Экспозиционная и эквивалентная дозы

Понятие дозы является основным для дозиметрии, но измерить ее очень трудно, а в обычных условиях невозможно. Дозиметрические измерения проводят в падающем потоке излучения, используя для этого дозиметрические приборы, где датчиками служат ионизационные камеры, наполненные газом. Измеряемой величиной при этом служит заряд ионов, образующихся в результате облучения. Отсюда возникло понятие экспозиционной дозы.

Экспозиционная доза – это величина, равная отношению общего заряда ионов одного знака, созданных излучением в веществе, к массе этого вещества.

D_эксп = Q/m (3).

Единицей измерения экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл кг^-1). Часто используется и внесистемная единица измерения – рентген. Один рентген – это экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой в результате полной ионизации в 1 см³ сухого воздуха образуются ионы, несущие заряд, равный 1 единице СГС_Q каждого знака. Нетрудно подсчитать, что экспозиционная доза 1Р соответствует образованию 2,08×10⁹ пар ионов в 0,001293 г сухого воздуха. 1 Кл кг^-1 = 3876 Р; 1 Р = 2,58 10^-4 Кл кг^-1. Имеет место мощность экспозиционной дозы, определяемая как:

P_эксп = D_эксп./t (4).

Доза ионизирующего излучения пропорциональна экспозиционной дозе:

D = aD_эксп. (5),

при этом коэффициент a зависит от природы облучаемого вещества, вида излучения и его энергии. Так для мягких тканей человека при облучении их рентгеновскими или гамма-лучами с энергией от 40 кэВ до 3 МэВ коэффициент a приблизительно равен 36. Поэтому D (Гр) = 36 D_эксп(Кл кг^-1). Из обратного соотношения следует, что летальной дозе в 6 Гр соответствует экспозиционная доза в 1/36 Кл кг^-1. Для внесистемных единиц коэффициент a приблизительно равен единице и доза в радах приблизительно равна экспозиционной дозе в рентгенах. Однако для других излучений или тканей с другой поглощающей способностью это соотношение будет другим. Так для костей a для внесистемных единиц равен 2,5, что существенно для оценки действия на них ионизирующего излучения.

Приборы для измерения экспозиционной дозы или ее мощности (дозиметры) в качестве основного элемента содержат в своем составе датчик, преобразующий энергию ионизирующего излучения в другой вид энергии, удобный для регистрации. Как правило, преобразование идет в энергию электрического тока. Различают следующие виды датчиков:

1) Ионизационный датчик – его работа основана на ионизации сухого воздуха или газа под действием ионизирующего излучения.

2) Полупроводниковый датчик – основан на изменении проводимости p-n перехода под действием излучений.

3)Сцинтилляционные датчики – основаны на явлении радиолюминесценции.

Другим непременным блоком дозиметрического прибора является усилитель, так как ток, возникающий в датчике, черезвычайно мал и его необходимо усиливать.

В качестве простейшего регистрирующего устройства может быть использован обычный микроамперметр.

Для оценки биологического действия на организм человека ионизирующих излучений вводится понятие эквивалентной дозы облучения. Эквивалентную дозу определяют по биологическому эффекту, производимому излучением. Это определение не является строгим, поскольку под биологическим действием можно понимать разные эффекты (летальный исход, возникновение лучевой болезни и др.). В большинстве случаев определяют эквивалентную дозу по LD₅₀. Между дозой и эквивалентной дозой имеет место соотношение:

D_экв = W_RD (6).

Символом W_R здесь обозначен взвешивающий коэффициент, который характеризует относительную биологическую эффективность разных видов излучений. При этом за единицу принимают биологическую эффективность рентгеновых лучей. Ориентировочные значения взвешивающих коэффициентов приведены в следующей таблице:

Более детальные таблицы, учитывающие энергию частиц и условия облучения, можно найти в соответствующей литературе. Из таблицы видно, что взвешивающие коэффициенты имеют большее значение для излучений с большей ионизирующей способностью.

Эквивалентная доза измеряется в единицах зиверт (Зв). Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада). Поскольку 1 Гр = 100 рад, то 1 Зв = 100 бэр; 1 бэр = 0,01 Зв.

При оценке действия ионизирующих излучений на человеческий организм необходимо учитывать именно значение эквивалентной дозы облучения, поскольку именно она служит для оценки тяжести лучевого поражения.

Если на человека одновременно действуют несколько разных видов излучений, то общий эффект облучения будет характеризоваться суммарной эквивалентной дозой:

D_экв. = (W_R)_i D_i (7).

Мощность эквивалентной дозы равна:

Р_экв = D_экв/t (8).

Единицами измерения мощности эквивалентной дозы являются Зв/с, бэр/с, мбэр/час и т.д.

5. Связь мощности дозы с активностью источника излучений.

В случае чистых альфа- или бета-излучателей расчет мощности дозы сравнительно прост. Все альфа- и бета-частицы поглощаются в тканях организма, поэтому поглощенная в тканях энергия равна просто произведению числа частиц на среднюю энергию одной частицы. Разделив эту величину на массу тела, получим значение дозы: D = W_погл/ m = NE_ср/m (9). Мощность дозы, соответственно, будет:

P = D/t = N E_ср/m t (10).

Число частиц, испускаемых в единицу времени (N/t), равно активности радиоактивного вещества, содержащегося в организме А. Поэтому:

P = A E_ср/m (11).

При оценке биологического эффекта действия того или иного вида излучения расчетах нужно учитывать их биологическую эффективность, то есть находить мощность эквивалентной дозы облучения:

P_экв = W_R P (12).

Наряду с особенностями излучения, характерного для того или иного изотопа, надо учитывать, что многие вещества обладают способностью избирательно накапливаться в каком-то определенном органе, который в этом случае называют критическим органом. Например, для йода критическим органом является щитовидная железа. В таком случае в формулу (11) надо подставлять активность в критическом органе и массу этого органа.

Для гамма-излучения, как правило, представляет интерес расчет мощности дозы от внешних источников облучения. Для точечного источника с активностью А, на расстоянии R от него мощность экспозиционной дозы равна:

Р_эксп = К_gА/R² (Кл кг^-1с^-1) (13).

Коэффициент К_g называется ионизационной постоянной. Для изотопа Со⁶⁰, используемого в медицине она равна 27× 10^-19 в единицах Си.

Поиск по сайту: