Ионизирующие излучения, их характеристики иметоды измерений
Краткая характеристикаионизирующих излучений
Ионизирующееизлучение (ИИ) – этоизлучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию в этой средеионов разных знаков. Излучение считается ионизирующим, если оно способноразрывать химические связи молекул. Ионизирующее излучение делят на корпускулярноеи фотонное.
Радиоволны,световые волны, тепловая энергия Солнца не относятся к ионизирующим излучениям,так как они не вызывают повреждения организма путем ионизации.
Корпускулярное–это поток частиц с массой отличной от нуля (электроны, протоны, нейтроны,альфа-частицы).
Фотонное – этоэлектромагнитное излучение, косвенно ионизирующее излучение (гамма излучение,характеристическое излучение, тормозное излучение, рентгеновское излучение,аннигиляционное излучение).
Альфа-излучение – это потокальфа-частиц (ядер атомов гелия), испускаемых при радиоактивном распаде, атакже при ядерных реакциях и превращениях. Альфа-частицы обладают сильнойионизирующей способностью и незначительной проникающей способностью. В воздухеони проникают на глубину несколько сантиметров, в биологической ткани – наглубину доли миллиметра, задерживается листом бумаги, тканью одежды.Альфа-излучение особо опасно при попадании его источника внутрь организма спищей или с вдыхаемым воздухом.
Бета-излучение – это потокэлектронов или позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов прибета-распаде. Их ионизирующая способность меньше, чем у альфа-частиц, нопроникающая способность во много раз больше, и составляет десятки сантиметров.В биологической ткани они проникают на глубину до 2 см, одеждой задерживается только частично. Бета-излучение опасно для здоровья человека, как привнешнем, так и при внутреннем облучении.
Протонноеизлучение– это поток протонов, составляющих основу космического излучения, а такженаблюдаемых при ядерных взрывах. Их пробег в воздухе и проникающая способностьзанимают промежуточное положение между альфа и бета-излучением.
Нейтронноеизлучение– поток нейтронов, наблюдаемых при ядерных взрывах, особенно нейтронныхбоеприпасов и работе ядерного реактора. Последствия его воздействия на окружающуюсреду зависят от начальной энергии нейтрона, которая может меняться в пределах0,025 –300 МэВ.
Гамма-излучение –электромагнитное излучение (длина волны 10–10–10–14 м),возникающее в некоторых случаях при альфа и бета-распаде, аннигиляции частиц ипри возбуждении атомов и их ядер, торможении частиц в электрическом поле. Проникающаяспособность гамма-излучения значительно больше, чем у вышеперечисленных видовизлучений. Глубина распространения гамма-квантов в воздухе может достигатьсотен и тысяч метров. Ионизирующая способность (косвенная) значительно меньше,чем у вышеперечисленных видов излучений. Большинство гамма-квантов проходитчерез биологическую ткань, и только незначительное количество поглощается теломчеловека.
Тормозноеизлучение– фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое приуменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Воздействие на окружающуюсреду такое, как и гамма-излучения.
Характеристическоеизлучение– фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее приизменении энергетического состояния электронов атома. Воздействие на биологическуюткань аналогично гамма-излучению.
Аннигиляционноеизлучение– фотонное излучение, возникающее в результате аннигиляции частицы иантичастицы (например, позитрона и электрона). Воздействие на биологическуюткань аналогично гамма-излучению.
Рентгеновскоеизлучение– фотонное излучение (длина волны 10–-9–10–-12 м), состоящееиз тормозного и (или) характеристического излучения, генерируемогорентгеновскими аппаратами, и возникающее при некоторых ядерных реакциях. Вотличие от гамма-излучения оно обладает такими свойствами как отражение ипреломление.Взаимодействиеионизирующих излучений с веществом
Альфа-частицы,бета-частицы, выброшенные из ядра, обладают значительной кинетической энергиейи, воздействуя на вещество, с одной стороны производят его ионизацию, а сдругой проникают на определенную глубину. Взаимодействуя с веществом, онитеряют эту энергию, в основном, в результате упругих взаимодействий с ядрамиатомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызываяионизацию или возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой наболее удаленную от ядра орбиту). Ионизация и проникновение на определеннуюглубину имеют принципиальное значение для оценки воздействия ионизирующего излученияна биологическую ткань различных видов излучений. Зная свойства различныхвидов излучений проникать через разные материалы, последние можно использоватькак для защиты человека, так и некоторых объектов, приборов и т.д.
Результатывзаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависят: от массы, зарядапотока частиц и их энергий; от вида фотонов и их энергий; от типа и плотностивещества; от значения энергий внутримолекулярных сил облучаемого вещества.
Взаимодействиеионизирующего излучения с веществом зависит от соотношения масс и энергийчастиц и может носить упругий или неупругий характер.
Сучетом выше сказанного можно сделать некоторые выводы:
· заряженныечастицы, проходящие через вещество, взаимодействуют как с орбитальнымиэлектронами атома, так и с его ядром;
· привзаимодействии с орбитальными электронами, энергия частиц растрачивается наионизацию атомов, если она не менее 35 эВ и на возбуждение атомов (переводэлектрона с ближней орбиты на более удаленную), если она менее 35 эВ;
· впроцессе ионизации атома образуются заряженные частицы (свободные электроны), аатомы, потерявшие один или несколько электронов, превращаются в положительнозаряженные ионы;
· привзаимодействии с ядром заряженная частица может или тормозиться электрическимполем ядра и менять свое направление движения или поглощаться ядром. В первомслучае происходит испускание тормозного излучения, во втором случае заряженнаячастица (при достаточно большой энергии) поглощается ядром, при этомвыбрасываются элементарные частицы и фотоны. Поглощение частицы ядром обычнопроисходит, если энергия частицы превышает 1,02 МэВ.
Процессвзаимодействия, при котором исчезают первоначальные и появляются новые частицы,называют ядерной реакцией. Рассмотрим взаимодействие различных видов излученийс веществом.Гамма-излучение
Взаимодействиегамма-квантов с веществом может сопровождаться фотоэффектом, комптоновскимрассеянием и образованием электрон-позитронных пар. Вид эффекта зависитот энергии гамма-кванта:
Ек= hν – Еи, (1)
где:h – постоянная Планка; ν – частота излучения; Еи– энергия ионизации соответствующей атомной оболочки (энергия связивыбитого электрона из атома).
Фотоэффект возникает при Е= 10 эВ–1 МэВ, то есть при относительно малых значениях энергий. В этомслучае вся энергия гамма-кванта передается орбитальному электрону, и он выбиваетсяиз орбиты (рис.3).
Выбитыйэлектрон называется фотоэлектроном. В результате его отрыва в атоме появляетсясвободный уровень, который заполняется одним из наружных электронов. При этом,либо испускается вторичное мягкое характеристическое излучение (процессфлюоресценции), либо энергия передается одному из электронов, который покидаетатом (электрон Оже). Флюоресцентное излучение наблюдают в материалах сбольшим атомным номером. В материалах с низким атомным номером преобладаетобразование электронов Оже. Вероятность фотоэффекта увеличивается с ростоматомного номера материала и уменьшается с ростом энергии фотона.
Сростом энергии гамма-квантов явление фотоэффекта становится все меньше, а приэнергии 100–200 кэВ начинает преобладать Комптон эффект.
Комптоновскимрассеиваниемназывается процесс взаимодействия фотонного излучения с веществом, в которомфотон в результате упругого столкновения с орбитальным электроном теряет частьсвоей энергии и изменяет направление своего первоначального движения, а изатома выбивается электрон отдачи (комптоновский электрон) (рис.4).
Энергиякомптоновского электрона равна:
Е= hν– hν\ (2)
Образованиеэлектронно-позитронных пар. Если энергия гамма кванта превышает 1,02 МэВ,то он поглощается ядром, а из последнего одновременно вылетают электрон ипозитрон (рис.5). Таким образом, гамма кванты способны косвенно ионизироватьвещество. Возникшей паре передается вся энергия гамма кванта за вычетом энергиипокоя пары, равной 1,022 МэВ.
Следуетотметить, что позитрон нестабилен в присутствии электронов среды. Он быстроисчезает за счет аннигиляции с одним из электронов. В этом случае испускается 2фотона с энергией по 0,511 МэВ.
Рассмотрим,проникающую способность гамма-квантов.
Какуже отмечалось, гамма-квант образуется при переходе ядра в более низкиеэнергетические состояния. Не имея массы, они не могут замедляться в среде, алишь поглощаются или рассеиваются.
/>
/>
/>
· При прохождениичерез вещество их энергия не меняется, но уменьшается интенсивность излученияпо следующему закону (рис.6):
I= Iо е–-µх (2)
где:I = Еγn/t; n/t – числогамма-квантов, падающих на единицу поверхности в единицу времени (плотностьпотока гамма-квантов); m– коэффициентпоглощения; х – толщина поглотителя (вещества), см; Iо –интенсивность квантов до прохождения поглотителя, МэВ/с.
Вформуле (2) величину µ можно найти в таблицах, ноона не несетпрямой информации о степени поглощения гамма лучей веществом.
Впрактических расчетах удобно пользоваться и такой табличной величиной, как «толщинаслоя половинного ослабления». Толщина слоя половинного ослабления – этотакая толщина слоя материала, проходя которую интенсивность излучениягамма-квантов уменьшается в 2 раза. Запишем уравнение (2) в виде:
Iо/I = е– µх(3)
ПолагаяIо/I = 2 и логарифмируя правую и левую части уравнения (3), получим:ln2 = md, d = 0,693/m.
Тогда,формула (3) примет вид:
I= Iо е– 0,693х/d (4)
Толщинаслоя половинного ослабления d берется из таблиц, но если ониотсутствуют, то эта величина может быть вычислена приближенно по плотностиматериала ρ: d = 13/r, (5) где: 13 см – слой воды, ослабляющий гамма-излучение в 2 раза; r– плотностьматериала, г/см3. Для некоторых материалов величины d представлены втаблицах.
/>
Рис.6. К оценке ослабления гамма-излучений веществом
Выражение(4) можно преобразовать следующим образом:
Косл= I/I= ехр (0,693х/d), (6)
где Косл– коэффициент ослабления гамма-излучения проходящего через преградутолщиной х и значением слоя половинного ослабления для данного материалаd (рис.6).Выражение (6) можно упростить, полагая, что 0,693 = Ln2, получим:
Косл= 2х/d (7)
Расчетыпоказывают, что проникающая способность гамма-излучения в воздухе – десятки исотни метров, в твердых телах – многие сантиметры, в биологической тканичеловека часть гамма-квантов проходят через человека насквозь, другие поглощаются.Бета-излучение
Вотличие от фотонов заряженные частицы теряют свою энергию в конденсированнойфазе сравнительно небольшими порциями в результате многократных столкновений сэлектронами среды.
Прохождениебета-частиц через вещество сопровождается упругими и неупругими соударениями сядрами и электронами тормозящей среды.
Упругоерассеяние бета-частиц на ядрах более вероятно и осуществляется при относительнонизких энергиях электронов Еβрис.7). Упругоерассеяние бета-частиц на электронах в Z раз (Z – величиназаряда ядра) менее вероятно, чем на ядрах (рис.8). Возможен в редких случаях исдвиг ядер атомов кристаллической решетки (рис.9).
Приэнергии бета-частиц выше энергии связи электрона c ядром (до ≈1 МэВ) основным механизмом потерь энергии является неупругое рассеяние насвязанных электронах, приводящее к ионизации и возбуждению атомов (рис.10).
Прибольших энергиях электронов главным механизмом потерь энергии являетсярадиационное торможение, при котором возникает тормозное излучение.
/>
/>
Однимиз вариантов неупругого взаимодействия является К–захват.
Такимобразом, процессы взаимодействия бета-частиц со средой характеризуютсярадиационным торможением и относительно большой потерей энергии илизначительным изменением направления их движения в элементарном акте. Вследствиеэтого взаимодействия интенсивность пучка бета-частиц уменьшается почти поэкспоненте с ростом толщины поглощающего слоя х, т.е. для бета-частицсправедлива формула (3).
Путьбета-частиц в веществе представляет ломаную линию, а пробег бета-частицодинаковых энергий имеет значительный разброс. Это связано с тем, что массабета-частиц крайне мала, поэтому вероятность упругого рассеяния на ядрахбольше, чем у тяжелых частиц. В таблице 2 показана средняя глубина пробегабета-частиц в воздухе, биологической ткани и для примера в алюминии.
