Доза ионизирующего излучения

Доза ионизирующего излучения — мера излучения, получаемого облучаемым объектом, — поглощенная доза ионизирующего излучения; количественная характеристика поля излучения — экспозиционная доза и корма. Поглощенная доза — средняя энергия ионизирующего излучения, выделенная в единице массы вещества облученного объема. Она зависит от вида интенсивности излучения (см. Ионизирующие излучения), энергетического и качественного его состава, времени облучения, а также от состава вещества. Д. и. и. тем больше, чем длительнее время излучения. Приращение дозы в единицу времени называется мощностью дозы, которая характеризует скорость накопления дозы ионизирующего излучения. Зависимость, поглощенной дозы от энергии излучения, его интенсивности и состава облучаемого вещества проявляется по-разному для различных видов ионизирующего излучения. Доза фотонного излучения (рентгеновского и гамма-излучения) зависит от атомного номера элементов, входящих в состав вещества. При одинаковых условиях облучения в тяжелых веществах она, как правило, выше, чем в легких. Например, в одном и том же поле рентгеновского излучения поглощенная доза в костях больше, чем в мягких тканях.

В поле нейтронного излучения определяющим в формировании поглощенной дозы является ядерный состав вещества, а атомный номер элементов, входящих в состав биологической ткани, не имеет значения. Для мягких тканей живого организма поглощенная доза нейтронов определяется их взаимодействием главным образом с ядрами углерода, водорода, кислорода и азота. Поглощенная доза в живой ткани в поле нейтронного потока зависит от энергии нейтронов. Это связано с тем, что нейтроны различной энергии избирательно взаимодействуют с ядрами вещества. При этом могут возникать заряженные частицы, гамма-излучение, а также образовываться радиоактивные ядра, которые сами становятся источниками ионизирующего излучения. Т.о., поглощенная доза при облучении нейтронами формируется за счет энергии вторичных ионизирующих частиц различной природы, возникающих в результате взаимодействия нейтронов с веществом.

У других видов ионизирующего излучения (потоков электронов, тяжелых ионов, высокоэнергетического тормозного излучения ускорителей и т.п.) — свои особенности взаимодействия с веществом, которые и определяют зависимость дозы от энергии излучения и состава вещества. Независимо от вида первичного излучения поглощенная доза ионизирующего излучения в конечном итоге сформируется за счет энергии заряженных частиц, возникающих в результате преобразования энергии первичного излучения в облучаемом объекте. В качестве единицы поглощенной дозы излучения в СИ принят грей (Гр) в честь английского ученого Грея (L.Н. Gray), известного своими трудами в области радиационной дозиметрии. 1 Гр равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой в 1 кг передается энергия ионизирующего излучения, равная 1 Дж. В практике распространена также внесистемная единица поглощенной дозы — рад (от англ. radiation absorbed dose).

1 рад = 10-2 Дж/кг = 100 эрг/г = 10-2 Гр или 1 Гр = 100 рад

Мощность дозы излучения соответственно выражается в Гр/с, Гр/ч, рад/с и т.п. Поглощение энергии излучения является первопричиной всех последующих процессов, которые при облучении живого объекта в конечном итоге приводят к тому или иному радиобиологическому эффекту. При данном виде излучения выход радиационно индуцированных эффектов определенным образом связан с поглощенной энергией излучения, которая в ряде случаев выражается простой пропорциональной зависимостью. Это позволяет дозу излучения принимать в качестве количественной меры последствий облучения, в частности живого организма. Разные виды ионизирующего излучения при одной и той же поглощенной дозе оказывают на ткани живого организма различный биологический эффект, что определяется их относительной биологической эффективностью — ОБЭ (см. Ионизирующие излучения).

Биологические эффекты, индуцируемые любым видом ионизирующего излучения, принято сравнивать с аналогичными эффектами, возникающими в поле рентгеновского излучения, которое принимают за образцовое: ОБЭ = Do/Dx где Dx — доза данного вида излучения, для которого определяется ОБЭ; Do — доза образцового излучения. На основе данных об ОБЭ разные виды ионизирующего излучения характеризуются своим коэффициентом качества. Коэффициент качества излучения является регламентированной величиной ОБЭ, устанавливаемой специальными нормативными органами. Например, нормами радиационной безопасности коэффициент качества рентгеновского и гамма-излучения при хроническом облучении принят за 1, для нейтронов с энергией 0,1—10 МэВ — 10, а для альфа-излучения и тяжелых ядер — 20. Произведение коэффициента качества (К) и поглощенной дозы (D) называется эквивалентной поглощенной дозой (Н): H = KD. Эквивалентная доза используется для оценки радиационной опасности при хроническом облучении в малых дозах. Предполагается, что в полях излучения различного качества одно и то же значение эквивалентной дозы характеризует равную степень радиационной опасности. Это справедливо в пределах точности значений коэффициента качества.

