В чем измеряется поглощенная доза излучения. Дозы излучения и единицы ее измерения. Допустимые и смертельные дозы для человека

ля измерения величин, характеризующих ионизирующее излучение, исторически первой появилась единица «рентген». Эта мера экспозиционной дозы рентгеновского или гамма-излучений. Позже для измерения поглощенной дозы излучений добавили «рад».

Доза излучения (поглощенная доза) – энергия радиоактивного излучения, поглощенная в единице облучаемого вещества или человеком. С увеличением времени облучения доза растет. При одинаковых условиях облучения она зависит от состава вещества. Поглощенная доза нарушает физиологические процессы в организме и приводит в ряде случаев к лучевой болезни различной степени тяжести. В качестве единицы поглощенной дозы излучения в системе СИ предусмотрена специальная единица – грей (Гр). 1 грей – это такая единица поглощенной дозы, при которой 1 кг. Облучаемого вещества поглощает энергию в 1 джоуль (Дж). Следовательно 1 Гр = 1 Дж/кг.
Поглощенная доза излучения является физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия.

Мощность дозы (мощность поглощенной дозы) – приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. Ее единица в системе Си – грей в секунду. Эта такая мощность поглощенной дозы излучения, при которой за 1 с. в веществе создается доза излучения в 1 Гр. На практике для оценки поглощенной дозы излучения до сих пор широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы – рад в час (рад/ч) или рад в секунду (рад/с).

Эквивалентная доза. Это понятие введено для количественного учета неблагоприятного биологического воздействия различных видов излучений. Определяется она по формуле Дэкв=Q*Д, где Д – поглощенная доза данного вида излучения, Q – коэффициент качества излучения, который для различных видов ионизирующих излучений с неизвестным спектральным составом принят для рентгеновского и гамма-излучения-1, для бета-излучения-1, для нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ-10, для альфа-излучений с энергией менее 10 МэВ-20. Из приведенных цифр видно, что при одной и той же поглощенной дозе нейтронное и альфа-излучение вызывают, соответственно, в 10 и 20 раз больший поражающий эффект. В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв). Зиверт равен одному грею, деленному на коэффициент качества. При Q = 1 получаем

1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/к = 100 рад = 100 бэр.
Q Q Q

Бэр (биологический эквивалент рентгена) – это внесистемная единица эквивалентной дозы, такая поглощенная доза любого излучения, которая вызывает тот же биологический эффект, что и 1 рентген гамма-излучения.. Поскольку коэффициент качества бета и гамма-излучений равен 1, то на местности, загрязненной радиоактивными веществами при внешнем облучении 1 Зв = 1 Гр; 1 бэр = 1 рад; 1 рад »1 Р.
Из этого можно сделать вывод, что эквивалентная, поглощенная и экспозиционные дозы для людей, находящихся в средствах защиты на зараженной местности, практически равны.

Мощность эквивалентной дозы – отношение приращения эквивалентной дозы за какой-то интервал времени. Выражается в зивертах в секунду. Поскольку время пребывания человека в поле излучения при допустимых уровнях измеряется, как правило, часами, предпочтительно выражаясь мощность эквивалентной дозы в микрозивертах в час.
Согласно заключению Международной комиссии по радиационной защите, вредные эфекты у человека могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв/год (150 бэр/год), а в случаях кратковременного облучения – при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь.
Мощность эквивалентной дозы, создаваемая естественным излучением (земного и космического происхождения), колеблется в пределах 1,5 – 2 мЗв/год и плюс искусственные источники (медицина, радиоактивные осадки) от 0,3 до 0,5 мЗв/год. Вот и выходит, что человек в год получает от 2 до 3 мЗв. Эти цифры примерные и зависят от конкретных условий. По другим источникам, они выше и доходят до 5 мЗв/год.