· Итак,бета-частицы не имеют точной глубины проникновения, так как обладаютнепрерывным энергетическим спектром. Для грубой оценки глубины пробегабета-частиц пользуются приближенными формулами. Одна из них:
Rср/Rвозд =rвозд/rср(7)
где:Rср – длина пробега в среде; Rвозд – длина пробега в воздухе,Rвозд = 450 Eb; rвозди rср –плотность воздуха и среды соответственно; Eb – энергиябета-частиц.Альфа-излучение
· Энергияальфа-частиц находится в пределах 4–10 МэВ, скорость примерно 20000 км/с. Имеябольшую массу и значительную энергию, они ее расходуют в основном на неупругоерассеяние на электронах атомов. Таким образом, альфа-частицы обладают большойионизирующей способностью. В редких случаях альфа-частица может проникнуть вядро и вызвать ядерную реакцию. Полная ионизация, создаваемая альфа-частицамина всем пути в среде, составляет примерно 120–150 тысяч пар ионов.
Таблица 2Пробегибета-частицМаксимальная энергия бета-частиц, Е, МэВ Воздух, см Биологическая ткань, мм Алюминий, мм 0,01 0,13 0,002 0,0006 0,02 0,52 0,008 0,0026 0,03 1,12 0,018 0,0056 0.04 1,94 0,030 0,0096 0,05 2,91 0,046 0,0144 0,06 4,03 0,063 0.0200 0.07 5,29 0,083 0,0263 0,08 6,93 0,109 0,0344 0,09 8,20 0,129 0,0407 0,1 10,1 0,158 0,050 0,5 119 1,87 0,593 1,0 306 4,80 1,52 1,5 494 7,80 2,47 2,0 710 11,1 3,51 2,5 910 14,3 4,52 3,0 1100 17,4 5,50 5,0 1900 29,8 9,42 10 3900 60,8 19,2
Удельнаяионизация изменяется от 25 до 60 тысяч пар ионов на 1 см пути в воздухе. Удельная ионизация увеличивается к концу пробега альфа-частиц. Это связано стем, что при прохождении через вещество энергия альфа-частицы, а значит, и еескорость уменьшается. В результате увеличивается вероятность ее взаимодействияс электронами атома. Это приводит к увеличению ионизации вещества, достигаямаксимума в конце пробега.
Альфа-частицы,имея двойной электрический заряд и большую массу буквально «продираются»через атомы вещества. Вследствие сильных потерь энергии альфа-частицы проникаютна незначительную глубину.
Вотличие от фотонов и бета-частиц длина пробега альфа-частиц экспоненциальномузакону не подчиняется. Поэтому пользуются империческими формулами. Так,например, для воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт. ст. (0,1Па), длина пробега альфа-частиц с энергией от 3 до 8 МэВ может быть рассчитана по формулеГейгера:
Ra= (Ea2/3) /3, (см) (8)
Длинапробега Rαальфа-частиц ввоздухе при температуре 15°С и давлении 0,1Па определяется по формулам:
Ra= 0,318 Ea2/3, (см) – если Ea= (4–7) МэВ; (9)
Ra= 0,56 Ea2/3, (см) – если Ea. (10)
где:Ea– энергияальфа-частиц.
Пробегальфа-частиц в веществе, отличном от воздуха определяют по формуле Брэгга:
Ra= 10–4(MEa3)1/2 /r, см (11)
где:М – атомная масса; r– плотностьвещества, г/см3.
Расчетпо приведенным формулам показывает, что пробег альфа-частиц в воздухе непревышает 10 см, а в биологической ткани 120 мкм, т.е. реальную опасность альфачастицы представляют при попадании их во внутрь организма.
Втаблице 3 показана длина пробега альфа-частиц в воздухе, биологической ткани иалюминии. Алюминий взят в качестве примера, так как именно металлы чаще всегоприменяются для защиты человека и электронных схем от ионизирующих излучений.
· Сравнительная характеристикаспособности проникновения излучений через различные вещества с учетом толщиныпреграды поясняется рис.11.
Таблица 3 Пробегиальфа-частиц в воздухе, биологической ткани и алюминии
Энергия альфа частиц Еα, МэВ Воздух, см Биологическая ткань, мкм Алюминий, мкм 4,0 2,5 31 16 4,5 3,0 37 20 5,0 3,5 43 23 6,0 4,6 56 30 7,0 5,9 72 38 8,0 7,4 91 48 9,0 8,9 110 58 10 10,6 130 69
/>Характеристикиионизирующих излучений. Единицы измерения
Дляустановления закономерностей распространения и поглощения ионизирующихизлучений в среде, в том числе и в биологической ткани, введены следующиеосновные характеристики: энергия частиц и гамма-квантов, плотность потокачастиц (фотонов), флюенс-частиц (фотонов), поглощенная доза, мощностьпоглощенной дозы, керма, экспозиционная доза фотонного излучения, мощностьэкспозиционной дозы, эквивалентная доза, мощность эквивалентной дозы,эффективная доза, полувековая эквивалентная доза, коллективная эквивалентнаядоза и др.
Рассмотримтолько некоторые характеристики, которые будут использованы на практическихзанятиях.
Энергиячастиц илигамма-квантов – Е выражается в Джоулях или электрон-вольтах(эВ). Величина Джоуль используется в системе СИ, электрон вольт (эВ)– внесистемная единица.
1эВ= 1,6.10–19Дж (12)
где:1эВ – это энергия, которую приобретает электрон, ускоренный разностьюпотенциалов в 1В.
Плотностьпотока частиц(гамма-квантов) j– выражаетсячислом частиц (гамма-квантов), падающих на единицу поверхности в единицувремени. Поверхность расположена нормально к направлению движения частиц.Единица измерения – частица/м2 с.
Флюенс частиц(фотонов) характеризует полное число частиц, прошедших через единичнуюповерхность за все время облучения:
Ф= jt (13)
Единицаизмерения флюенса – частица/м2.
· Историческиполучилось так, что сначала были открыты гамма-лучи. Было замечено, что ониимеют свойство ионизировать воздух. Поэтому для характеристики поля быловведено понятие экспозиционная доза.
Экспозиционнаядозарентгеновского и гамма-излучения характеризует их способность создавать ввеществе заряженные частицы. Выражается отношением суммарного электрическогозаряда ионов одного знака Q, образованного излучением в некоторомобъеме воздуха к массе dm в этом объеме:
Х=dQ/dm(14)
Единицаизмерения в системе СИ – Кулон/кг, внесистемная единица – Рентген.
1Рентген– это доза фотонного излучения, при прохождении которого через 1см3сухого воздуха при температуре 0°С, давлении1013гПа (760 мм рт. ст.), образуется 2.109 пар ионов, несущихэлектрический заряд в одну электростатическую единицу количества электричестваданного знака.
Дозав 1Р накапливается за 1 час на расстоянии 1м от источника радия массой в 1г,т.е. активностью в 1Ки.
Междуединицами существует следующая зависимость: 1Р = 2,58·10–4 Кл/кг;1Кл/кг = 3,876.103 Р.
Учитывая,что экспозиционная доза накапливается во времени, на практике используется ипонятие мощность экспозиционной дозы или уровень радиации.
Мощностьэкспозиционной дозы – отношение приращения экспозиционной дозы dХза интервал времени dt к этому интервалу:
/> = dх/dt (15)
Единицыизмерения: в системе СИ – А/кг; внесистемная единица – Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/чи т.д.
· После того, какбыли открыты бета-излучение и альфа-излучение, стал вопрос оценки этих излученийпри взаимодействии с окружающей средой. Экспозиционная доза для оценки оказаласьнепригодной. Поэтому была предложена, казалось бы, универсальная характеристика– поглощенная доза.
Поглощеннаядоза– количество энергии Е, переданное веществу излучением любоговида пересчете на единицу массы m любого вещества:
D= dE/dm, (Дж/кг). (16)
1Дж/кг= 1Грей. Внесистемнаяединица – рад (радиационная адсорбционная доза). 1Грей = 100 рад. Можноиспользовать и дробные значения единиц, например: мГр, мкГр, мрад, мкрад и др.
Дозав органе или биологической ткани (DT) – средняя поглощеннаядоза в определенном органе или ткани человеческого тела:
DT= WТ/mT (17)
гдеWТ– полнаяэнергия, переданная ионизирующим излучением ткани или органу; mT– масса органа илиткани; DT– средняя поглощеннаядоза в массе ткани dm.
Вредноевоздействие ионизирующих излучений на человека зависит не только от полученнойдозы, но и от времени, за которое она получена, поэтому введено понятиемощность поглощенной дозы.
Мощностьпоглощенной дозы– отношение приращения поглощенной дозы dD за время dt:
/> = Р = dD/dt (18)
Единицыизмерения мощности дозы: рад/с, Гр/с, рад/ч, Гр/ч и т.д.
Мощностьпоглощенной дозы в ряде случаев можно рассматривать как величину постоянную илиизменяющуюся по экспоненте, т.е.:
Р= соnst или Р = Рое – 0,693 t/T (19)
· Замечено, что приоблучении одной и той же энергией биологической ткани человека, (т.е. приполучении одной и той же дозы), но различными видами лучей последствия дляздоровья будут разными. Например, если при облучении альфа частицамивероятность заболеть раком очень высокая, то при облучении бета- частицамизначительно меньше, а при облучении гамма-лучами еще меньше. Поэтому длябиологической ткани была введена характеристика – эквивалентная доза.
Эквивалентнаядоза(НТ.R)– поглощеннаядоза в органе или ткани, умноженная на соответствующий коэффициент качества излученияК данного вида излучения R. Введена дляоценки последствий облучения биологической ткани малыми дозами (дозами, непревышающими 5 предельно-допустимых доз при облучении всего тела человека),т.е. 250 мЗв/год. Ее нельзя использовать для оценки последствий облучениябольшими дозами. Доза эквивалентная равна:
НT.R= DT.R• WR, (20)
где:DT.R– поглощеннаядоза биологической тканью излучением R;WR – коэффициенткачества для отдельных видов излучений R(альфа-частиц,бета-частиц, гамма-квантов и др.), учитывающий относительную эффективностьразличных видов излучения в индуцирования биологических эффектов (табл.4). Формула(20) справедлива для оценки как внешнего, так и внутреннего облучения толькоотдельных органов и тканей или равномерного облучения всего тела человека. Привоздействии различных видов излучений одновременно с различными взвешивающимикоэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз длявсех этих видов излучения R:
НТ= Σ НТ.R(21)
· Установлено, чтопри одной и той же поглощенной дозе биологический эффект зависит от видаионизирующих излучений и плотности по тока излучения.
Единицаизмерения эквивалентной дозы в системе СИ: Зиверт (Зв).
Зиверт – единицаэквивалентной дозы излучения любой природы в биологической ткани, котораясоздает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гробразцового рентгеновского и гамма-излучения.
Существуети внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рада), котораяпостепенно изымается из пользования.1 Зв = 100 бэр.
Таблица 4Коэффициентыкачества излученияВид излучения и диапазон энергии
Коэффициенты качества WR Фотоны всех энергий 1 Электроны всех энергий 1 Альфа-частицы 20 Нейтроны с энергией: 100 кэВ до 2 Мэв 20 > 2 МэВ до 20 МэВ 10 > 20 МэВ 5 Протоны с энергией более 2МэВ, кроме протонов отдачи 5 Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра 20
Примечание. Все значения относятся к излучению, падающему на тело, а в случае внутреннего облучения – испускаемому при ядерном превращении.
Мощностьэквивалентной дозы – отношение приращения эквивалентной дозыdH за время dt:
/> = dH/dt(22)
Единицыизмерения мощности эквивалентной дозы м Зв/с, мкЗв/с, бэр/с, мбэр/с ит.д.
Вслучае неравномерного облучения тела человека формула (20) не может бытьиспользована, так как биологический эффект может оказаться другим. Поэтомувведена «эффективная доза».
Эффективнаядоза (Е) – это такаядоза при неравномерном облучении тела человека, которая равна эквивалентнойдозе при равномерном облучении всего организма, при которой риск неблагоприятныхпоследствий будет таким же, как и при неравномерном облучении тела человека.