По мере накопления и уточнения данных по биологическому действию ионизирующего излучения различной природы значения коэффициента качества время от времени пересматривают. Единицей эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв) — по имени шведского ученого Зиверта (R.М. Sievert) — первого председателя Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ). Если в последней формуле поглощенную дозу излучения (D) выразить в греях, то эквивалентная доза будет выражена в зивертах. 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы (D) в живой ткани стандартного состава и среднего коэффициента качества (К) равно 1 Дж/кг. В практике распространена также внесистемная единица эквивалентной дозы — бэр (13 в = 100 бэр). Если в той же формуле поглощенную дозу излучения выразить в радах, то эквивалентная доза будет выражена в бэрах. В качестве мер риска отдаленных стохастических эффектов облучения человека (см. Радиационная безопасность) используют эффективную эквивалентную дозу. Она равна сумме средних значений эквивалентной дозы НТ, в различных органах и тканях человека, умноженных на взвешивающие коэффициенты для этих органов и тканей, учитывающих их радиочувствительность WT: >>>>>>>>>>>>>> , значения взвешивающих коэффициентов колеблются от 0,03 для щитовидной железы до 0,25 для гонад.

Эффективная эквивалентная доза учитывает вклад отдельных органов и тканей организма и отдаленные стохастические эффекты при неравномерном облучении. Под неравномерным облучением здесь понимаются условия, при которых значения эквивалентной дозы оказываются различными для разных органов и тканей. При равномерном облучении НТ одинакова для любой точки тела, и НЕ = НТ. Эффективная эквивалентная доза измеряется в тех же единицах, что и эквивалентная доза. Для дозиметрической характеристики поля фотонного ионизирующего излучения служит экспозиционная доза. Она является мерой ионизирующей способности фотонного излучения в воздухе. Единица экспозиционной дозы в СИ — кулон на килограмм (Кл/кг). Экспозиционная доза, равная 1 Кл/кг, означает, что заряженные частицы (электроны и позитроны), освобожденные в 1 кг атмосферного воздуха при первичных актах поглощения и рассеяния фотонов, образуют при полном использовании своего пробега в воздухе ионы с суммарным зарядом одного знака, равным 1 кулону. В практике часто применяют внесистемную единицу экспозиционной дозы рентген (Р) — по имени немецкого физика Рентгена (W.К. Rontgen): 1 Р = 2,58*10-4 Кл/кг.

Экспозиционную дозу используют для характеристики поля только фотонного ионизирующего излучения в воздухе. Она дает представление о потенциальном уровне воздействия ионизирующего излучения на человека. При экспозиционной дозе в 1 Р поглощенная доза в мягкой ткани в этом же радиационном поле равна приблизительно 1 рад. Зная экспозиционную дозу, можно рассчитать поглощенную дозу и ее распределение в любом сложном объекте, помещенном в данное радиационное поле, в частности в теле человека. Это позволяет планировать и контролировать заданный режим облучения. Специфической дозиметрической величиной, характеризующей поле излучения, является керма (от англ. KERMA — аббревиатура выражения Kinetic Energy Reteased in Material). Керма — кинетическая энергия заряженных частиц, освобожденных ионизирующим излучением любого вида, в единице массы облучаемого вещества при первичных актах взаимодействия излучения с этим веществом. При определенных условиях керма равна поглощенной дозе излучения. Для фотонного излучения в воздухе она является энергетическим эквивалентом экспозиционной дозы. Равномерность кермы такая же, как и поглощенной дозы; выражается в Дж/кг. Рассмотренные разновидности Д. и. и. применяют в медицинской радиологии (см. Радиология медицинская) для оценки ожидаемого терапевтического эффекта и составления плана облучения (поглощенная доза), для задания и контроля режима облучения (экспозиционная доза), для контроля радиационной обстановки в целях безопасности персонала (эквивалентная доза), для прогнозирования отдаленных последствий облучения (эффективная эквивалентная доза).

Библиогр.: Иванов В.И. Курс дозиметрии, М., 1988; Иванов В.И., Машкович В.П. и Центер Э.М. Международная система единиц СИ в атомной науке и технике, М., 1981; Маргулис У.Я. Атомная энергия и радиационная безопасность, М., 1988.