-бэр (чел-бэр).

Керма-постоянная и κερμα-эквивалент источника

При работе с радионуклидами необходимо помнить, что число распадов источника γ-излучения не определяет степень его ионизирующего воздействия. Оно также зависит от схемы распада, т.е. количества фотонов, приходящихся на один распад, и энергии фотонов. Поэтому вводят величины однозначно характеризующие данный радионуклид как γ-излучатель. Такими характеристиками являются гамма-постоянная и гамма-эквивалент радионуклида. Как известно, гамма-эквивалент и гамма-постоянная определяются через экспозиционную дозу. В связи с переходом к СИ и отказом от использования экспозиционной дозы, как дозиметрической величины, введены новые величины для характеристики источников γ-излучения: керма-постоянная и керма-эквивалент соответственно. Керма- постоянная (постоянная мощности воздушной кермы радионуклида) Г_δ определяется как отношение мощности воздушной кермы К, создаваемой фотонами с энергией больше заданного порогового значения от точечного изотропно-излучающего источника данного радионуклида, находящегося в вакууме* на расстоянии l οт источника, умноженной на квадрат этого расстояния к активности А источника:

Г_δ = (К · l²)/A. (27)

Единица керма-постоянной в СИ — [Гр·м²/(с·Бк)].

Более предпочтительная единица измерения — [аГр·м²/(с·Бк)].

Физический смысл керма-постоянной — мощность воздушной кермы, создаваемая в вакууме γ-излучателем точечного изотропно-излучающего источника с энергией больше заданного порогового значения d активностью 1 Бк на расстоянии 1 м.

Зная керма-постоянные, активности радионуклидов и расстояния от источника до детектора легко из формулы (25) определить мощность воздушной кермы:

K = A·Г_δ/l². (28)

Широко ранее использовавшаяся гамма-постоянная Γ_γ (постоянная мощности экспозиционной дозы) характеризовала мощность экспозиционной дозы, создаваемой фотонами всех линий точечного изотропного радионуклидного источника активностью 1 мКи на расстоянии 1 см без начальной фильтрации.

Гамма-постоянная радионуклида определяется отношением мощности экспозиционной дозы, создаваемой не фильтрованным γ-излучением от точечного источника на расстоянии l₀от источника, умноженной на квадрат этого расстояния к активности А_о источника:

Γ_γ= (Р_Эксп·l²)/A (29)

Аналогично керма-постоянной различают полную и дифференциальную гамма-постоянные.

Единица гамма-постоянной — [Р·см²/(ч·мКи)].

Из определения Γ_γ и Г_δ следует, что

Г_δ[аГр·м²/(с·Бк)] = 6,55 · Г_у [Р·см²/(ч·мКи)]. (30)

Приведем еще одно полезное для быстрых расчетов эмпирическое соотношение

Γ_γ(Ρ · м²/(ч·Ки) = 0,5 · E, (31)

его точность ±20%. Здесь E — полная энергия фотонов на 1 распад (МэВ).

Из выражений (3.29) и (3.31) можно получить эмпирическое уравнение для быстрой оценки мощности экспозиционной дозы для точечного гамма-источника:

Pэксп(Р/час) = (0,5·А·E)/l². (32)

Точность выражения (32) — 20%.

На практике часто приходилось сравнивать между собой источники γ-излучений по их дозовым характеристикам в воздухе при одинаковых условиях измерения. Так появилась величина, называемая радиевым гамма-эквивалентом, предназначенная для оценки поля γ-излучения в воздухе. Для этой величины в качестве эталонного принималось γ-излучение ²²⁶Ra, находящееся в равновесии с основными дочерними продуктами распада после фильтра из платины толщиной 0,5 мм.