Дозиметрические величины и единицы их измерения

Изменения, возникающие в объектах под действием ионизирующего излучения, называют радиационными эффектами. Количество радионуклида можно измерять в единицах массы (килограмм, грамм, миллиграмм, микрограмм т. д.). Однако это неудобно, поскольку обычно приходится иметь дело с ничтожно малыми весовыми количествами радионуклидов (миллионными, миллиардными и меньше долями грамма). На практике о количестве радионуклида судят по величине активности.

Активность — это число распадов радионуклида в единицу времени.

Фактически, активность характеризует скорость распада радионуклида. соотвествии с законом радиоактивного распада, скорость распада радионуклида пропорциональная числу радиоактивных ядер, не распались. Поэтому активность можно использовать в качестве количественной меры содержания радионуклида в веществе. Чем выше активность, тем больше ядерных превращений происходит в веществе в единицу времени и тем больше количество радионуклида в нем.

В системе СИ единицей измерения активности является Беккерель (Бк). Свое название она получила в честь А. Беккереля. В радиоактивном веществе активностью 1 Бк в среднем происходит одно спонтанное ядерное превращение в секунду. Существуют и внесистемные единицы измерения активности, среди которых наиболее часто используется Кюри (Ки). Эта единица названа в честь Марии и Пьера Кюри. 1 Кюри соответствует активности 1 г радия. 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк. Концентрацию радионуклида в веществе можно оценивать по удельной или объемной активности.

Удельная активность — это активность вещества в расчете на единицу его массы (Бк/кг), а объемная активность — на единицу объема вещества (Бк/м³).

Удельную активность обычно применяют при оценке содержания радионуклидов в твердых веществах, а объемную — при оценке содержания радионуклидов в жидких и газопоподобных веществах (вода, воздух и т.п.). Распределение радионуклида по поверхности объекта характеризуют по активности радионуклида на единицу площади поверхности (Бк/м²). Эта величина обычно применяется для характеристики уровня загрязнения територии радионуклидами, часто ее называют плотностью загрязнения.

В дозиметрии используют следующие основные дозовые величины и единицы их измерения.

Экспозиционная доза (D_x) — доза, которую образует источник ионизирующего излучения в воздухе. В системе СИ за единицу экспозиционной дозы принято кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей экспозиционной дозы является Рентген (Р).

Рентген — это такое количество ионизирующих излучений, которая образует в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях около 2 млрд. пар ионов. 1 Р = 2,08·10⁹ пар ионов на 1 см³ воздуха. Производными от Р являются: 1 мР = 1·10^-3 Р; 1 мкР = 1·10^-6 Р. 1 Кл/кг = 3876 Р = 3,88·10^-3 Р.

Мощность экспозиционной дозы представляет собой экспозиционную дозу D_x отнесенных к единице времени, в качестве единицы измерения чаще всего используют мР/ч или мкР/час.

Поглощенная доза излучения — количество энергии ионизирующего излучения, поглощенного единицей массы облученного объекта.

В системе СИ поглощенная доза измеряется в джоулях на килограмм, (Дж/кг). Эта единица получила название Грей (Гр) в честь английского ученого Гарольда Грэя. 1 Грей — это поглощенная доза любого ионизирующего излучения, соответствует поглощению 1 Дж энергии излучения в расчете на 1 кг облучаемого вещества.

Обычно приходится иметь дело с гораздо меньшими дозами, которые выражают в тысячных или миллионных долях Грея — миллигреях (мГр) или микрогреях (мкГр).

Устаревшей внесистемной единицей измерения поглощенной дозы является Рад. 1 Грей соответствует 100 Рад. Скорость накопления поглощенной дозы характеризует величиной мощности поглощенной дозы (PD).

Мощность поглощенной дозы — это изменение поглощенной дозы в единицу времени.

Обычно мощность поглощенной дозы измеряют в миллигреях в час (мГр/ч) или микрогреях в час (мкГр/ч).

Эквивалентная доза — это доза облучения, которая учитывает особенности действия любого какого вида ионизирующего излучения на биологическую ткань (или орган) человека с помощью весовых коэффициентов излучения.

Благодаря более высокому значению весового коэффициента альфа-излучения по сравнению со значениями весовых коэффициентов гамма и бета-излучений, при одинаковой поглощенной дозы в биологической ткани (или органе) человека эквивалентная доза от альфа-излучения в 20 раз превышает эквивалентную дозу как от гамма, так и от бета-излучения.

При одинаковой поглощенной дозе гамма-кванты вызывают примерно такие же радиационные эффекты, как и бета-частицы. Альфа-частицы при этом вызывают более серьезные нарушения в биологической ткани (или органе), которые есть в 20 раз опаснейшими для организма по сравнению с нарушениями, вызванными гамма-квантами или бета-частицами.

Если орган или ткань одновременно действует излучения различных видов, при определении эквивалентной дозы излучения оценивают эквивалентные дозы от каждого вида излучения и полученные дозы суммируются.

Чтобы различать эквивалентную и поглощенную дозы, для их измерения используются различными единицами. В системе СИ единицей измерения поглощенной дозы является Грей, а единицей измерения эквивалентной дозы — Зиверт (Зв), по имени шведского ученого Рольфа Зиверт. 1 Зиверт соответствует поглощенной дозы величиной в 1 Грей для ионизирующего излучения, весовой коэффициент которого равен единице. 1 Зиверт, как и 1 Грей, относится к большим дозам. Поэтому на практике для определения измерением эквивалентных доз облучения органов или биологических тканей людей обычно используют производные Зиверт: миллизивертов (мЗв) и микрозиверт (мкЗв). Несистемная единица измерения эквивалентной дозы 1 Бер, 1 Зиверт = 100 Бер.

Мощность эквивалентной дозы — изменение эквивалентной дозы по промежутку времени. Мощность эквивалентной дозы измеряют в Зв/с (мкЗв/ч).

Эффективная доза облучения — это сумма произведения эквивалентных доз излучения отдельных биологических тканей (или органов) на соответствующие коэффициенты, характеризующие влияние излучения на отдельные ткани и органы.

Различные органы и ткани человека имеют неодинаковую радиационной чувствительностью. Поэтому последствия облучения зависят не только от величины эквивалентной дозы для отдельной биологической ткани или органа, но и от типа ткани и органа, поддаются воздействия излучения. Каждый вид биологической ткани и каждый орган характеризуется определенной величиной весового коэффициента. Величины коэффициентов для тканей и органов установлены по результатам многолетних исследований заболеваемости в группах облученных людей. Каждый из этих коэффициентов меньше 1, поскольку облучения одного органа или ткани менее опасно, чем всего тела.

Весовые коэффициенты для тканей и органов характеризует относительный вклад отдельных биологических тканей и органов в возникновении стохастических радиационных эффектов при равномерном облучении всего тела человека. Поскольку весовые коэффициенты для тканей и органов являются безразмерными величинами, эффективная доза и эквивалентная, измеряется в Зиверт (Зв). Эффективная доза наиболее полно характеризует последствия облучения. Она позволяет оценивать суммарный биологический эффект от действия ионизирующего излучения для организма человека в целом.

Мощность эффективной дозы — изменение эффективной дозы за промежуток времени. Мощность эффективной дозы измеряют в Зв/с (мкЗв/ч).