Учетнеравномерного облучения производится с помощью коэффициента радиационногориска (взвешивающий коэффициент), который учитывает радио чувствительностьразличных органов человека:
Е= SHiWTi, (23)
где Нi— эквивалентнаядоза в данном i-том органе, биологической ткани; WTi— взвешивающийкоэффициент для тканей и органов, учитывающий чувствительность разных органов итканей при возникновении стохастических эффектов радиации в i-м органе; суммарассматривается по всем тканям т.
Взвешивающийкоэффициент характеризует отношение стохастического риска поражения какого-либооргана или ткани к риску поражения всего организма при равномерном облучениивсего тела. Риск поражения всего организма принимают равным 1, т.е. сумма i-х коэффициентовриска равна 1. Рекомендуемые МКРЗ значения WTiприведены втаблице 5. Единицы измерения те же, что и эквивалентной дозы.
Таблица 5Взвешивающиекоэффициенты WT*Ткань или орган
Коэффициент WTI Половые железы 0,20 Красный костный мозг 0,12 Толстый кишечник 0,12 Легкие 0,12 Желудок 0,12 Мочевой пузырь 0,05 Молочные железы 0,05 Печень 0,05 Пищевод 0,05 Щитовидная железа 0,05 Кожа, клетки костных поверхностей 0,01 Остальные органы 0,05
Подчеркнем,что и эквивалентная и эффективная доза являются величинами, которыепредназначены для применения в радиационной безопасности для оценки вероятностистохастических эффектов.
Отметим,что 1Р соответствует0,873 рада в воздухе и 1Р соответствует0,95 рада в биологической ткани.
Полувековаяэквивалентная доза. Поглощенная доза при внешнем облучении формируетсяв то самое время, когда ткань или орган находятся в поле излучения. Однако привнутреннем облучении формирование суммарной поглощенной дозы растягивается вовремени, и она накапливается постепенно по мере радиоактивного распадарадионуклида и его выведения из организма. Распределение во времени поглощеннойдозы зависит от типа радионуклида, его физико-химической формы, характерапоступления и ткани, в которой он откладывается. Для учета этого распределенияи введено понятие полувековая эквивалентная доза. Онапредставляет собой временной интеграл мощности эквивалентной дозы вопределенной ткани (органе). В качестве предела интегрирования МКРЗ установила50 лет для взрослых и 70 лет для детей (рис.12).
Полувековаяэффективная дозаможет быть получена, если умножить полувековые эквивалентные дозы в отдельныхорганах на соответствующие весовые множители WT и затем ихпросуммировать.
Коллективнаяэквивалентная доза(Sт) в ткани Тприменяется для выражения общего облучения конкретной ткани у группы лиц наоснове таблицы 5.
Коллективнаяэффективная доза(S) относится, вцелом, к облученной популяции. Она равна произведению средней эффективной дозына число лиц в облученной группе. В определении коллективной эквивалентной иколлективной эффективной доз не указано время, за которое она получена. Поэтомуобычно указывается и время, за которое получена доза для группы лиц. Единицыколлективных доз – чел*Зв и чел*бэр.
/>Основныеспособы обнаружения и измерения ионизирующих излучений
Длярешения задач радиационной безопасности необходимо знать основныехарактеристики ионизирующих излучений. Известно, что все ионизирующие излучениявзаимодействуют со средой и вызывают изменения ее физических и химическихсвойств. Это и используется для обнаружения и измерения характеристикионизирующих излучений.
Наиболеераспространенные способы регистрации: фотографический, химический,полупроводниковый, сцинтилляционный, биологический, ионизационный.
Фотографический–основан на потемнении фотоэмульсии под воздействием ионизирующих излучений(разновидность химического).
Химический – основан наизмерении концентрации ионов воды, которые появились в результате ее облученияионизирующими излучениями. Можно использовать свойство некоторых веществизменять свой цвет под воздействием излучений.
Полупроводниковый – основан натом, что некоторые полупроводники изменяют свое сопротивление под воздействиемионизирующих излучений.
Сцинтилляционный–основан на том, что некоторые вещества под воздействием ионизирующих излученийиспускают фотоны видимого света.
Биологический – основан наисследовании состава крови и структуры зубов.
Ионизационный–основан на ионизации газов.