Іонізуючі випромінювання, їх характеристики та методи вимірювань
Коротка характеристика іонізуючих випромінювань
Іонізуюче випромінювання (ИИ) - це випромінювання, взаємодія якого із середовищем призводить до утворення в цьому середовищі іонів різних знаків. Випромінювання вважається іонізуючим, якщо воно здатне розривати хімічні зв'язки молекул. Іонізуюче випромінювання ділять на корпускулярне і фотонне.
Радіохвилі, світлові хвилі, теплова енергія Сонця не відносяться до іонізуючих випромінювань, так як вони не викликають пошкодження організму шляхом іонізації.
Корпускулярне - це потік частинок з масою відмінною від нуля (електрони, протони, нейтрони, альфа-частинки).
Фотонное - це електромагнітне випромінювання, побічно іонізуюче випромінювання (гамма випромінювання, характеристичне випромінювання, гальмове випромінювання, рентгенівське випромінювання, анігіляційна випромінювання).
Альфа-випромінювання - це потік альфа-часток (ядер атомів гелію), що випускаються при радіоактивному розпаді, а також при ядерних реакціях і перетвореннях. Альфа-частинки мають сильну іонізуючої здатністю і незначною проникаючу здатність. У повітрі вони проникають на глибину кілька сантиметрів, в біологічній тканині - на глибину частки міліметра, затримується аркушем паперу, тканиною одягу. Альфа-випромінювання особливо небезпечно при попаданні його джерела всередину організму з їжею або з повітрям.
Бета-випромінювання - це потік електронів або позитронів, що випускаються ядрами радіоактивних елементів при бета-розпаді. Їх іонізуюча здатність менше, ніж у альфа-часток, але проникаюча здатність у багато разів більше, і становить десятки сантиметрів. В біологічній тканині вони проникають на глибину до 2 см, одягом затримується лише частково. Бета-випромінювання небезпечне для здоров'я людини, як при зовнішньому, так і при внутрішньому опроміненні.
Протонне випромінювання - це потік протонів, що складають основу космічного випромінювання, а також можна побачити при ядерних вибухах. Їх пробіг в повітрі і проникаюча здатність займають проміжне положення між альфа і бета-випромінюванням.
Нейтронне випромінювання - потік нейтронів, що спостерігаються при ядерних вибухах, особливо нейтронних боєприпасів і роботі ядерного реактора. Наслідки його впливу на навколишнє середовище залежать від початкової енергії нейтрона, яка може змінюватися в межах 0,025 -300 МеВ.
Гамма-випромінювання - електромагнітне випромінювання (довжина хвилі 10 -10 -10 -14 м), що виникає в деяких випадках при альфа і бета-розпаді, анігіляції частинок і при збудженні атомів і їх ядер, гальмуванні частинок в електричному полі. Проникаюча здатність гамма-випромінювання значно більше, ніж у перерахованих вище видів випромінювань. Глибина поширення гамма-квантів у повітрі може досягати сотень і тисяч метрів. Іонізуюча здатність (непряма) значно менше, ніж у перерахованих вище видів випромінювань. Більшість гамма-квантів проходить через біологічну тканину, і лише незначна кількість поглинається тілом людини.
Гальмівне випромінювання - фотонне випромінювання з безперервним енергетичним спектром, що випускається при зменшенні кінетичної енергії заряджених частинок. Вплив на навколишнє середовище таке, як і гамма-випромінювання.
Характеристичне випромінювання - фотонне випромінювання з дискретним енергетичним спектром, що виникає при зміні енергетичного стану електронів атома. Вплив на біологічну тканину аналогічно гамма-випромінювання.
Анігіляційний випромінювання - фотонне випромінювання, що виникає в результаті анігіляції частинки і античастинки (наприклад, позитрона й електрона). Вплив на біологічну тканину аналогічно гамма-випромінювання.
Рентгенівське випромінювання - фотонне випромінювання (довжина хвилі 10 - 9 -10 - 12 м), що складається з гальмового і (або) характеристичного випромінювання, що генерується рентгенівськими апаратами, і виникає при деяких ядерних реакціях. На відміну від гамма-випромінювання воно володіє такими властивостями як відображення і переломлення.
