Дозиметрические единицы

Методическая разработка

для студентов лечебного, педиатрического и стоматологического факультетов

к лабораторной работе

«Дозиметрия »

1. Научно-методическое обоснование темы:

Под ионизирующим излучением понимают потоки элементарных частиц, космические лучи, жесткое рентгеновское и γ-из­лучение.

Дозиметрия ионизирующего излучения дает возможность проводить количественную оценку действия ионизирующего излучения на различные вещества живой и неживой природы.

Как раздел ядерной физики дозиметрия изучает методы и приборы для измерения величин, характеризующих действие ионизирующего излучения на вещество.

Для медиков особый интерес представляет изучение воздействия ионизирующего излучения на биологические ткани, человеческий организм в целом.

2. Краткая теория:

Дозиметрические единицы

Дозиметрия – раздел прикладной ядерной физики, в котором рассматриваются физические величины, характеризующие распределение ионизирующего излучения и его взаимодействие с веществом. Упомянутые физические величины называются дозиметрическими.

Поглощеннойдозой излучения (дозой излучения) Д_п называется энергия ионизирующего излучения, поглощенная единицей массы облучаемой среды.

Поглощенная доза измеряется в системе СИ в Греях (Гр). 1 Грравен энергии в 1 Дж, поглощенной массой в 1 кг. На практике распространенной единицей Д_пдля излучений любых видов (α-, β-, γ- и т.д.) является рад:

1 рад = 0,01 Дж/кг = 100 эрг/г.

Величина поглощенной дозы зависит от вида излучения, свойств и геометрии источника излучения, времени облучения, а также от вида облучаемого материала.

Образцы разных веществ, облученные в одном и том же пучке за одно и то же время, получают дозы в разное количество радов.

В общем случае поглощенная доза распределяется в веществе неравномерно. Поглощенную энергию ΔЕ в некотором объеме, содержащем вещество массой m,можно представить в виде:

ΔЕ = Е_вх – Е _вых + Е_о, (1)

где Е_вх – энергия всех частиц, входящих в данный объем, Е_вых – энергия всех частиц, выходящих из него, Е_о – энергия всех частиц, испускаемых источником, находящимся внутри данного объема (например, радионуклидами).

Формирование дозы определяется физическими процессами, которые связаны с взаимодействием излучения с веществом.

Для электромагнитного излучения (фотонного)Д_пзависит от атомного номера Z элементов вещества: чем выше Z, тем больше Д_п. Вследствие этого, при одинаковых условиях облучения Д_п в тяжелых веществах больше, чем в легких. Это обусловлено взаимодействием фотонов с электронной оболочкой атома. Чем выше Z, тем больше электронов в единице массы вещества, и больше возникает актов передачи и поглощения энергии.

Для нейтроновД_попределяется ядерным составом вещества, поскольку они взаимодействуют с ядрами атомов. Характер этого взаимодействия зависит от энергии нейтронов.

Для живой ткани поглощенная доза формируется, в основном, в результате взаимодействия нейтронов с ядрами С, Н, N, О.

Для тепловых нейтронов (~ 0,01 Эв) при формировании тканевой дозы наиболее существенны реакции

Н + n → Н + γ

и

N + n → С + р

Для быстрых нейтронов (0,5-10 Мэв), основным процессом, определяющим поглощенную дозу в живой ткани, является упругое рассеяние. При этом на долю протонов отдачи приходится 70-80 % всей поглощенной энергии.

Непосредственное измерение поглощенной дозы излучения в веществе и особенно в живых тканях затруднительно. Для количественной характеристики действующего на объект рентгеновского и γ-излучения вводят величину экспозиционной дозыД_э.

