Дозиметрия внешнего облучения

Определение эффективной дозы внешнего облучения можно разделить на два этапа:

– оценка флюенса излучения, воздействующего на человека;

– оценка эффективной дозы внешнего облучения для известного флюенса и направленности излучения.

В виде схемы эти этапы представлены на рис. 5.2.

Величина флюенса излучения, прошедшего через тело человека, является интегральной характеристикой взаимодействия поля излучения с телом человека. Его значение можно оценить разными путями.

Обычные методы контроля предназначены для прямых оценок значений нормируемых величин, и определение флюенса излучения является промежуточным (и, как правило, скрытым) этапом измерения дозиметрических величин.

Метод моделирования широко используется в прогнозировании доз нормального облучения при планировании радиационно-опасных работ. В основе моделирования лежит расчет флюенса излучения точечного изотропного источника за защитой. Этот подход был подробно рассмотрен в главе 3.

Рис. 5.2. Определение дозы внешнего облучения

Оценка флюенса, полученная любым из перечисленных выше способов, на втором этапе определения дозы облучения используется вместе с дополнительной информацией о типе и энергии излучения, а также о направленности его поля. Неточность информации об этих параметрах радиационного воздействия является основным источником неопределенности оценки доз.

Доза внешнего облучения прямо пропорциональна флюенсу излучения, падающего на тело человека. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости носит название дозового коэффициента внешнего излучения и равен дозе излучения при прохождении через тело человека первичного излучения с единичным флюенсом. Определение дозиметрических коэффициентов является сложной расчетной задачей, при решении которой используются математические модели тела человека (фантомы), представляющие собой форму, размер и расположение органов и тканей в теле стандартного человека. Использование оценок флюенса излучения и дозовых коэффициентов при определении эффективной дозы иллюстрирует выражение

,

(5.4)

где Ф(Е_i)_R – флюенс излучения вида R с энергией E_i; – дозовый коэффициент эффективной дозы излучения вида R с энергией E_i; N – число линий в спектре излучения радионуклида.

При расчете дозовых коэффициентов учитываются искажения, которые вносит тело человека в поле излучения, и ослабление излучения в теле. Следствием этих эффектов является зависимость дозовых коэффициентов от направленности излучения. В разделе 8 НРБ-99 приведены дозовые коэффициенты эффективной дозы для двух наиболее характерных типов поля излучения – изотропного поля излучения и мононаправленного поля излучения, падающего на тело человека в направлении грудь-спина (переднезаднее облучение). Примеры расчета дозы фотонного излучения рассмотрены в главе 13.

Для того, чтобы контролировать соблюдение нормативных требований при работе в полях внешнего излучения, используются дозиметрические приборы, измеряющие специальные операционные величины, определенные Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям (МКРЕ):

– амбиентный эквивалент дозы, H^*(d);

– индивидуальный эквивалент дозы, H_р(d).

Эти величины были определены как заменители эффективной дозы, которые можно измерить при радиационном контроле. Общая схема определения операционных величин приведена на рис. 5.3.

Параметр d определяет соотношение операционной и нормируемой величины:

– при d = 10 мм величины H^*(10) и H_P(10) соответствуют эффективной дозе внешнего облучения;

– при d = 3 мм величины H^*(3) и H_P(3) соответствуют эквивалентной дозе внешнего облучения хрусталика глаза;

– при d = 0.07 мм величины H^*(0.07) и H_р(0.07) соответствуют эквивалентной дозе внешнего облучения кожи.

Рис. 5.3. Система дозиметрических величин радиационного
контроля

Конструкция дозиметрических приборов, измеряющих операционные величины, такова, что в определенных условиях измерения показания прибора с приемлемой точностью численно равны значению эффективной дозы внешнего излучения, которая характеризует облучение стандартного работника в данном радиационном поле. Показания таких приборов учитывают возмущение поля излучения за счет рассеяния и поглощения первичного излучения в теле. Это же явление учитывается при определении эффективной дозы внешнего излучения.

Необходимо помнить, что условия проведения измерений, например, место ношения индивидуального дозиметра, измеряющего индивидуальный эквивалент дозы, влияют на соотношение между показаниями приборов радиационного контроля и индивидуальной эффективной дозой облучения работника.

При правильном использовании индивидуального дозиметра годовая эффективная доза внешнего облучения принимается равной дозе, зафиксированной средствами индивидуального дозиметрического контроля (ИДК).

В отдельных случаях в радиационном контроле применяются приборы, которые предназначены для определения дозиметрических характеристик невозмущенного поля излучения. Основной областью применения таких приборов на АЭС является технологический радиационный контроль. Для этой цели используются приборы, измеряющие воздушную керму нейтронного или фотонного излучения, а также экспозиционную дозу фотонного излучения. Эти величины непосредственно связаны с флюенсом излучения, как показано на рис. 5.3.

Керма[13] является мерой воздействия косвенно ионизирующего излучения на вещество. Она равна отношению суммы начальных кинетических энергий всех заряженных ионизирующих частиц, высвобожденных незаряженными ионизирующими частицами в элементарном объеме вещества, к массе вещества, находящегося в этом объеме. Воздушная керма, К_а, характеризует воздействие косвенно ионизирующего излучения на воздух – среду, в которой распространяются частицы и фотоны, образуя поле ионизирующего излучения. Единица кермы – Дж/кг, которая имеет специальное наименование грей (Гр). Обычно керма и поглощенная доза излучения в веществе численно равны.

Экспозиционная доза была первой дозиметрической величиной, примененной для количественной оценки поля фотонного излучения. Она характеризует число ионов одного знака, которые рождает фотонное излучение при прохождении через воздух. Экспозиционная доза равна отношению полного заряда ионов одного знака, созданных в воздухе, когда все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в элементарном объеме воздуха, полностью остановились в воздухе, к величине массы воздуха в этом объеме. Единица экспозиционной дозы – кулон на килограмм (Кл/кг). Традиционной единицей экспозиционной дозы является рентген (Р). 1 Р=2.58×10^-4 Кл/кг.

Воздушная керма и экспозиционная доза фотонного излучения взаимно связанны. Экспозиционной дозе 1 Р соответствует воздушная керма, равная 8.7 мГр , иными словами, отношение K/X не зависит от энергии фотонов и равно 8.7 мГр/Р. Соотношение между операционными величинами и воздушной кермой зависит от энергии фотонов (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Соотношение между операционными величинами и воздушной кермой для фотонов

Приведенные соотношения следует учитывать при сравнении показаний дозиметрических приборов, измеряющих разные параметры радиационного поля фотонов.