В каких единицах принято измерять дозу облучения. В каких единицах измеряется радиация? Предельные нормы. Кому нельзя облучаться

Действие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облучения тканей и органов. Для его количественной оценки введены специальные единицы, которые делятся на внесистемные и единицы в системе СИ. Сейчас используются преимущественно единицы системы СИ. Ниже в таблице 10 дан перечень единиц измерения радиологических величин и проведено сравнение единиц системы СИ и внесистемных единиц.

Таблица 10.

Для описания влияния ионизирующих излучений на вещество используются следующие понятия и единицы измерения:
Активность радионуклида в источнике (А) . Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени (dN) к величине этого интервала (dt) :

Единица активности в системе СИ - Беккерель (Бк).
Внесистемная единица - Кюри (Ки).

Число радиоактивных ядер N(t) данного изотопа уменьшается со временем по закону:

N(t) = N 0 exp(-tln2/T 1/2) = N 0 exp(-0.693t /T 1/2)

где N 0 - число радиоактивных ядер в момент времени t = 0, Т 1/2 -период полураспада - время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.
Массу m радионуклида активностью А можно рассчитать по формуле:

m = 2.4·10 -24 × M ×T 1/2 × A,

где М - массовое число радионуклида, А - активность в Беккерелях, T 1/2 - период полураспада в секундах. Масса получается в граммах.
Экспозиционная доза (X). В качестве количественной меры рентгеновского и -излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц:

Единица экспозиционной дозы - Рентген (Р). Рентген - это экспозиционная доза рентгеновского и
-излучения, создающая в 1куб.см воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм рт.ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества. Экспозиционной дозе 1 Р
соответствует 2.08·10 9 пар ионов (2.08·10 9 = 1/(4.8·10 -10)). Если принять среднюю энергию образования 1 пары ионов в воздухе равной 33.85 эВ, то при экспозиционной дозе 1 Р одному кубическому сантиметру воздуха передается энергия, равная:
(2.08·10 9)·33.85·(1.6·10 -12) = 0.113 эрг,
а одному грамму воздуха:
0.113/ возд = 0.113/0.001293 = 87.3 эрг.
Поглощение энергии ионизирующего излучения является первичным процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в облученной ткани, приводящей к наблюдаемому радиационному эффекту. Поэтому естественно сопоставить наблюдаемый эффект с количеством поглощенной энергии или поглощенной дозы.
Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

Единица поглощенной дозы - Грей (Гр). Внесистемная единица Рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облученного вещества.
Эквивалентная доза (Н) . Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощенной дозы D r , созданной облучением - r и усредненной по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель w r (называемый еще - коэффициент качества излучения)
(таблица 11).

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв).

Таблица 11.

Влияние облучения носит неравномерный характер. Для оценки ущерба здоровью человека за счет различного характера влияния облучения на разные органы (в условиях равномерного облучения всего тела) введено понятие эффективной эквивалентной дозы Е эфф применяемое при оценке возможных стохастических эффектов - злокачественных новообразований.
Эффективная доза равна сумме взвешенных эквивалентных доз во всех органах и тканях:

где w t - тканевый весовой множитель (таблица 12), а H t -эквивалентная доза, поглощенная в
ткани - t. Единица эффективной эквивалентной дозы - Зиверт.

Таблица 12.

Коллективная эффективная эквивалентная доза. Для оценки ущерба здоровью персонала и населения от стохастических эффектов, вызванных действием ионизирующих излучений, используют коллективную эффективную эквивалентную дозу S, определяемую как:

где N(E) - число лиц, получивших индивидуальную эффективную эквивалентную дозу Е. Единицей S является человеко-Зиверт
(чел-Зв).
Радионуклиды - радиоактивные атомы с данным массовым числом и атомным номером, а для изомерных атомов - и с данным определенным энергетическим состоянием атомного ядра. Радионуклиды
(и нерадиоактивные нуклиды) элемента иначе называют его изотопами.
Помимо названных выше величин для сравнения степени радиационного повреждения вещества при воздействии на него различных ионизирующих частиц с разной энергией используется также величина линейной передачи энергии (ЛПЭ), определяемая соотношением:

где - средняя энергия, локально переданная среде ионизирующей частицей вследствие столкновений на элементарном пути dl.
Пороговая энергия обычно относится к энергии электрона. Если в акте столкновения первичная заряженная частица образует -электрон с энергией больше , то эта энергия не включается в значение dE, и -электроны с энергией больше рассматриваются как самостоятельные первичные частицы.
Выбор пороговой энергии является произвольным и зависит от конкретных условий.
Из определения следует, что линейная передача энергии является некоторым аналогом тормозной способности вещества. Однако между этими величинами есть различие. Заключается оно в следующем:
1. ЛПЭ не включает энергию, преобразованную в фотоны, т.е. радиационные потери.
2. При заданном пороге ЛПЭ не включает в себя кинетическую энергию частиц, превышающую .
Величины ЛПЭ и тормозной способности совпадают, если можно пренебречь потерями на тормозное излучение и

Таблица 13.

По величине линейной передачи энергии можно определить весовой множитель данного вида излучения (таблица 14)

Таблица 14.

Предельно допустимые дозы облучения

По отношению к облучению население делится на 3 категории.
Категория А облучаемых лиц или персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.
Категория Б облучаемых лиц или ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.
Категория В облучаемых лиц или население - население страны, республики, края или области.
Для категории А вводятся предельно допустимые дозы -наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Для категории Б определяется предел дозы.
Устанавливается три группы критических органов:
1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг.
2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам.
3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.
Дозовые пределы облучения для разных категорий лиц даны в таблице 15.

Таблица 15.

Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД (предельно допустимая доза) и ПД (предел дозы). Расчет допустимого содержания радионуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.
Для категории А (персонала) установлены:
- предельно допустимое годовое поступление ПДП радионуклида через органы дыхания;
- допустимое содержание радионуклида в критическом органе ДС А;
- допустимая мощность дозы излучения ДМД А;
- допустимая плотность потока частиц ДПП А;
- допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны ДК А;
- допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗ А.
Для категории Б (ограниченной части населения) установлены:
- предел годового поступления ПГП радионуклида через органы дыхания или пищеварения;
- допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида ДК Б в атмосферном воздухе и воде;
- допустимая мощность дозы ДМД Б;
- допустимая плотность потока частиц ДПП Б;
- допустимое загрязнение кожных покровов, одежды и поверхностей ДЗ Б.
Численные значения допустимых уровней в полном объеме содержатся в
"Нормах радиационной безопасности".

Современный человек постоянно подвержен излучению. Его издают бытовые приборы, модные гаджеты, линии электропередачи и другие объекты. Излучение принято делить на две группы: не ионизирующее и ионизирующее . Первая группа считается безопасной для человека. В нее входят радиоволны, тепло, ультрафиолет. Опасность представляет вторая группа, к которой и относится радиация. Чем же так опасно это излучение и каковы смертельные дозы радиации для человека.

Где можно столкнуться с радиацией

Радиация преследует человека повсюду. Сама земля имеет естественный радиационный фон . Он может различаться в зависимости от региона. Самый большой уровень радиации в нашей стране наблюдается в Алтайском крае . Но даже он настолько мал, что считается полностью безопасным. Гораздо опаснее искусственно созданные источники ионизирующего излучения, с которыми мы сталкиваемся достаточно часто:

1. Рентгенографическое оборудование в больницах. Каждый год мы проходим флюорографическое обследование и подвергаемся облучению. Доза радиации в рентгенах мала и при однократном прохождении такой процедуры вред здоровью не наносится.
2. Сканирующие устройства в аэропортах. Они действуют аналогично медицинскому рентгену. Лучи проходят сквозь тело человека, поэтому доза облучения крайне мала.
3. Экраны старых телевизоров, оснащенных электронно-лучевыми трубками.
4. Реакторы атомных электростанций. Это наиболее мощный источник. Пока он находится в целостности, особой опасности не представляет. Но любое его повреждение грозит глобальной катастрофой.
5. Радиоактивные отходы. При их неправильной утилизации возможно заражение окружающей среды, которое несет в себе потенциальную опасность.

Нормальная доза радиации не несет в себе большой опасности для жизни или здоровья человека . При ее незначительном превышении развивается лучевая болезнь. Если же на человека воздействует большая доза облучения, наступает моментальная смерть.

Единица измерения радиации

С 1979 года была введенная новая единица измерения уровня радиации – зиверт . Она может обозначаться Зв или Sv. Один зиверт эквивалентен количеству энергии, которую поглощает один килограмм биологической ткани. Ранее единицей измерения излучения считался бэр. 1 зиверт равен 100 бэр.

Небольшие дозы облучения принято измерять в миллизивертах. Один зиверт равен тысяче миллизивертов.

Как измеряется радиация

Радиоактивность окружающего пространства напрямую влияет на состояние здоровья. Даже находясь у себя дома, человек может подвергаться негативному воздействию. Особенно опасны квартиры, в которых имеется посуда, изготовленная из кранового стекла, отделочные материалы с добавлением гранита или старая радиационная краска . При таких обстоятельствах важно периодически измерять радиационный фон.

Выявить опасный фон помогут специальные приборы – радиометры или дозиметры. Для эксплуатации в жилом помещении используют дозиметр. При помощи радиометра легко можно определить фон продуктов питания.

Сегодня существуют специальные организации, которые предоставляют услуги по определению радиационного заражения. Специалисты помогут выявить и утилизировать источники фона.

Можно приобрести и домашний дозиметр. Но быть на 100% уверенным в показаниях такого прибора нельзя. При его использовании необходимо строго следовать инструкции и не допускать контакта устройства с исследуемыми объектами. Если уровни радиации в помещениях окажутся недопустимыми, следует обратиться за помощью к профессионалам как можно скорее .

Степени воздействия радиации на человека

Разобраться в вопросе, какая доза радиации опасна для человека, поможет таблица.

Безопасным считается излучение, мощность которого не превышает 0,2 микрозиверта в час . Допустимая доза радиации для человека не превышает 0,05 Зв. Облучение выше этого показателя приводит к серьезным последствиям для здоровья. Годовая доза рентгеновского облучения в 0,05 Зв характерна для людей, работающих на атомных станциях при условии отсутствия каких-либо нештатных ситуаций.

При проведении местных медицинских процедур максимально разрешенная доза облучения для человека составляет 0,3 Зв. Норма облучения рентгеном в год не превышает двух процедур.

Роль играет не только мощность излучения, но и продолжительность воздействия. Низкое по силе воздействие, оказывающее влияние продолжительное время, окажется более губительным для здоровья, чем кратковременное сильное воздействие. Но это справедливо только в том случае, если речь не идет о смертельных дозах радиации.

Эффект накопления радиации

На протяжении жизни в организме человека может скапливаться от 100 до 700 микрозиверт радиации . Такой показатель считается нормальным и не угрожает здоровью или жизни человека. При этом в год в теле может накапливаться о 3 до 4 микрозиверта.

Количество накопленной радиации во многом будет зависеть от внешних обстоятельств. Так, каждый рентгенографический снимок в кабинете стоматолога приносит 0,2 микрозиверта, проход через сканер аэропорта – 0,001 мЗв, флюорографическое исследование – 3 мЗв.

Когда развивается лучевая болезнь

Следствием воздействия критической дозы радиации на человека становится развитие лучевой болезни. Она поражает практически все системы организма . В зависимости от дозы излучения может поддаваться лечению или приводить к летальному исходу.

Согласно последним исследованиям, для появления лучевой болезни опасная доза радиации в год составляет 1,5 Зв. Предел допустимой дозы однократного облучения – 0,5 Зв. После этой отметки начинают проявляться признаки поражения.

Выделяют следующие формы лучевой болезни:

1. Лучевая травма. Появляется, если дозировка разового излучения не превышала 1 Зв.
2. Костномозговая форма. Опасные нормы – от 1 до 6 Зв. В половине случаев такая форма болезни приводит к летальному исходу.
3. Желудочно-кишечная форма наблюдается при дозировке излучения от 10 до 20 Зв. Сопровождается внутренними кровотечениями, лихорадочным состоянием, развитием инфекционных поражений.
4. Сосудистая форма. Развивается после облучения в пределах от 20 до 80 Зв. Происходят тяжелые гемодинамические нарушения.
5. Церебральная форма. Наблюдается при облучении свыше 80 Зв. Происходит мгновенный отек мозга и смерть пострадавшего.

В некоторых случаях лучевая болезнь может перерастать в хроническую форму. Период ее формирования может занимать до трех лет . После этого происходит восстановление организма, которое длится еще три года. При правильной терапии результатом становится излечение. Но в некоторых случаях спасти пациента не удается.