Взаємодія іонізуючих випромінювань з речовиною
Альфа-частинки, бета-частинки, викинуті з ядра, володіють значною кінетичною енергією і, впливаючи на речовину, з одного боку роблять його іонізацію, а з іншого проникають на певну глибину. Взаємодіючи з речовиною, вони втрачають цю енергію, в основному, в результаті пружних взаємодій з ядрами атомів або електронами, віддаючи їм всю або частину своєї енергії, викликаючи іонізацію або збудження атомів (тобто переклад електрона з ближчою на більш віддалену від ядра орбіту). Іонізація і проникнення на певну глибину мають принципове значення для оцінки впливу іонізуючого випромінювання на біологічну тканину різних видів випромінювань. Знаючи властивості різних видів випромінювань проникати через різні матеріали, останні можна використовувати як для захисту людини, так і деяких об'єктів, приладів і т.д.
Результати взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною залежать: від маси, заряду потоку частинок і їх енергій; від виду фотонів і їх енергій; від типу і щільності речовини; від значення енергій внутрішньомолекулярних сил речовини, що опромінюється.
Взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною залежить від співвідношення мас і енергій частинок і може носити пружний чи непружний характер.
З урахуванням вище сказаного можна зробити деякі висновки:
заряджені частки, що проходять через речовину, взаємодіють як з орбітальними електронами атома, так і з його ядром;
при взаємодії з орбітальними електронами, енергія частинок витрачається на іонізацію атомів, якщо вона не менше 35 еВ і на збудження атомів (переклад електрона з ближньої орбіти на більш віддалену), якщо вона менше 35 еВ;
в процесі іонізації атома утворюються заряджені частинки (вільні електрони), а атоми, що втратили один або декілька електронів, перетворюються в позитивно заряджені іони;
при взаємодії з ядром заряджена частинка може або гальмуватися електричним полем ядра і міняти свій напрямок руху або поглинатися ядром. У першому випадку відбувається випущення гальмівного випромінювання, у другому випадку заряджена частинка (при достатньо великої енергії) поглинається ядром, при цьому викидаються елементарні частинки і фотони. Поглинання частки ядром зазвичай відбувається, якщо енергія частинки перевищує 1,02 МеВ.
Процес взаємодії, при якому зникають початкові і з'являються нові частинки, називають ядерною реакцією. Розглянемо взаємодію різних видів випромінювань з речовиною.
Гамма-випромінювання
Взаємодія гамма-квантів з речовиною може супроводжуватися фотоефектом, комптоновськими розсіюванням і утворенням електрон-позитронного пар. Вид ефекту залежить від енергії гамма-кванта:
Е к = hν - Е і, (1)
де: h - постійна Планка; ν - частота випромінювання; Е і - Енергія іонізації відповідної атомної оболонки (енергія зв'язку вибитого електрона з атома).
Фотоефект виникає при Е = 10 еВ-1 МеВ, тобто при відносно малих значеннях енергій. У цьому випадку вся енергія гамма-кванта передається орбітального електрона, і він вибивається з орбіти (рис.3).
Вибитий електрон називається фотоелектронів. У результаті його відриву в атомі з'являється вільний рівень, який заповнюється одним із зовнішніх електронів. При цьому, або випускається вторинне м'яке характеристичне випромінювання (процес флюоресценції), або енергія передається одному з електронів, який покидає атом (електрон Оже). Флюоресцентного випромінювання спостерігають у матеріалах з великим атомним номером. У матеріалах з низьким атомним номером переважає освіта електронів Оже. Вірогідність фотоефекту збільшується зі зростанням атомного номера матеріалу і зменшується з ростом енергії фотона.
З ростом енергії гамма-квантів явище фотоефекту стає все менше, а при енергії 100-200 кеВ починає переважати Комптон ефект.
Комптонівського розсіювання називається процес взаємодії фотонного випромінювання з речовиною, в якому фотон в результаті пружного зіткнення з орбітальним електроном втрачає частину своєї енергії і змінює напрямок свого первинного руху, а з атома вибивається електрон віддачі (комптоновські електрон) (рис. 4).
Енергія комптонівського електрона дорівнює:
Е = hν - hν \ (2)
Освіта електронно-позитронного пар. Якщо енергія гамма кванта перевищує 1,02 МеВ, то він поглинається ядром, а з останнього одночасно вилітають електрон і позитрон (мал. 5). Таким чином, гамма кванти здатні побічно іонізувати речовину. Цією парі передається вся енергія гамма кванта за винятком енергії спокою пари, що дорівнює 1,022 МеВ.