Экспозиционная доза рентгеновского и γ-излучения Д_э представляет собой энергетическую характеристику излучения, оцениваемую по эффекту ионизации сухого атмосферного воздуха. Д_э измеряется непосредственно над облучаемым объектом. Единица экспозиционной дозы – кулон на килограмм (Кл/кг). Д_э=1 Кл/кг соответствует тому, что электроны и позитроны, освобожденные в 1 кг атмосферного воздуха в первичных актах поглощения и рассеяния фотонов, образуют при полном торможении в воздухе ионы с суммарным зарядом 1Кл.

Распространенной внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген:

1Р = 2,58 ∙10^-4 Кл/кг.

Мощность экспозиционной дозы рентгеновского и γ-излу­чений:

, (2)

измеряется в амперах на килограмм (А/кг).

Зная атомный состав вещества, среднюю энергию ионизации и энергетический спектр излучения, по величине экспозиционной дозы можно рассчитать поглощенную дозу рентгеновского и γ-излучений:

Д_п = f Д_э, (3)

Здесь Д_п измеряется в радах, а Д_э в рентгенах.

Коэффициент f зависит от энергии γ-квантов и от состава облучаемого вещества. Для воды и мягких тканей тела человека f = 1, для костной ткани f уменьшается с ростом энергии фотонов и изменяется в пределах от 4,5 до 1.

Поглощение энергии излучения является первопричиной процессов, которые приводят к физико-химическим изменениям вещества. При облучении живых организмов могут иметь место биологически неблагоприятные последствия, определяющие так называемый уровень радиационной опасности.

Биологическое действие ядерных излучений зависит не только от дозы облучения, но и от их вида. При одной и той же поглощенной дозе в тканях живого организма биологический эффект оказывается различным для разных видов излучения. Например, некоторые виды биологических реакций для быстрых нейтронов проявляются в 10 раз сильнее, чем для рентгеновского излучения.

Биологические эффекты, индуцируемые любым видом ионизирующего излучения, принято сравнивать с биологическими эффектами, возникающими в поле рентгеновского или γ-излу­чения с граничной энергией фотонов Е = 250 кэв, принимаемого за образцовое. Это сравнение определяет понятие относительной биологическойэффективности

ОБЭ= ,(4)

где Д_х – доза данного вида излучения, Д₀–доза рентгеновского или γ-излучения, при котором наблюдается такой же биологический эффект.

Для оценки степени радиационной опасности при хроническом облучении вместо ОБЭ используют коэффициент качества излученияК. Он показывает, во сколько раз радиационная опасность при хроническом облучении человека для данного вида излучения выше, чем в случае рентгеновского и γ-излучения при одинаковой поглощенной дозе. Коэффициент качества устанавливается на основании медико-биологических данных. Для электромагнитного излучения К=1, для тепловых нейтронов К=3, для нейтронов с энергией 0,5 мэВ К=10, для α-излучения К=20.

Мерой ожидаемой радиационной опасности при облучении живых организмов служит эквивалентная (биологическая) доза

Н = К Д_п, (5)

Единицей эквивалентной дозы в СИ является Зиверт (Зв):

1 Зв = 1 Дж/ кг .

На практике применяется внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рентгена):

1 бэр = 10^-2 Зв.

Естественный фон ионизирующих излучений (космические лучи, радиоактивность почвы, воды, воздуха и т.д.) создает в среднем мощность эквивалентной дозы 125 мбэр в год.

Эквивалентная доза Н > 4 Зв, полученная за короткое время при тотальном облучении тела, может привести к смерти. Но такая же доза, полученная человеком равномерно в течение всей его жизни, не приводит к заметным изменениям в состоянии здоровья. Мощность эквивалентной дозы 5 бэр в год считается допустимой при профессиональном облучении в течении 50 лет без опасности как для здоровья самого человека, так и для последующих поколений.

Эквивалентная доза, сформировавшаяся в конкретном органе или живой ткани за 50 лет с момента однократного поступления внутрь организма радиоактивного вещества, называется профессиональной дозой (50 лет соответствует средней продолжительности трудовой деятельности).

Поиск по сайту: