Дозы ионизирующих излучений

Одним из основных понятий в радиационных исследованиях, включая радиационный контроль, радиационную биологию, радиационную экологию, радиационную гигиену, радиационную медицину, является понятие ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ.

Вообще в широком понятии этого слова доза — это определенное точно отмеренное количество чего-либо (вещества, лекарства, излучения) (происходит от греч. dósis — порция, приём).

В радиационных исследованиях различают 4 основных вида доз ионизирующего излучения. Это:

1) экспозиционная доза,

2) поглощенная доза,

3) эквивалентная доза,

4) эффективная доза.

Рассмотрим каждую из этих доз.

1). Доза экспозиционная (X) ионизирующего излучения — количественная характеристика поля g‑ и рентгеновского излучений, основанная на их ионизирующем действии в воздухе. Представляет собой отношение суммарного заряда ионов одного знака dQ, образующихся под действием электромагнитного ионизирующего излучения в элементарном объеме[1] воздуха, к массе воздуха dm в этом объеме:

.

Внесистемная единица Д.э. — рентген (Р).

За 1 Р принимают такое количество электромагнитного излучения, которое создает в 1 см³ атмосферного воздуха (т.е. в 0,001293 г воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт. ст.) 2,08×10⁹ пар ионов.

Единицей Д.э.и.и. в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/кг).

Соотношение между этими единицами следующее: 1 Р = 2,58×10^‑4Кл/кг.

Единица экспозиционной дозы в системе СИ кулон на килограмм оказалась очень неудобной для практического применения и поэтому на практике широко использовалась и продолжает использоваться внесистемная единица — рентген.

Использование экспозиционной дозы планировалось прекратить с 1 января 1990 г. Однако до сих пор экспозиционная доза продолжает широко использоваться, хотя и происходит постепенных переход к использованию других видов доз — в первую очередь в различных нормативных документах. В научной и научно-популярной литературе экспозиционная доза и ее единица рентген продолжают довольно часто использоваться.

В настоящее время основной (фундаментальной, т.к. из нее путем введения различных коэффициентов выводятся понятия двух других доз ионизирующего излучения) дозиметрической величиной, определяющей степень радиационного воздействия на вещество, является поглощенная доза ионизирующего излучения.

2). Доза поглощенная (D) ионизирующего излучения — отношение средней энергии , переданной ионизирующим излучением (любого вида) веществу, находящемуся в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

.

Является основной дозиметрической величиной, определяющей степень радиационного воздействия.

Внесистемная единица Д.п.и.и. — рад (от англ. rad — radiation absorbed dose): 1 рад = 100 эрг/г.

Единица Д.п.и.и. в системе СИ — джоуль, деленный на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название — грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг.

Соотношение между этими единицами следующее: 1 Гр = 100 рад.

Существует еще также такое понятие как:

Поглощенная доза ионизирующего излучения в органе или ткани (D_T)— средняя поглощенная доза в определенном органе или ткани человеческого тела (т.н. доза в органе или ткани):

,

где m_T — масса органа или ткани, D — поглощенная доза в элементарной массе dm органа или ткани.

Существует ли какое-либо соотношение между поглощенной дозой и экспозиционной дозой? Да, такое соотношение существует, его можно рассчитать, исходя из того, что на образование одной пары ионов в воздухе затрачивается энергия равная в среднем 34 эВ (1 эВ = 1,6 × 10^‑19 Дж).

Следовательно, при экспозиционной дозе 1 Р, при которой образуется 2,08×10⁹ пар ионов в 1 см³ воздуха, расходуется энергия, равная 2,08×10⁹ ´ 34 эВ = 70,7×10⁹ эВ = 70,7×10⁹ ´ 1,6 × 10^‑19 Дж = 1,13 × 10^‑8 Дж.

На 1 грамм воздуха расход энергии составит: 1,13 × 10^‑8 Дж/0,001293 г = 0,87 × 10^‑5 Дж/г = 0,87 × 10^‑2 Дж/кг. Эта величина — так называемый энергетический эквивалент рентгена в воздухе.

По определению 1 Гр = 1 Дж/кг.

Отсюда следует, что экспозиционной дозе в 1 Р соответствует поглощенная доза в воздухе 0,87 сГр (или рад).

Поэтому переход от экспозиционной дозы, выраженной в рентгенах, к поглощенной дозе в воздухе, выраженной в радах (или сГр), относительно прост: D = fX, где f — переводной коэффициент, равный 0,87 сГр/Р (или рад/Р) для воздуха.

Переход от экспозиционной дозы (имеется ввиду — в воздухе, поскольку по определению понятие экспозиционной дозы относится к воздуху) к поглощенной дозе в воде или биологической ткани осуществляется по той же формуле, только переводной коэффициент f в этом случае принимается равным в среднем 0,93.