Слід зазначити, що позитрон нестабільний в присутності електронів середовища. Він швидко зникає за рахунок анігіляції з одним з електронів. У цьому випадку випускається 2 фотона з енергією по 0,511 МеВ.
Розглянемо, проникаючу здатність гамма-квантів.
Як вже зазначалося, гамма-квант утворюється при переході ядра в більш низькі енергетичні стани. Не маючи маси, вони не можуть сповільнюватися в середовищі, а лише поглинаються або розсіюються.
При проходженні через речовину їх енергія не змінюється, але зменшується інтенсивність випромінювання по наступному закону (рис.6):
I = I про е - μх (2)
де: I = Е γ n / t; n / t - число гамма-квантів, що падають на одиницю поверхні в одиницю часу (щільність потоку гамма-квантів); m - коефіцієнт поглинання; х - товщина поглинача (речовини), см; I о - інтенсивність квантів до проходження поглинача, МеВ / с.
У формулі (2) величину μ можна знайти в таблицях, але вона не несе прямої інформації про ступінь поглинання гамма променів речовиною.
У практичних розрахунках зручно користуватися і такий табличній величиною, як "товщина шару половинного ослаблення". Товщина шару половинного ослаблення - це така товщина шару матеріалу, проходячи який інтенсивність випромінювання гамма-квантів зменшується в 2 рази. Запишемо рівняння (2) у вигляді:
I о / I = е - μх (3)
Вважаючи I о / I = 2 і Логаріфміруя праву і ліву частини рівняння (3), отримаємо: l n2 = m d, d = 0,693 / m.
Тоді, формула (3) прийме вигляд:
I = I про е - 0,693 х / d (4)
Товщина шару половинного ослаблення d береться з таблиць, але якщо вони відсутні, то ця величина може бути обчислена наближено по щільності матеріалу ρ: d = 13 / r, (5) де: 13 см - шар води, що послабляє гамма-випромінювання в 2 рази; r - щільність матеріалу, г / см 3. Для деяких матеріалів величини d представлені в таблицях.
Рис. 6. До оцінки ослаблення гамма-випромінювань речовиною
Вираз (4) можна перетворити в такий спосіб:
До ОСЛ = I 0 / I = ехр (0,693 х / d), (6)
де К ОСЛ - Коефіцієнт ослаблення гамма-випромінювання проходить через перешкоду товщиною х і значенням шару половинного ослаблення для даного матеріалу d (рис.6). Вираз (6) можна спростити, вважаючи, що 0,693 = Ln 2, отримаємо:
До ОСЛ = 2 х / d (7)
Розрахунки показують, що проникаюча здатність гамма-випромінювання в повітрі - десятки і сотні метрів, у твердих тілах - багато сантиметри, в біологічній тканині людини частина гамма-квантів проходять через людину наскрізь, інші поглинаються.
Бета-випромінювання
На відміну від фотонів заряджені частинки втрачають свою енергію в конденсованій фазі порівняно невеликими порціями в результаті багаторазових зіткнень з електронами середовища.
Проходження бета-частинок через речовину супроводжується пружних і непружних зіткнень з ядрами і електронами гальмує середовища.
Пружне розсіювання бета-частинок на ядрах більш імовірно і здійснюється при відносно низьких енергіях електронів Е β <0,5 МеВ (рис.7). Пружне розсіювання бета-частинок на електронах в Z раз (Z - величина заряду ядра) менш імовірно, ніж на ядрах (рис.8). Можливий в рідкісних випадках і зсув ядер атомів кристалічної решітки (рис.9).
При енергії бета-частинок вище енергії зв'язку електрона c ядром (до ≈ 1 МеВ) основним механізмом втрат енергії є непружне розсіювання на пов'язаних електронах, що приводить до іонізації і збудження атомів (рис.10).
При великих енергіях електронів головним механізмом втрат енергії є радіаційне гальмування, при якому виникає гальмівне випромінювання.
Одним з варіантів непружного взаємодії є К-захват.