Симптоматика лучевой болезни

Если нормальная доза радиации была превышена не критически, то появляются симптомы лучевой травмы. Среди них выделяют:

• Приступы тошноты и рвоты.
• Сухость слизистых поверхностей носоглотки.
• Во рту ощущается вкус горечи.
• Появляются сильные головные боли .
• Пострадавший быстро устает, его покидают жизненные силы.
• Снижается артериальное давление.

В случае превышения дозы облучения в 10 Зв наблюдаются следующие признаки:

• Покраснение отдельных участков кожи. Со временем они приобретают синий оттенок.
• Изменяется частота сокращения сердечной мышцы.
• Снижается мышечный тонус.
• Появляется тремор в пальцах.
• Пропадает сухожильный рефлекс.

Спустя четыре дня выраженные симптомы пропадают. Заболевание переходит в скрытую форму. Ее продолжительность будет зависеть от степени поражения организма. При этом в значительной степени снижаются все рефлексы организма, проявляются симптомы невралгического характера.

Если доза облучения превышала 3 ЗВ, то спустя две недели начинается интенсивное облысение . При дозе выше 10 Зв заболевание сразу же переходит в третью фазу. Наблюдается серьезное изменение состава крови, развиваются инфекционные заболевания. В кратчайшие сроки наступает отек мозга, полностью пропадает мышечный тонус. В подавляющем большинстве случаев человек погибает.

При первых же подозрительных симптомах необходимо обратиться за помощью к врачу. Только при своевременной терапии сохраняется шанс на успешное излечение лучевой болезни.

Диагностика

Появление лучевой болезни выявляется на основании первичных признаков. Пристальное внимание уделяется пациентам, которые побывали в ситуации, когда превышена безопасная доза радиации.

Степень тяжести поражения определяется в ходе исследования образцов крови пострадавшего. Выясняется наличие анемии, ретикулоцитопении, лейкопении, СОЭ. О наличии лучевой болезни говорят признаки кровотечения в миелограмме .

В дополнение к исследованию крови проводят следующие диагностические мероприятия:

1. Забор соскобов кожных язв и проведение микроскопии.
2. УЗИ брюшной полости.
3. УЗИ органов таза.

Одновременно с этим проводятся консультации с узкими специалистами: гематологом, эндокринологом, невропатологом и гастроэнтерологом . Они внимательно изучают клиническую картину болезни и результаты всех обследований.

Терапия лучевой болезни

Болезнь успешно лечится, если дозовый порог заражения превышен незначительно . Среди основных терапевтических методик можно выделить:

1. Своевременное оказание первой помощи. Это особенно важно для людей, побывавших в месте сильного радиационного заражения. С пострадавшего снимают всю одежду, так как она накапливает в себе радиацию. Тщательно промывают тело и желудок.
2. Медикаментозная терапия. Она включает в себя применение седативных, антигистаминных препаратов, антибиотиков, средств для восстановления желудочно-кишечного тракта. Кроме того, проводится лечение, направленное на восстановление иммунной системы. На третьей стадии заболевания прописывают, помимо прочего, антигеморрагические препараты.
3. Переливание крови.
4. Физиотерапия. Чаще всего применяется дыхание при помощи кислородной маски.
5. В некоторых случаях специалисты проводят пересадку костного мозга.
6. Правильное питание. В первую очередь организуется оптимальный питьевой режим. В день пострадавший должен выпивать не менее двух литров воды. В его рацион также должны входить соки и чай. При этом пить одновременно с приемом пищи нельзя. К минимуму сводится употребление жирных, жареных и чрезмерно соленых блюд. В день должно быть не менее пяти приемов пищи. Категорически запрещено употребление спиртных напитков.

Профилактические мероприятия

Для того чтобы не стать жертвой радиационного излечения, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Избегать потенциально опасных зон . При малейшем подозрении на то, что на территории максимальная доза радиации, следует незамедлительно покинуть это место и обратиться к специалистам.
2. Людям, занятым на опасных производствах, рекомендуется употреблять витаминно-минеральные комплексы, а также другие препараты, поддерживающие иммунную систему. Выбор конкретных медикаментов должен проводиться совместно с лечащим врачом.
3. При контакте с радиоактивными предметами необходимо использовать специализированные средства защиты: костюмы, респираторы и так далее.
4. Пить как можно больше воды. Жидкость помогает вымывать из организма радиоактивные вещества .

Смертельная доза радиации в зивертах составляет всего 6 единиц. Поэтому при первых подозрениях на повышенный фон необходимо провести исследование при помощи дозиметра.

На любые вещества, живые организмы и их ткани.

