Радиоактивные элементы

Учет неравномерного облучения  производится с помощью коэффициента радиационного риска (взвешивающий коэффициент), который учитывает  радио чувствительность различных  органов человека:

Е = SSH_iW_Ti,   

где Н_i - эквивалентная доза в данном i-том органе, биологической ткани; W_Ti - взвешивающий коэффициент для тканей и органов, учитывающий чувствительность разных органов и тканей при возникновении стохастических эффектов радиации в i-м органе; сумма рассматривается по всем тканям т.

Взвешивающий коэффициент  характеризует отношение стохастического  риска поражения какого-либо органа или ткани к риску поражения  всего организма при равномерном  облучении всего тела. Риск поражения  всего организма принимают равным 1, т.е. сумма i-х коэффициентов риска равна 1. Рекомендуемые МКРЗ значения W_Ti приведены в таблице 5. Единицы измерения те же, что и эквивалентной дозы.

Таблица

Взвешивающие коэффициенты W_T^*

Ткань или орган	Коэффициент WTI
Половые железы	0,20
Красный костный мозг	0,12
Толстый кишечник	0,12
Легкие	0,12
Желудок	0,12
Мочевой пузырь	0,05
Молочные железы	0,05
Печень	0,05
Пищевод	0,05
Щитовидная железа	0,05
Кожа, клетки костных поверхностей	0,01
Остальные органы	0,05

 

Подчеркнем, что и эквивалентная  и эффективная доза являются величинами, которые предназначены для применения в радиационной безопасности для  оценки вероятности стохастических эффектов.

Отметим, что 1Р соответствует 0,873 рада в воздухе и 1Р соответствует 0,95 рада в биологической ткани.

Полувековая эквивалентная доза. Поглощенная доза при внешнем облучении формируется в то самое время, когда ткань или орган находятся в поле излучения. Однако при внутреннем облучении формирование суммарной поглощенной дозы растягивается во времени, и она накапливается постепенно по мере радиоактивного распада радионуклида и его выведения из организма. Распределение во времени поглощенной дозы зависит от типа радионуклида, его физико-химической формы, характера поступления и ткани, в которой он откладывается. Для учета этого распределения и введено понятие полувековая эквивалентная доза. Она представляет собой временной интеграл мощности эквивалентной дозы в определенной ткани (органе). В качестве предела интегрирования МКРЗ установила 50 лет для взрослых и 70 лет для детей (рис.12).

Полувековая эффективная доза может быть получена, если умножить полувековые эквивалентные дозы в отдельных органах на соответствующие весовые множители W_T и затем их просуммировать.

Коллективная  эквивалентная доза (S_т) в ткани Т применяется для выражения общего облучения конкретной ткани у группы лиц на основе таблицы 5.

Коллективная  эффективная доза (S) относится, в целом, к облученной популяции. Она равна произведению средней эффективной дозы на число лиц в облученной группе. В определении коллективной эквивалентной и коллективной эффективной доз не указано время, за которое она получена. Поэтому обычно указывается и время, за которое получена доза для группы лиц. Единицы коллективных доз – чел*Зв и чел*бэр.

 

 

СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ  ЕДИНИЦАМИ СИ И ВНЕСИСТЕМНЫМИ  ЕДИНИЦАМИ

 

Величина и ее символ	Название и обозначение  единиц		Связь между единицами
	Единица Си	Внесистемная единица
Активность (А)	Беккерель (Бк), равный одному распаду  в секунду (расп/с)	Кюри (Ки)	1 Ки = 3,700×1010 Бк;  1 Бк = 1 расп/с;  1 Бк = 1 расп/с = 2,703×10-11 Ки
Поглощенная доза (D)	Грэй (Гр), равный одному джоулю на килограмм (Дж/кг)	Рад (рад)	1 рад=100 эрг/г=1×10-2 Дж/кг=1×10-2 Гр;  1 Гр = 1 Дж/кг  1 Гр = 1 Дж/кг = 104 эрг/г = 100 рад.
Эквивалентная доза (H)	Зиверт (Зв), равный одному грэю на коэффициент качества  [1 Гр/к = 1 (Дж/кг)/к]	Бэр (бэр)	1 бэр = 1 рад/к = 1×10-2 Дж/кг/к =  = 1×10-2 Гр/к = 1×10-2 Зв;  1 Зв = 1 Гр/к = 1 Дж/кг/к = 100 рад/к =  = 100 бэр.
Мощность эквивалентной дозы (Н)	Зиверт в секунду (Зв/с)	Бэр в секунду (бэр/с)	1 бэр/с = 1×10-2 Зв/с;  1 Зв/с = 100 бэр/с
Экспозиционная доза (Х)	Кулон на килограмм (Кл/кг)	Рентген (Р)	1 Р = 2,58×10-4 Кл/кг (точно)  1 Кл/кг = 3,88×103 Р (приблизительно)
Керма (К)	Грей (Гр), равный одному джоулю на килограмм (Дж/кг)	Рад (рад)	1 рад = 100 эрг/г = 1×10-2 Дж/кг =  = 1×10-2 Гр;  1 Гр = 1 Дж/кг;  1 Гр = 1 Дж/кг = 104 эрг/г = 100 рад

 

Основные способы обнаружения  и измерения ионизирующих излучений. Дозимтрия.

Дозиметрия ионизирующих излучений  рассматривает свойства ионизирующих излучений, физические величины, характеризующие  поле излучения или взаимодействие излучения с веществом, а также  принципы и методы их определения.

Дозиметрия имеет дело с такими физическими величинами, которые  связаны с ожидаемым радиационным эффектом. Эти величины обычно называют дозиметрическими. Установленная связь  между измеряемой физической величиной  и ожидаемым радиационным эффектом – важнейшее свойство дозиметрических  величин. Вне этой связи дозиметрические  измерения теряют смысл.

Первопричиной радиационных эффектов является поглощение энергии ионизирующих излучений облучаемым объектом, и  доза как мера поглощенной энергии  оказывается основной дозиметрической  величиной.

Важнейшая задача дозиметрии – определение  дозы излучения в различных средах и особенно в тканях живого организма. Для этой цели используют различные  расчетные и экспериментальные  методы.

Количественное определение дозы излучения, действующей на живой  организм, необходимо, прежде всего, для  выявления, оценки и предупреждения возможной радиационной опасности  для человека. Если врачи-гигиенисты и радиобиологи должны ответить на вопрос, каковы предельно допустимые с точки зрения биологической  опасности уровни излучения, то дозиметристы должны обеспечить правильное измерение (определение) этих уровней. Развитие дозиметрии первоначально полностью определялось необходимостью защиты человека от вредного воздействия ионизирующих излучений. Вскоре после открытия рентгеновского излучения (1895 г.) было обнаружено его вредное действие на человека, и возникла необходимость в количественной оценке степени радиационной опасности. Для измерения интенсивности рентгеновского излучения начали использовать фотографический эффект, флюоресценцию, тепловой эффект, а также химические методы. В дальнейшем измерение физических величин, характеризующих рентгеновское излучение и его взаимодействие со сферой, выделилось в самостоятельную область – рентгенометрию, являющуюся теперь составной частью дозиметрии ионизирующих излучений. В рентгенометрии определились основные величины, подлежащие измерению, и сформировались почти все методы современной дозиметрии.

С помощью дозиметрических приборов можно осуществлять два основных типа измерений, имеющих важное практические значение. К первому типу относятся  измерения суммарной дозы (или  количества) излучения, полученной в  течение всего периода воздействия  и выраженной в рентгенах. Примерами  индивидуальных дозиметров являются ионные камеры, фотографические плоские  пленочные дозиметры и телескопические  устройства, работающие на принципе свечения фосфата серебра. Ко второму типу относятся измерения интенсивности  излучения, выражаемой в рентгенах (или его долях) в час. К числу  дозиметров, используемых для определения  интенсивности излучения, относятся  ионные камеры, счетчики Гейгера –  Мюллера или сцинтилляционные счетчики, которые комбинируются с соответствующими электронными и электроизмерительными  устройствами. Величина замеренной такими приборами интенсивности излучения  может быть переведена в суммарную  дозу облучения путем умножения  соответствующей средней интенсивности  излучения на общее время облучения.

Важный аспект приложения дозиметрии – охрана окружающей природной среды, неотъемлимым компонентом которой являются радиационные поля и рассеянные радионуклиды естественного и искусственного происхождения. Дозиметрический контроль окружающей среды и связанные с ним прогнозы радиационной обстановки требуют создания оптимизированных доз и систем развития новых методов дозиметрии, решения вопросов, связанных с определением необходимого объема и точности дозиметрической информации.

Раздел дозиметрии – метрология ионизирующих излучений – призван  обеспечить систематизацию измерений  в области ионизирующих излучений  и радиоактивности. Специфика предмета измерения ионизирующих излучений  оказывает влияние на точность дозиметрических  методов. Большинство из них имеют  погрешность, оцениваемую десятками  процентов, что обусловлено не отсутствием  необходимости в повышении точности измерений, а ограниченной возможностью измерительных методов. Усилия должны быть направлены на то, чтобы дать комплексную  оценку эффективности воздействия  ионизирующих излучений на облучаемый объект.