Таким чином, процеси взаємодії бета-частинок з середовищем характеризуються радіаційним гальмуванням і щодо великою втратою енергії або значною зміною напрямку їх руху в елементарному акті. Внаслідок цієї взаємодії інтенсивність пучка бета-частинок зменшується майже по експоненті з ростом товщини поглинаючого шару х, тобто для бета-частинок справедлива формула (3).
Шлях бета-частинок в речовині представляє ламану лінію, а пробіг бета-частинок однакових енергій має значний розкид. Це пов'язано з тим, що маса бета-частинок вкрай мала, тому ймовірність пружного розсіювання на ядрах більше, ніж у важких частинок. У таблиці 2 показана середня глибина пробігу бета-частинок в повітрі, біологічної тканини і для прикладу в алюмінії.
Отже, бета-частки не мають точної глибини проникнення, тому що мають безперервним енергетичним спектром. Для грубої оцінки глибини пробігу бета-частинок користуються наближеними формулами. Одна з них:
R СР / R пов = r пов / r ср (7)
де: R сер - довжина пробігу в середовищі; R возд - довжина пробігу в повітрі, R пов = 450 E b; r возд і r ср - щільність повітря і середовища відповідно; E b - енергія бета-частинок.
Альфа-випромінювання
Енергія альфа-часток знаходиться в межах 4-10 МеВ, швидкість приблизно 20000 км / с. Маючи велику масу і значну енергію, вони її витрачають в основному на непружне розсіювання на електронах атомів. Таким чином, альфа-частинки мають великий іонізуючої здатністю. У рідкісних випадках альфа-частинка може проникнути в ядро і викликати ядерну реакцію. Повна іонізація, створювана альфа-частинками на всьому шляху в середовищі, становить приблизно 120-150 тисяч пар іонів.
Таблиця 2 Пробіги бета-частинок
Максимальна енергія бета-частинок, Е, МеВ
Повітря, см
Біологічна тканина, мм | Алюміній, 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 |
Питома іонізація змінюється від 25 до 60 тисяч пар іонів на 1 см шляху в повітрі. Питома іонізація збільшується до кінця пробігу альфа-частинок. Це пов'язано з тим, що при проходженні через речовину енергія альфа-частинки, а значить, і її швидкість зменшується. В результаті збільшується ймовірність її взаємодії з електронами атома. Це призводить до збільшення іонізації речовини, досягаючи максимуму в кінці пробігу.
Альфа-частинки, маючи подвійний електричний заряд і велику масу буквально "продираються" через атоми речовини. Внаслідок сильних втрат енергії альфа-частинки проникають на незначну глибину.
На відміну від фотонів і бета-частинок довжина пробігу альфа-частинок експоненціальним законом не підпорядковується. Тому користуються емпіричним формулами. Так, наприклад, для повітря при 0 ° С і тиску 760 мм рт. ст. (0,1 Па), довжина пробігу альфа-частинок з енергією від 3 до 8 МеВ може бути розрахована за формулою Гейгера:
R a = (E a 2 / 3) / 3, (см) (8)
Довжина пробігу R α альфа-частинок в повітрі при температурі 15 ° С і тиску 0,1 Па визначається за формулами:
R a = 0,318 E a 2 / 3, (см) - якщо E a = (4-7) МеВ; (9)
R a = 0,56 E a 2 / 3, (см) - якщо E a <4 МеВ. (10)
де: E a - Енергія альфа-часток.
Пробіг альфа-частинок в речовині, відмінному від повітря визначають за формулою Брегга:
R a = 10 -4 (M E a 3) 1 / 2 / r, см (11)
де: М - атомна маса; r - Щільність речовини, г / см 3.
Розрахунок за наведеними формулами показує, що пробіг альфа-часток в повітрі не перевищує 10 см, а в біологічній тканині 120 мкм, тобто реальну небезпеку альфа частинки при попаданні їх в усередину організму.
У таблиці 3 показана довжина пробігу альфа-частинок в повітрі, біологічної тканини і алюмінії. Алюміній взято як приклад, так як саме метали найчастіше застосовуються для захисту людини і електронних схем від іонізуючих випромінювань.
Порівняльна характеристика здатності проникнення випромінювань через різні речовини з урахуванням товщини перепони пояснюється рис.11.
Таблиця 3 Пробіжи альфа-частинок у повітрі, біологічної тканини і алюмінії
Енергія альфа частинок Е α, МеВ
Повітря, см
Біологічна тканина, мкм
Алюміній, 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
Характеристики іонізуючих випромінювань. Одиниці виміру
Для встановлення закономірностей поширення і поглинання іонізуючих випромінювань в середовищі, в тому числі і в біологічній тканині, введені такі основні характеристики: енергія частинок і гамма-квантів, щільність потоку частинок (фотонів), Флюєнси-частинок (фотонів), поглинена доза, потужність поглиненої дози, керма, експозиційна доза фотонного випромінювання, потужність експозиційної дози, еквівалентна доза, потужність еквівалентної дози, ефективна доза, піввікова еквівалентна доза, колективна еквівалентна доза та ін
Розглянемо тільки деякі характеристики, які будуть використані на практичних заняттях.
Енергія частинок або гамма-квантів - Е виражається в Джоулях або е лектрон-вольтах (еВ). Величина Джоуль використовується в системі СІ, електрон вольт (еВ) - позасистемна одиниця.
1еВ = 1,6.10 -19 Дж (12)
де: 1еВ - це енергія, якої набуває електрон, прискорений різницею потенціалів у 1В.
Щільність потоку частинок (гамма-квантів) j - виражається числом частинок (гамма-квантів), що падають на одиницю поверхні в одиницю часу. Поверхня розташована нормально до напрямку руху частинок. Одиниця виміру - частка / м 2 с.
Флюєнси частинок (фотонів) характеризує повне число частинок, що пройшли через одиничну поверхню за весь час опромінення:
Ф = j t (13)
Одиниця виміру флюенсу - частка / м 2.
Історично вийшло так, що спочатку були відкриті гамма-промені. Було відмічено, що вони мають властивість іонізувати повітря. Тому для характеристики поля було введено поняття експозиційна доза.
Експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювання характеризує їх здатність створювати в речовині заряджені частинки. Виражається ставленням сумарного електричного заряду іонів одного знака Q, утвореного випромінюванням в деякому обсязі повітря до маси dm в цьому об'ємі:
Х = d Q / dm (14)
Одиниця виміру в системі СІ - Кулон / кг, позасистемна одиниця - Рентген.
1 Рентген - це доза фотонного випромінювання, при проходженні якого через 1см 3 сухого повітря при температурі 0 ° С, тиску 1013гПа (760 мм рт. Ст.), Утворюється 2.10 9 пар іонів, що несуть електричний заряд в одну електростатичну одиницю кількості електрики даного знака .
Доза в 1Р накопичується за 1 годину на відстані 1м від джерела радію масою в 1г, тобто активністю в 1Кі.
Між одиницями існує наступна залежність: 1Р = 2,58 · 10 -4 Кл / кг; 1Кл/кг = 3,876.10 3 Р.
Враховуючи, що експозиційна доза накопичується в часі, на практиці використовується і поняття потужність експозиційної дози або рівень радіації.
Потужність експозиційної дози - відношення приросту експозиційної дози dх за інтервал часу dt до цього інтервалу:
= D х / dt (15)
Одиниці виміру: у системі СІ - А / кг; позасистемна одиниця - Р / с, Р / год, мР / год, мкР / год і т.д.
Після того, як були відкриті бета-випромінювання і альфа-випромінювання, стало питання оцінки цих випромінювань при взаємодії з навколишнім середовищем. Експозиційна доза для оцінки виявилася непридатною. Тому була запропонована, здавалося б, універсальна характеристика - поглинена доза.
Поглинена доза - кількість енергії Е, передане речовині випромінюванням будь-якого виду перерахунку на одиницю маси m будь-якої речовини:
D = dE / dm, (Дж / кг). (16)
1 Дж / кг = 1 Грей. Позасистемна одиниця - рад (радіаційна адсорбційна доза). 1Грей = 100 рад. Можна використовувати і дробові значення одиниць, наприклад: мГр, мкГр, мрад, мкрад та ін
Доза в органі чи біологічної тканини (D T) - середня поглинена доза в певному органі чи тканині людського тіла:
D T = W Т / m T (17)
де W Т - Повна енергія, передана іонізуючим випромінюванням тканини чи органу; m T - маса органа чи тканини; D T - середня поглинена доза в масі тканини dm.
Шкідливий вплив іонізуючого випромінювання на людину залежить не тільки від отриманої дози, але і від часу, за який вона отримана, тому введено поняття потужність поглиненої дози.
