Дозиметрия

Биофизические основы действия ионизирующего излучения

Основные виды радиоактивного излучения

Первоначально при изучении явления радиоактивности были обнаружены 3 вида лучей, испускаемых радиоактивными ядрами, которые получили названия α-, β- и γ-лучей. Позже было установлено, что α-лучи — это поток ядер гелия, β-лучи — поток электронов, а γ-лучи — поток квантов электромагнитного излучения с длиной волны λ ≤10^-10 м. Кроме перечисленных видов излучения при радиоактивном распаде возникают и потоки быстрых нейтронов, но собственного названия нейтронное излучение не получило.

Под воздействием ионизирующего излучения в тканях организма возникают следующие процессы:

• при воздействии излучения на молекулы воды, содержащейся в тканях, происходят различные реакции, названые радиолизом воды;

• воздействие излучения на молекулы органических соединений приводит к образованию возбужденных молекул, ионов, радикалов, перекисей. Эти высокоактивные в химическом отношении соединения будут взаимодействовать с остальными молекулами биологической системы, что, в свою очередь, приведет к нарушениям мембран, клеток, а следовательно, и функций всего организма.

Отметим общие закономерности биологического действия ионизирующего излучения:

• большие нарушения при малой поглощенной энергии;

• действие на последующие поколения через наследственный аппарат клетки;

• характерен скрытый, латентный период;

• разные части клеток по-разному чувствительны к излучению;

• прежде всего, поражаются делящиеся клетки, что особенно опасно для детского организма;

• губительное действие на ткани взрослого организма, в которых есть деление.

Дозиметрия — раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.

Количественно действие ионизирующего излучения (независимо от его природы) оценивается по энергии, переданной веществу. Для этого вводится величина — доза излучения (доза — порция).

а) Поглощенная доза

Поглощенная доза (D) — величина, равная отношению энергии А.Е, переданной элементу облучаемого вещества, к массе т этого элемента:

В СИ единицей поглощенной дозы является грей [Гр].

1 Гр соответствует дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж.

Иногда пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы — рад.

1рад=10^-2Гр.

Практическое определение поглощенной дозы затруднено из-за неоднородности тела, рассеивания энергия излучения по различным направлениям и т. п. Для электромагнитного излучения поглощенную телом дозу можно оценить по ионизирующему действию излучения в воздухе, окружающем объект.

б) Экспозиционная доза

Экспозиционная доза оценивает действие рентгеновского и g-излучения по ионизации, вызываемой ими в воздухе, окружающем облучаемое тело.

Экспозиционной дозой (X) называется отношение суммарного заряда всех ионов одного знака, созданных излучением в некотором объеме воздуха, к массе воздуха в этом объеме.

В СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм.

1 Кл/кг соответствует экспозиционной дозе фотонного излучения, при которой в результате ионизации в 1 кг сухого воздуха (при нормальных условиях) образуются ионы, несущие заряд, равный 1 Кл каждого знака.

На практике пользуются единицей, которая называется рентген [Р].

1Р = 2,58·10^-4Кл/кг.

При экспозиционной дозе 1 Р в результате ионизации в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях образуется 2 • 10⁹ пар ионов. Связь между поглощенной и экспозиционной дозами:

D = f·X, (12.29)

где ƒ — некоторый коэффициент, зависящий от облучаемого вещества и энергии фотонов.

Для костной ткани ƒ = 1 — 4,5. Для воды и мягких тканей ƒ 1. Следовательно, поглощенная доза излучения в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах ( 1 рад = 1 Р). Это определяет удобство использования внесистемных единиц рад и Р.

в) Эквивалентная доза

При облучении живых организмов возникают биологические эффекты, величина которых при одной и той же поглощенной дозе различна для разных видов излучений. По этой причине принято сравнивать биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, с эффектами от рентгеновского и γ-излучений. Коэффициент, показывающий во сколько раз радиационная опасность данного вида излучения выше, чем радиационная опасность рентгеновского излучения (при одинаковой поглощенной дозе), называется коэффициентом качества излучения (K) Для рентгеновского и γ-излучений К = 1, а для всех других видов ионизирующего излучения К устанавливается на основании радиобиологических данных.

Эквивалентной дозой (Н) называется произведение коэффициента качества излучения на поглощенную дозу:

H = K·D. (12.30)

Единица измерения эквивалентной дозы имеет такую же размерность, что и единица поглощенной дозы, но название у нее другое. В СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт [Зв]:

1 Зв = 1 Дж/кг.

Внесистемная единица эквивалентной дозы — бэр:

1 бэр = 10^-2 Зв.

Коэффициент качества устанавливается на основании опытных данных. Он зависит не только от вида частицы, но и от ее энергии. В табл. 12.5 представлены приближенные значения К для некоторых излучений.

Таблица 12.5

Дата добавления: 2015-05-09