Во многих случаях нет простой  связи между поглощенной энергией излучения и наблюдаемым эффектом. Знание только дозы недостаточно для предсказаний радиационного эффекта, который определяется также пространственным распределением поглощенной энергии по облучаемому объекту, фактором времени, видом и энергией ионизирующих излучений. Эти связи нельзя установить без понимания механизмов радиационных эффектов. Таким образом, дозиметрия смыкается с радиационной физикой.

Поэтому наряду с экспериментальными методами в дозиметрии используют расчетные  методы определения дозиметрических  величин, основанные на законах взаимодействия ионизирующих излучений с веществом.

Понятие дозиметрии 

Дозиметрия - область прикладной физики, в которой изучаются физические величины, характеризующие действие ионизирующих излучении на объекты живой и неживой природы, в частности дозы излучения, а также методы и приборы для измерения этих величин.

Развитие дозиметрии первоначально  определялось необходимостью защиты человека от ионизирующих излучений. Вскоре после  открытия рентгеновских лучей были замечены биологические эффекты, возникающие при облучении человека. Появилась необходимость в количественной оценке степени радиационной опасности. В качестве основного количественного критерия была принята экспозиционная доза, измеряемая в рентгенах и определяемая по величине ионизации воздуха.

С открытием радия было обнаружено, что  и излучения радиоактивных веществ вызывают биологические эффекты, похожие на те, которые вызываются рентгеновским излучением. При добыче, обработке и применении радиоактивных препаратов возникает опасность попадания радиоактивных веществ внутрь организма. Развились методы измерения активности радиоактивных источников (число распадов в секунду), являющиеся основой радиометрии.

Разработка и строительство ядерных реакторов и ускорителей заряженных частиц, развитие ядерной энергетики и массовое производство радиоактивных изотопов привели к большому разнообразию видов ионизирующих излучений и к созданию многообразных дозиметрических приборов (дозиметров).

Исследования биологического действия ионизирующих излучений на клеточном  и молекулярном уровнях вызвали  развитие микродозиметрии, исследующей передачу энергии излучения микроструктурам вещества.

Методы  дозиметрии. У человека в процессе эволюции не выработалось органов чувств, способных к специфическому восприятию ионизирующих излучений, которые невидимы, не имеют цвета, запаха, а также не действуют немедленно поражающе, подобно электрическому току. Поэтому обнаружение и измерение ионизирующих излучений возможно главным образом с помощью различных детекторных приборов, регистрирующих эффект действия излучений на физические, химические, биологические и другие свойства, на которых основаны методы измерения.

Для решения задач радиационной безопасности необходимо знать основные характеристики ионизирующих излучений. Известно, что все ионизирующие излучения  взаимодействуют со средой и вызывают изменения ее физических и химических свойств. Это и используется для  обнаружения и измерения характеристик  ионизирующих излучений.

Наиболее распространенные способы регистрации: фотографический, химический, полупроводниковый, сцинтилляционный, биологический, ионизационный.

Ионизационный метод  регистрации. Имеется большой класс детекторов элементарных частиц, основанных на принципе собирания всех ионов, образующихся при пролете заряженной частицы в данном объеме, и регистрации электрических сигналов, которые возникают от этого во внешней электрической цепи.  Самый простой из таких детекторов - это ионизационная камера. Эта камера заполнена специально подбираемым газом,  ионы которого обладают достаточно большими временами жизни (чаще  всего используют  аргон и неон, иногда азот  и водород; кислород и водяные пары, даже  в небольших кол-вах, вызывают  резкое  ухудшение рабочих параметров прибора). Газ в камере может быть под некоторым давлением, чтобы увеличить чувствительность всего детектирующего устройства, так как при этом будет больше молекул газа в камере, на которые налетает регистрируемая частица.

       Выделяемая  энергия при этом пропорциональна  числу ионов, образующихся в  газе, и поскольку выделенная  энергия служит мерилом заряда  и скорости частицы, то эти  величины и измеряются с помощью  И.К. 

        Самая  простая И.К. - это просто наполненный  газом сосуд. Двумя электродами  в этой камере служат внешний  металлический цилиндр, присоединенный  к отрицательному полюсу источника  питания постоянного тока, и центральный  электрод, представляющий собой  прямой штырь, присоединенный  через резистор к положительному  полюсу источника питания ( » 200 В ). Тонкое слюдяное окошко пропускает в камеру фотоны и заряженные частицы.  Попав в камеру, заряженные частицы и фотоны ионизуют молекулы газа, находящиеся внутри цилиндра. Образовавшиеся в камере ионы притягиваются к электродам под действием электрического поля между центральным штырем и внешним цилиндром. По мере собирания ионов электродами формируется импульс напряжения, который затем усиливается и регистрируется.