Экспозиционная доза

Основная характеристика взаимодействия ионизирующего излучения со средой - это ионизационный эффект. Количественная мера, основанная на величине ионизации сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении, достаточно легко поддающаяся измерению, получила название экспозиционная доза .

Экспозиционная доза - это отношение суммарного электрического заряда ионов одного знака, образованных после полного торможения в воздухе электронов и позитронов , освобождённых или порождённых фотонами в элементарном объёме воздуха, к массе воздуха в этом объёме.

Ожидаемая эффективная доза E(τ) - доза внутреннего облучения от поступивших в организм человека радионуклидов . Время облучения человека такими радионуклидами определяется периодами их полураспада и биологического удержания в организме и может составлять многие месяцы и даже годы . Для целей регулирования полный период накопления дозы устанавливается равным 50 лет для взрослого человека или, если оценивается доза для детей, до достижения 70 лет. При оценке годовой дозы ожидаемая эффективная доза суммируется с эффективной дозой от внешнего облучения за этот же период .

Эффективная и эквивалентная дозы - это нормируемые величины, то есть, величины, являющиеся мерой ущерба (вреда) от воздействия ионизирующего излучения на человека. К сожалению, они не могут быть непосредственно измерены. Поэтому в практику введены операционные дозиметрические величины, однозначно определяемые через физические характеристики поля излучения в точке, максимально возможно приближенные к нормируемым. Основной операционной величиной является амбиентный эквивалент дозы (синонимы - эквивалент амбиентной дозы, амбиентная доза).

Амбиентный эквивалент дозы Н*(d) - эквивалент дозы, который был создан в шаровом фантоме МКРЕ (международной комиссии по радиационным единицам) на глубине d (мм) от поверхности по диаметру, параллельному направлению излучения, в поле излучения, идентичном рассматриваемому по составу, флюенсу и энергетическому распределению, но мононаправленном и однородном, то есть амбиентный эквивалент дозы Н*(d) - это доза, которую получил бы человек, если бы он находился на месте, где проводится измерение. Единица амбиентного эквивалента дозы - зиверт (Зв).

Групповые дозы

Подсчитав индивидуальные эффективные дозы, полученные отдельными людьми, можно прийти к коллективной дозе - сумме индивидуальных эффективных доз в данной группе людей за данный промежуток времени. Коллективную дозу можно подсчитать для населения отдельной деревни , города , административно-территориальной единицы , государства и т. д. Её получают путём умножения средней эффективной дозы на общее количество людей, которые находились под воздействием излучения . Единицей измерения коллективной дозы является человеко-зиверт (чел.-Зв.), внесистемная единица - человеко-бэр (чел.-бэр). Коллективная доза может накапливаться в течение длительного времени, даже не одного поколения, а охватывая последующие поколения.

Кроме того, выделяют следующие дозы:

• пороговая - доза, ниже которой не отмечены проявления данного эффекта облучения.
• предотвращаемая - прогнозируемая доза вследствие радиационной аварии , которая может быть предотвращена защитными мероприятиями.
• удваивающая - доза, которая увеличивает в 2 раза (или на 100%) уровень спонтанных мутаций . Удваивающая доза обратно пропорциональна относительному мутационному риску .
• минимально летальная - минимальная доза излучения, вызывающая гибель всех облучённых объектов.

Допустимые и смертельные дозы для человека

Миллизиверт (мЗв) часто используется как мера дозы при медицинских диагностических процедурах (рентгеноскопия , рентгеновская компьютерная томография и т. п.).

Согласно постановлению главного государственного санитарного врача России за № 11 от 21 апреля 2006 г. «Об ограничении облучения населения при проведении рентгенорадиологических медицинских исследований», п. 3.2, необходимо «обеспечить соблюдение годовой эффективной дозы 1 Зв при проведении профилактических медицинских рентгенологических исследований, в том числе при проведении диспансеризации». Среднемировая доза облучения от рентгенологических исследований, накопленная на душу населения за год, равна 0,4 мЗв, однако в странах с высоким уровнем доступа к медобслуживанию (более одного врача на 1000 человек населения) этот показатель растёт до 1,2 мЗв . Облучение от других техногенных источников значительно меньше: 0,005 мЗв от радионуклидов, оставшихся от атмосферных ядерных испытаний , 0,002 мЗв от Чернобыльской катастрофы , 0,0002 мЗв от ядерной энергетики.

Среднемировая доза облучения от естественных источников, накопленная на душу населения за год, равна 2,4 Зв, с разбросом от 1 до 10 Зв . Основные компоненты:

• 0,4 мЗв от космических лучей (от 0,3 до 1,0 мЗв, в зависимости от высоты над уровнем моря);
• 0,5 мЗв от внешнего гамма-излучения (от 0,3 до 0,6 мЗв, в зависимости от радионуклидного состава окружения - почвы, стройматериалов и т. п.);
• 1,2 мЗв внутреннего облучения от ингалируемых атмосферных радионуклидов, главным образом

Многие сталкиваются с трудностями при определении единиц измерения радиоактивного излучения и практическом использовании полученных значений. Сложности возникают не только из-за их большого разнообразия: беккерели, кюри, зиверты, рентгены, рады, кулоны, ремы и др., но и из-за того, что не все используемые величины связаны между собой кратными соотношениями и при необходимости могут переводиться из одних в другие.

Как разобраться?

Все довольно просто, если отдельно рассматривать единицы, связанные с радиоактивностью, как физическим явлением, и величины, измеряющие воздействие этого явления (ионизирующего излучения) на живые организмы и окружающую среду. А также, если не забывать о внесистемных единицах и единицах радиоактивности, действующих в системе СИ (Международная система единиц), которая была введена в 1982 году и обязательна к использованию во всех учреждениях и предприятиях.

Внесистемная (старая) единица измерения радиоактивности

Кюри (Ки) - первая единица радиоактивности, измеряющая активность 1 грамма чистого радия. Введенная с 1910 года и названная в честь французских ученых К. и М. Кюри, она не связана с какой-либо системой измерения и в последнее время утратила свое практическое значение. В России же кюри, несмотря на действующую систему СИ, разрешенная к использованию в области ядерной физики и медицины без срока ограничения.

Единицы радиоактивности в системе СИ

В СИ используется другая величина - беккерель (Бк), которая определяет распад одного ядра в секунду. Беккерель более удобен в расчетах, чем кюри, поскольку имеет не такие большие значения и позволяет без сложных математических действий по радиоактивности радионуклида определить его количество. Высчитав количество распадов 1 г радона, легко установить соотношение между Ки и Бк: 1 Ки = 3,7*1010 Бк, а также определить активность любого другого радиоактивного элемента.

Измерение ионизирующих излучений

С открытием радия было обнаружено, что излучение радиоактивных веществ влияет на живые организмы и вызывает биологические эффекты, сходные с действием рентгеновского облучения. Появилось такое понятие, как доза ионизирующего излучения - величина, которая позволяет оценивать воздействие радиационного облучения на организмы и вещества. В зависимости от особенностей облучения, выделяют эквивалентную, поглощенную и экспозиционную дозы:

1. Экспозиционная доза - показатель ионизации воздуха, возникающей под действием гамма- и рентгеновских лучей, определяется количеством образовавшихся ионов радионуклидов в 1 куб. см. воздуха при нормальных условиях. В системе СИ она измеряется в кулонах (Кл), но существует и внесистемная единица - рентген (Р). Один рентген - большая величина, поэтому удобнее на практике использовать ее миллионную (мкР) или тысячную (мР) доли. Между единицами экспозиционной дозы установлено следующее соотношения: 1 Р = 2, 58.10-4 Кл/кг.
2. Поглощенная доза - энергия альфа-, бета- и гамма-излучения, поглощенная и накопленная единицей массы вещества. В международной системе СИ для нее введена следующая единица измерения - грей (Гр), хотя до сих пор в отдельных областях, например в радиационной гигиене и в радиобиологии широко используется внесистемная единица - рад (Р). Между этими величинами имеется такое соответствие: 1 Рад = 10-2 Гр.
3. Эквивалентная доза - поглощенная доза ионизирующего излучения, учитывающая степень его воздействия на живую ткань. Поскольку одинаковые дозы альфа-, бета- или гамма-излучения оказывают разный биологический ущерб, введен так называемый КК -коэффициент качества. Для получения эквивалентной дозы необходимо поглощенную дозу, полученную от определенного вида излучения, умножить на этот коэффициент. Измеряется эквивалентная доза в берах (Бэр) и зивертах (Зв), обе эти единицы взаимозаменяемы, переводятся из одной в другую таким образом: 1 Зв = 100 Бэр (Рем).

В системе СИ используется зиверт - эквивалентная доза конкретного ионизирующего излучения, поглощенная одним килограммом биологической ткани. Для пересчета греев в зиверты следует учесть коэффициент относительной биологической активности (ОБЭ), который равен:

• для альфа-частиц - 10-20;
• для гамма- и бета-излучения - 1;
• для протонов - 5-10;
• для нейтронов со скоростью до 10 кэВ - 3-5;
• для нейтронов со скоростью больше 10 кэВ: 10-20;
• для тяжелых ядер - 20.

Бэр (биологический эквивалент рентгена) или рем (в английском языке rem - Roentgen Equivalent of Man) - внесистемная единица эквивалентной дозы. Поскольку альфа-излучение наносит больший ущерб, то для получения результата в ремах, необходимо измеренную радиоактивность в радах умножить на коэффициент, равный двадцати. При определении гамма- или бета-излучения перевод величин не требуется, поскольку ремы и рады равны друг другу.

Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения.

Экспозиционная доза Х ионизирующего излучения - суммарный заряд, образовавшийся за счет излучения в 1 см 3 воздуха за некоторое время t.

Измеряется в кулонах на килограм (Кл/кг ), внесистемная единица - рентген (Р ).

При дозе в 1 Р в 1 см 3 при нормальных условиях образуется 2,08 . 10 9 пар ионов, что соответствует 2,58 . 10 -4 Кл/кг . При этом в 1 см 3 воздуха за счет ионизации поглощается энергия, равная 1,1 . 10 -8 Дж , т.е. 8,5 мДж/кг .

Поглощенная доза излучения Д п. - физическая величина, равная отношению поглощенной энергии W п к массе M п облучаемого вещества. Величины поглощенной дозы определяются с помощью выражения

Д п = W п / M п.

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 см 3 воздуха при н.у. (Р 0 =760 мм. рт. ст , Т = 273 К ) обра-зуется определенное число пар ионов (N » 2,1·10 9), 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

N ион = Q общ /е.

Для этих же условий (н.у.) найдем величину поглощенной дозы:

Д п = W п /M п = 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 Д I П. - физическая величина, характеризующая величину энергии, поглощаемой единицей массы какого-либо физического тела в единицу времени:

D 1 п = Д П / t = W П / M Пп 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.

Эквивалентная доза H экв.- величина, которая харак-теризует поглощенную дозу живого организма. Она равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма:

H экв. = КК × D П,

где КК – средний коэффициент качества ионизирующего излучения в данном элементе объема биологической ткани (табл. 22.1).

Таблица 22.1.э.

Надо отметить, что эквивалентная доза H экв 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 -9 бэр ).

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 g-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 / r 2).

Поглощенная доза

D п = D 1 эт ·t обл /r 2 . [D 1 э т ] = 1Р· 1м 2 /час,

где D 1 эт - мощность точечного источника; t обл - время облучения, ч; r - расстояние от источника, м.

Активность точечного излучателя и мощность дозы связаны соотношением:

Р = К g ,

где К g - ионизационная постоянная, r - расстояние от источника излучения, d - толщина защитного экрана, - коэффициент поглощения излучения в материале экрана.

Ионизационная постоянная К g и коэффициент поглощения экрана сложным образом зависят от вида и энергии излучения. Для гамма-квантов с энергией около 1 МэВ отношение коэффициента поглощения к плотности материала для многих материалов (вода, аллюминий, железо, медь, свинец, бетон, кирпич) близко к величине 7 . 10 -3 м 2 /кг .

Естественный фон радиации (космические лучи; радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около Гр на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр. Доза излучения в 3 – 10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.

При работе с любым источником радиации (радиоактивные изотопы, реакторы и др.) необходимо принимать меры по радиационной защите всех людей, могущих попасть в зону действия излучения.

Самый простой метод защиты это удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние. Даже без учета поглощения в воздухе интенсивность радиации убывает о пропорционально квадрату расстояния от источника. Поэтому ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать руками. Надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой.

В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, используют для защиты от излучения преграды из поглощающих материалов.

Наиболее сложна защита от g-лучей и нейтронов из-за их большой проникающей способности. Лучшим поглотителем g-лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита.

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.

Зная общую эквивалентную дозу, можно найти эквива-лентную поглощенную дозу отдельных органов (H орг, i = К рр ×Д экв ) 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.