Единицы измерения радиоактивных величин.

В понимании единиц радиоактивности существуют объективные трудности, связанные с тем, что имеются единицы измерения как самого явления, так и единицы по измерению воздействия этого явления на вещество. В соответствии с этим выделяют единицы активности иединицы дозы.

ЕДИНИЦЫ АКТИВНОСТИ (радиоактивности). Первой общепринятой единицей радиоактивности была принята активность 1 грамма химически чистого радия, т.е. 3.7 × 10¹⁰ распадов в секунду. Эта единица была названа Кюри (Ки). А единица в один распад за секунду называется Беккерель (Бк). Таким образом :

1 Ки = 3.7 × 10¹⁰ Бкили1 Бк = 2.7 × 10^-11 Ки

Активность радионуклида прямо пропорциональна его количеству, поэтому количество радиоактивного вещества можно измерить, определив его активность в Бк/кг, Ки/л и т.д.

Радиоактивность 1 грамма некоторых других элементов относительно радия будет следующей:

Единицы Ku/г , Бк/ л, Ku/л и т.д. называются единицами удельной активности. Существует также площадная активность - радиоактивность вещества , приходящаяся на 1 ед. площади, то есть: Ku/м², Ku/ км² , Бк/м², и т. д.

Для оценки активности жидких и газообразных радионуклидов (Rn, Tn и др.) часто используется понятие объемная концентрация радиоактивности, т. е. Количество распадов в единицу времени , отнесенное к объему вещества (Ku/л, Ku/м³,Бк/л; Бк/м³ и т. д.). Первоначально объемная концентрация радона измерялась в эманах и махе:

1 эман = 10^-10 Ku/л = 220 расп/ мин× л

1 махе = 3,64 эман = 3,64 × 10^-10 Ku/л = 780 расп/мин× л.

Характеризуя радиоактивность какого-либо материала, обычно конкретно указывают, о каком радионуклиде идет речь. При этом радиоактивность других изотопов, присутствующих в этом материале (напр., в грунте), не учитывается.

Например, для почв указывают отдельно радиоактивность по урану, торию и калию. Общая суммарная радиоактивность данной почвы от естественных радионуклидов не будет равна простой сумме активностей, а будет определяться по специальным зависимостям.

Суммарная эффективная удельная активность радионуклида (А_С) при оценке соответствия строительных и некоторых других материалов радиационно-гигиеническим нормативам определяется:

Ac = A_Ra×3.4×10^-7 + 1,31×A_Th + 0,085×A_K,(5.13)

где A_Ra ; A_Th ; A_K - удельные активности урана, тория и калия.

Если в материале определялась концентрация урана, а не радия, то вместо A_Ra подставляется содержание равновесного урана. Тогда формула (1) будет иметь вид:

A_C =A_U×3.4×10^-7+1.31×A_Th + 0.085×A_K . (5.14)

При загрязнении материалов (грунтов, почв) техногенными радиоизотопами общая радиоактивность от загрязнения определяется как сумма активностей от каждого изотопа.

Например, если почва была загрязнена цезием, стронцием и кобальтом и их активности составляют соответственно 110 Бк/кг, 90 Бк/кг и 60 Бк/кг , то общая радиоактивность (A_å ) почв составит:

A_å = A_C + 110 + 90 + 60.

Для перехода от удельной активности в Бк/кг; Бк/г и т.д. к площадной (Pв Бк/м², Ku/км²) и др. необходимо знать плотность (объемный вес) вещества. Различными авторами предложены разные переходные формулы, из которых наиболее известны и просты следующие (Гавшин В.М., Сухоруков Ф.В. и др., 1993):

P(Бк/км²) = А(Бк/кг)×d×h×10⁷ ,

P(мКu/км²) = 0.27*А(мКu/км²)×А×d×h,

где d - плотность вещества, откуда берется проба (г/см³ ), h - глубина отбора пробы в см.

ЕДИНИЦЫ ДОЗЫ

В процессе распада радиоактивных элементов образуются потоки g-квантов, a и b-частиц, способных ионизировать окружающую среду (воздух, воду, биологические ткани и др.) и сообщать веществу дополнительную энергию.

Например, если при воздействии g-квантов в см³ воздуха при нормальных условиях происходит его ионизация с образованием 2.08*10⁹ пар ионов (что соответствует электрическому заряду в 1 Кулон , а также поглощению 88 эрг энергии в 1 г воздуха ), то говорят, что экспозиционная доза g- излучения соответствует 1 Рентгену (Р).

Экспозиционная доза, отнесенная ко времени, называется мощностью экспозиционной дозы. В системе СИ она измеряется в А/кг, но чаще используют внесистемные единицы Р/c; Р/ч; mкР/ч; mкР/c и т.д.

Переход от единиц активности вещества, выраженных, например, в mкКu, к мощности экспозиционной дозы g-излучения данного радионуклида в Р/ч, осуществляется при помощи гамма-постоянных, характерных для каждого изотопа и приведенных в справочной литературе (напр., Справочник по дозиметрии,1974).

Гамма-постоянная любого радионуклида равна мощности экспозиционной дозы g-излучения нуклида в Р/час, которая создается точечным изотропным g-источником активностью 1 мКu на расстоянии 1 см. Единица измерения g-постоянной - Р*см²/г*мКu. Например, от источника Ra-226 активность 1 мКu на расстоянии 1 см создается мощность экспозиционной дозы g-излучения 9.36 Р/ч, а от такого же источника цезия -137 - 3.1 Р/ч и т.д.

Кроме экспозиционной дозы, характеризующей степень ионизации воздуха, существует и другое понятие - поглощенная доза (D_П) - это энергия излучения, поглощенная единицей массы вещества. В системе СИ единицей ее измерения служит Грей (Гр): 1Гр = 100 рад.

Поглощенная доза, отнесенная ко времени поглощения, называется мощностью поглощенной дозы и измеряется в Гр/ч, Гр/с, мГр/ч, рад./с, рад/год и т.д.

По всему спектру g-излучения до энергии 3 мэВ 1Р экспозиционной дозы соответствует поглощенной дозе в биологической ткани в 0.93 рад., т.е. 1Р около 0.93 рад., или 1Р » 0.0093 Гр, тогда как в воздухе 1Р » 0.88 рад.

Биологический эффект воздействия ионизирующего излучени зависит от вида излучения энергии частиц и g-квантов. Например, a-частица с энергией 4 мэВ проходит 31 мкм биологической ткани, а с энергией 10 мэВ - 130 мкм.

Связь понятий поля, дозы, радиобиологического эффекта и единиц их измерения можно представить в виде схемы, приведенной в таблице 5.1 (по Л.П.Рихванову, 1997).

Таблица 5.1

Степень воздействия радиоактивного излучения на биологические системы оценивается с помощью относительной биологической эффективности (ОБЭ) излучения, которая выражается по отношению к дозе условно принятого стандартного типа излучения. Кроме того, для количественной оценки воздействия радиоактивного излучения на биологические ткани введено понятие коэффициента (или фактора) качества излучения ( КК или ФК ). Для g-излучения КК = 1, для b-излучения КК = 10, для a-излучения с энергией < 10 Мэв КК = 20.

Эквивалентная доза определяется, как поглощенная доза, умноженная на коэффициент качества излучения:

Н= D × КК. (5.15)

При приближенных расчетах обычно принимают, что для g-излучения 1 бэр » 1Р » 0.93 рад. Сейчас основной единицей измерения эквивалентной дозы является Зиверт (Зв),

1 бэр = 100 Зв.