Потужність поглиненої дози - відношення приросту поглиненої дози d D за час dt:
= Р = d D / dt (18)
Одиниці виміру потужності дози: рад / с, Гр / с, рад / год, Гр / год і т.д.
Потужність поглиненої дози в ряді випадків можна розглядати як величину постійну або змінюється по експоненті, тобто:
Р = соnst або Р = Р про е - 0,693 t / T (19)
Помічено, що при опроміненні однієї й тією же енергією біологічної тканини людини, (тобто при отриманні однієї і тієї ж дози), але різними видами променів наслідки для здоров'я будуть різними. Наприклад, якщо при опроміненні альфа частками ймовірність захворіти на рак дуже висока, то при опроміненні бета-частинками значно менше, а при опроміненні гамма-променями ще менше. Тому для біологічної тканини була введена характеристика - еквівалентна доза.
Еквівалентна доза (Н Т. R) - Поглинена доза в органі чи тканині, помножена на відповідний коефіцієнт якості випромінювання До даного виду випромінювання R. Введена для оцінки наслідків опромінення біологічної тканини малими дозами (дозами, не перевищують 5 гранично-допустимих доз при опроміненні всього тіла людини), тобто 250 мЗв / рік. Її не можна використовувати для оцінки наслідків опромінення великими дозами. Доза еквівалентна дорівнює:
Н T. R = D T. R • W R, (20)
де: D T. R - поглинена доза біологічною тканиною випромінюванням R; W R - коефіцієнт якості для окремих видів випромінювань R (альфа-часток, бета-частинок, гамма-квантів та ін), що враховує відносну ефективність різних видів випромінювання в індукування біологічних ефектів (табл.4). Формула (20) справедлива для оцінки як зовнішнього, так і внутрішнього опромінення тільки окремих органів і тканин або рівномірного опромінення всього тіла людини. При впливі різних видів випромінювань одночасно з різними ваговими коефіцієнтами еквівалентна доза визначається як сума еквівалентних доз для всіх цих видів випромінювання R:
Н Т = Σ Н Т. R (21)
Встановлено, що при одній і тій же поглиненої дози біологічний ефект залежить від виду іонізуючих випромінювань і щільності по струму випромінювання.
Одиниця виміру еквівалентної дози в системі СІ: Зіверт (Зв).
Зіверт - одиниця еквівалентної дози випромінювання будь-якої природи в біологічній тканині, яка створює такий же біологічний ефект, як і поглинена доза в 1 Гр зразкового рентгенівського і гамма-випромінювання.
Існує і позасистемна одиниця - бер (біологічний еквівалент рада), яка поступово вилучається з користування. 1 Зв = 100 бер.
Таблиця 4 Коефіцієнти якості випромінювання
Вид випромінювання і діапазон енергії
Коефіцієнти якості W R
Фотони всіх енергій
1
Електрони всіх енергій
1
Альфа-частинки
20
Нейтрони з енергією:
<10 кеВ
5
від 10 кеВ до 100 кеВ
10
> 100 кеВ до 2 МеВ
20
> 2 МеВ до 20 МеВ
10
> 20 МеВ
5
Протони з енергією більше 2МеВ, крім протонів віддачі
5
Альфа-частинки, осколки ділення, важкі ядра
20
Примітка. Всі значення відносяться до випромінювання, що падає на тіло, а в разі внутрішнього опромінення - випускається при ядерному перетворенні.
Потужність еквівалентної дози - відношення приросту еквівалентної дози d H за час dt:
= D H / dt (22)
Одиниці виміру потужності еквівалентної дози м Зв / с, мкЗв / с, бер / с, мбер / с і т.д.
У випадку нерівномірного опромінення тіла людини формула (20) не може бути використана, так як біологічний ефект може виявитися іншим. Тому введена "ефективна доза".
Ефективна доза (Е) - це така доза при нерівномірному опроміненні тіла людини, яка дорівнює еквівалентній дозі при рівномірному опроміненні всього організму, при якій ризик несприятливих наслідків буде таким же, як і при нерівномірному опроміненні тіла людини.
Облік нерівномірного опромінення проводиться за допомогою коефіцієнта радіаційного ризику (ваговий коефіцієнт), який враховує радіо чутливість різних органів людини:
Е = S H i W Ti, (23)
де Н i - Еквівалентна доза в даному i-тому органі, біологічної тканини; W Ti - ваговий коефіцієнт для тканин і органів, що враховує чутливість різних органів і тканин при виникненні стохастичних ефектів радіації в i-му органі; сума розглядається по всіх тканинах т.
Ваговий коефіцієнт характеризує ставлення стохастичного ризику ураження будь-якого органу або тканини до ризику поразки всього організму при рівномірному опроміненні всього тіла. Ризик поразки всього організму приймають рівним 1, тобто сума i-х коефіцієнтів ризику дорівнює 1. Рекомендовані МКРЗ значення W Ti наведені в таблиці 5. Одиниці виміру ті ж, що й еквівалентної дози.
Таблиця 5 Зважувальні коефіцієнти W T *
Тканина або орган
Коефіцієнт W TI
Статеві залози
0,20
Червоний кістковий мозок
0,12
Товстий кишечник
0,12
Легкі
0,12
Шлунок
0,12
Сечовий міхур
0,05
Молочні залози
0,05
Печінка
0,05
Стравохід
0,05
Щитовидна залоза
0,05
Шкіра, клітини кісткових поверхонь
0,01
Інші органи
0,05
Підкреслимо, що і еквівалентна та ефективна доза є величинами, які призначені для застосування в радіаційної безпеки для оцінки ймовірності стохастичних ефектів.
Відзначимо, що 1Р відповідає 0,873 рада в повітрі і 1Р відповідає 0,95 рада в біологічній тканині.
Піввікова еквівалентна доза. Поглинена доза при зовнішньому опроміненні формується в той самий час, коли тканина або орган перебувають у полі випромінювання. Однак при внутрішньому опроміненні формування сумарної поглиненої дози розтягується в часі, і вона накопичується поступово в міру радіоактивного розпаду радіонукліда і його виведення з організму. Розподіл у часі поглиненої дози залежить від типу радіонукліду, його фізико-хімічної форми, характеру надходження і тканини, в якій він відкладається. Для обліку цього розподілу і введено поняття піввікова еквівалентна доза. Вона являє собою тимчасової інтеграл потужності еквівалентної дози в певної тканини (органі). В якості межі інтегрування МКРЗ встановила 50 років для дорослих і 70 років для дітей (рис.12).
Піввікова ефективна доза може бути отримана, якщо помножити піввікові еквівалентні дози в окремих органах на відповідні вагові множники W T і потім їх підсумувати.
Колективна еквівалентна доза (S т) у тканині Т застосовується для вираження загального опромінення конкретної тканини у групи осіб на основі таблиці 5.
Колективна ефективна доза (S) відноситься, в цілому, до опроміненої популяції. Вона дорівнює добутку середньої ефективної дози на кількість осіб, у опроміненої групі. У визначенні колективної еквівалентної та колективної ефективної доз не вказано час, за який вона отримана. Тому зазвичай вказується і час, за який отримана доза для групи осіб. Одиниці колективних доз - чол * Зв і чол * бер.
Основні способи виявлення і вимірювання іонізуючих випромінювань
Для вирішення завдань радіаційної безпеки необхідно знати основні характеристики іонізуючих випромінювань. Відомо, що всі іонізуючі випромінювання взаємодіють з середовищем і викликають зміни її фізичних і хімічних властивостей. Це і використовується для виявлення і вимірювання характеристик іонізуючих випромінювань.
Найбільш поширені способи реєстрації: фотографічний, хімічний, напівпровідниковий, сцинтиляційний, біологічний, іонізаційний.
Фотографічний - заснований на потемнінні фотоемульсії під впливом іонізуючих випромінювань (різновид хімічного).
Хімічний - заснований на вимірюванні концентрації іонів води, які з'явилися в результаті її опромінювання іонізуючими випромінюваннями. Можна використовувати властивість деяких речовин змінювати свій колір під впливом випромінювань.
Напівпровідниковий - заснований на тому, що деякі напівпровідники змінюють свій опір під впливом іонізуючих випромінювань.
Сцинтиляційний - заснований на тому, що деякі речовини під впливом іонізуючих випромінювань випускають фотони видимого світла.
Біологічний - заснований на дослідженні складу крові і структури зубів.
Іонізаційний - заснований на іонізації газів.