Экспозиционная доза – мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия.
В СИ единицей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р), 1Р – 2,58*10-4 Кл/кг. В свою очередь 1 Кл/кг » 3,876*103 Р. Для удобства в работе при перерасчете числовых значений экспозиционной дозы из одной системы единиц в другую обычно пользуются таблицами, имеющимися в справочной литературе.

Мощность экспозиционной дозы – приращение экспозиционной дозы в единицу времени. Ее единица в системе СИ - ампер на килограмм (А/кг). Однако в переходный период можно пользоваться внесистемной единицей - рентген в секунду (Р/с).

1 Р/с = 2,58*10-4 А/кг

Надо помнить, что после 1 января 1990 г. не рекомендуется вообще пользоваться понятием экспозиционной дозы и ее мощности. Поэтому во время переходного периода эти величины следует указывать не в единицах СИ (Кл/кг, А/кг), а во внесистемных единицах - рентгенах и рентгенах в секунду.

4.мощность дозы излучения – доза излучения, отнесенная к единице времени – рад/час, р/час.

Примечание. P0 - мощность дозы излучения через t ч после взры­ва:

Р - мощность дозы излучения через любое время после взрыва.

Поскольку замеры мощ­ности дозы излучений на объекте проводятся неодновре­менно, целесообразно при оценке радиационной обстанов­ки рассчитывать их значение через 1 ч после ядерного взрыва (табл. 2).

1 Значения коэффициентов ослабления гамма-излучения (К) жилыми до­мами приведены для населенных пунктов сельской местности. В городах зна­чения коэффициентов ослабления для таких же зданий будут на 20-40% выше за счет ослабления мощности дозы ионизирующих излучений рядом стоящими домами и другими наземными сооружениями.

Радиацией (или ионизирующим излучением) называется совокупность разных видов физических полей и микрочастиц, которые имеют способности ионизировать вещества.

Радиация делится на несколько видов и измеряется при помощи различных научных приборов, специально разработанных для этих целей.

Кроме того, существуют единицы измерения, превышающие показатели которых могут быть смертельными для человека.

Наиболее точные и достоверные способы измерения радиации

При помощи дозиметра (радиометра) можно максимально точно измерить интенсивность радиации, произвести обследование определенного места или конкретных предметов. Чаще всего приборы для измерения уровня радиации используют в местах:

1. Приближенных к районам радиационного излучения (например, рядом с ЧАЭС).
2. Планируемого строительства жилого типа.
3. В необследованных, неизведанных местностях во время походов, путешествий.
4. При потенциальной покупке объектов жилого фонда.

Так как очищение от радиации территории и предметов, находящихся на ней, является невозможным (растений, мебели, оборудования, конструкций), то единственный верный способ обезопасить себя – вовремя проверить уровень опасности и по возможности держаться от источников и зараженных участков как можно дальше. Поэтому в обычных условиях для проверки местности, продуктов, предметов обихода можно применять бытовые дозиметры, успешно выявляющие опасность и ее дозы.

Нормирование радиации

Целью контроля радиации является не просто измерение ее уровня, но и определение соответствий показателей установленным нормам. Критерии и нормативы безопасного уровня радиационного излучения прописаны в отдельных законах и общеустановленных правилах. Условия содержания техногенных и радиоактивных веществ регламентируются для следующих категорий:

• Продуктов питания
• Воздуха
• Строительных материалов
• Компьютерной техники
• Медицинского оборудования.

Производители многих видов продуктовых или промышленных товаров обязаны по закону прописывать в условиях и сертификационных документах критерии и показатели соответствия радиационной безопасности. Соответствующие государственные службы довольно строго отслеживают различные отклонения или нарушения в этом плане.

Единицы измерения радиации

Уже давно доказано, что радиационный фон присутствует практически везде, просто в большинстве мест его уровень признается безопасным. Уровень радиации измеряется в определенных показателях, среди которых основными считаются дозы – единицы энергии, поглощаемые веществом в момент прохождения ионизирующего излучения через него.

Основные виды доз и единицы их измерения можно перечислить в таких определениях:

1. Доза экспозиционная – создается при гамма- или рентгеновском излучении и показывает степень ионизации воздуха; внесистемные единицы измерения – бэр или «рентген», в международной системе СИ классифицируется как «кулон на кг»;
2. Поглощенная доза – единица измерения – грэй;
3. Эффективная доза – определяется в индивидуальном порядке для каждого органа;
4. Доза эквивалентная – в зависимости от разновидности излучения, рассчитывается исходя из коэффициентов.

Радиационное излучение может быть определено только и приборов. При этом существуют определенные дозы и установленные нормы, среди которых строго конкретизированы допустимые показатели, негативные дозы воздействия на человеческий организм и смертельные дозы.

Уровни безопасности радиационного излучения

Для населения установлены определенные уровни безопасных величин поглощаемых доз излучения, которые измеряются дозиметром.

На каждой территории есть свой естественный радиационный фон, но безопасным для населения считается величина, равная приблизительно 0,5 микрозиверт (µЗв) в час (до 50 микрорентген в час). При нормальном радиационном фоне наиболее безопасным уровнем внешнего облучения человеческого тела считается величина до 0,2 (µЗв) микрозиверт в час (значение, равное 20 микрорентгенам в час).

Самый верхний предел допустимого радиационного уровня – 0.5 µЗв — или 50 мкР/ч .

Соответственно, человек может перенести излучение, мощность которого составляет 10 мкЗ/ч (микрозиверт), а при сокращении времени воздействия до минимума, безвредно излучение в несколько миллизивертов в час. Так воздействует флюорография, рентген – до 3 мЗв. Снимок больного зуба у стоматолога – 0,2 мЗв. Поглощаемая доза облучения имеет способность накапливаться в течение жизни, но сумма не должна пересекать порог в 100-700 мЗв.

Рентгенологическим видам обследования в медицине по-прежнему отводится ведущая роль. Иногда без данных невозможно подтвердить или поставить правильный диагноз. С каждым годом методики и рентгенотехника совершенствуются, усложняются, становятся более безопасными но, тем не менее, вред от излучения остается. Минимизация негативного влияния диагностического облучения – приоритетная задача рентгенологии.

Наша задача – на доступном любому человеку уровне разобраться в существующих цифрах доз излучения, единицах их измерения и точности. Также, коснемся темы реальности возможных проблем со здоровьем, которые может вызвать этот вид медицинской диагностики.

Рекомендуем прочитать:

Что такое рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение представляет собой поток электромагнитных волн с длиной, находящейся в диапазоне между ультрафиолетовым и гамма-излучением. Каждый вид волн имеет свое специфическое влияние на организм человека.

По своей сути рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно обладает высокой проникающей способностью. Энергия его представляет опасность для человека. Вредность излучения тем выше, чем больше получаемая доза.

О вреде воздействия рентгеновского излучения на организм человека

Проходя через ткани тела человека, рентгеновские лучи ионизирует их, изменяя структуру молекул, атомов, простым языком – «заряжая» их. Последствия полученного облучения могут проявиться в виде заболеваний у самого человека (соматические осложнения), или у его потомства (генетические болезни).

Каждый орган и ткань по-разному подвержены влиянию излучения. Поэтому созданы коэффициенты радиационного риска, ознакомиться с которыми можно на картинке. Чем больше значение коэффициента, тем выше восприимчивость ткани к действию радиации, а значит и опасность получения осложнения.

Наиболее подвержены воздействию радиации кроветворные органы – красный костный мозг.

Самое частое осложнение, появляющееся в ответ на облучение, – патологии крови.

У человека возникают:

• обратимые изменения состава крови после незначительных величин облучения;
• лейкемия – уменьшение количества лейкоцитов и изменение их структуры, приводящая к сбоям деятельности организма, его уязвимости, снижению иммунитета;
• тромбоцитопения – уменьшение содержания тромбоцитов, клеток крови, отвечающих за свертываемость. Этот патологический процесс может вызывать кровотечения. Состояние усугубляется повреждением стенок сосудов;
• гемолитические необратимые изменения в составе крови (распад эритроцитов и гемоглобина), в результате воздействия мощных доз радиации;
• эритроцитопения – снижение содержания эритроцитов (красных кровяных клеток), вызывающее процесс гипоксии (кислородного голодания) в тканях.

Друг ие патологи и :

• развитие злокачественных заболеваний;
• преждевременное старение;
• повреждение хрусталика глаза с развитием катаракты.

Важно : Опасным рентгеновское излучение становится в случае интенсивности и длительности воздействия. Медицинская аппаратура применяет низкоэнергетическое облучение малой длительности, поэтому при применении считается относительно безвредной, даже если обследование приходится повторять многократно.

Однократное облучение, которое получает пациент при обычной рентгенографии, повышает риск развития злокачественного процесса в будущем примерно на 0,001%.

Обратите внимание : в отличие от воздействия радиоактивных веществ, вредоносное действие лучей прекращается сразу же, после выключения аппарата.

Лучи не могут накапливаться и образовывать радиоактивные вещества, которые затем будут являться самостоятельными источниками излучения. Поэтому после рентгена не следует принимать никаких мер для «вывода» радиации из организма.

В каких единицах измеряются дозы полученной радиации

Человеку, далекому от медицины и рентгенологии, тяжело разобраться в обилии специфической терминологии, цифрах доз и единицах, в которых они измеряются. Попробуем привести информацию к понятному минимуму.

Итак, в чем же измеряется доза рентгеновского излучения? Единиц измерения радиации много. Мы не будет подробно разбирать все. Беккерель, кюри, рад, грэй, бэр – вот список основных величин радиации. Применяются они в разных системах измерения и областях радиологии. Остановимся только на практически значимых в рентгендиагностике.

Нас больше будут интересовать рентген и зиверт.

Характеристика уровня проникающей радиации, излучаемой рентгеновским аппаратом, измеряется в единице под названием «рентген» (Р).

Чтобы оценить действие радиации на человека, введено понятие эквивалентной поглощенной дозы (ЭПД). Помимо ЭПД существуют и другие виды доз – все они представлены в таблице.

Эквивалентная поглощенная доза (на картинке – Эффективная эквивалентная доза) представляет собой количественную величину энергии, которую поглощает организм, но при этом учитывается биологическая реакция тканей тела на излучение. Измеряется она в зивертах (Зв).

Зиверт приблизительно сопоставим с величиной 100 рентген.

Естественный фон облучения и дозы, выдаваемые медицинской рентгенаппаратурой, намного ниже этих значений, поэтому для их измерения используются величины тысячной доли (милли) или одной миллионной доли (микро) Зиверта и Рентгена.

В цифрах это выглядит так:

• 1 зиверт (Зв) = 1000 миллизиверт (мЗв) = 1000000 микрозиверт (мкЗв)
• 1 рентген (Р) = 1000 миллирентген (мР) = 1000000 миллирентген (мкР)

Чтобы оценить количественную часть излучения, получаемого за единицу времени (час, минуту, секунду) используют понятие – мощность дозы, измеряемую в Зв/ч (зиверт-час), мкзв/ч (микрозиверт-ч), Р/ч (рентген-час), мкр/ч (микрорентген-час). Аналогично – в минутах и секундах.

Можно еще проще:

• общее излучение измеряется в рентгенах;
• доза, получаемая человеком – в зивертах.

Дозы облучения, полученные в зивертах, накапливаются в течение всей жизни. Теперь попробуем выяснить, сколько же получает человек этих самых зивертов.

Естественный радиационный фон

Уровень естественной радиации везде свой, зависит он от следующих факторов:

• высоты над уровнем моря (чем выше, тем жестче фон);
• геологической структуры местности (почва, вода, горные породы);
• внешних причин – материала здания, наличия рядом предприятий, дающих дополнительную лучевую нагрузку.

Обратите внимание: наиболее приемлемым считается фон, при котором уровень радиации не превышает 0,2 мкЗв/ч (микрозиверт-час), или 20 мкР/ч (микрорентген-час)

Верхней границей нормы считается величина до 0,5 мкЗв/ч = 50 мкР/ч.

В течение нескольких часов облучения допускается доза до 10 мкЗв/ч = 1мР/ч.

Все виды рентгенологических исследований вписываются в безопасные нормативы лучевых нагрузок, измеряемых в мЗв (миллизивертах).

Допустимые дозы облучения для человека, накопленные за жизнь не должны выходить за пределы 100-700 мЗв. Фактические значения облучения людей, проживающих в высокогорье, могут быть выше.

В среднем за год человек получает дозу равную 2-3 мЗв.

Она суммируется из следующих составляющих:

• радиация солнца и космических излучений: 0,3 мЗв – 0,9 мЗв;
• почвенно-ландшафтный фон: 0,25 – 0,6 мЗв;
• излучение жилищных материалов и строений: 0,3 мЗв и выше;
• воздух: 0,2 – 2 мЗв;
• пища: от 0,02 мЗв;
• вода: от 0,01 – 0,1 мЗв:

Помимо внешней получаемой дозы радиации, в организме человека накапливаются и собственные отложения радионуклидных соединений. Они также представляют источник ионизирующих излучений. К примеру, в костях этот уровень может достигать значений от 0,1 до 0,5 мЗв.

Кроме того, происходит облучение калием-40, скапливающимся в организме. И это значение достигает 0,1 – 0,2 мЗв.

Обратите внимание : для измерения радиационного фона можно пользоваться обычным дозиметром, например РАДЭКС РД1706, который дает показания в зивертах.

Вынужденные диагностические дозы рентген облучения

Величина эквивалентной поглощенной дозы при каждом рентгенобследовании может значительно отличаться в зависимости от вида обследования. Доза облучения также зависит от года выпуска медицинской аппаратуры, рабочей нагрузки на него.

Важно : современная рентгеноаппаратура дает излучения в десятки раз более низкие, чем предшествующая. Можно сказать так: новейшая цифровая рентгенотехника безопасна для человека.

Но все же попытаемся привести усредненные цифры доз, которые может получать пациент. Обратим внимание на различие данных, выдаваемых цифровой и обычной рентгеноаппаратурой:

• цифровая флюорография: 0,03-0,06 мЗв, (самые современные цифровые аппараты дают излучение в дозе от 0,002 мЗв, что в 10 раз ниже их предшественников);
• плёночная флюорография: 0,15-0,25 мЗв, (старые флюорографы: 0,6-0,8 мЗв);
• рентгенография органов грудной полости: 0,15-0,4 мЗв.;
• дентальная (зубная) цифровая рентгенография: 0,015-0,03 мЗв., обычная: 0,1-0,3 мзВ.

Во всех перечисленных случаях речь идет об одном снимке. Исследования в дополнительных проекциях увеличивают дозу пропорционально кратности их проведения.

Рентгеноскопический метод (предусматривает не фотографирование области тела, а визуальный осмотр рентгенологом на экране монитора) дает значительно меньшее излучение за единицу времени, но суммарная доза может быть выше из-за длительности процедуры. Так, за 15 минут рентгеноскопии органов грудной клетки общая доза полученного облучения может составить от 2 до 3,5 мЗв.

Диагностика желудочно-кишечного тракта – от 2 до 6 мЗв.

Компьютерная томография применяет дозы от 1-2 мЗв до 6-11 мЗв, в зависимости от исследуемых органов. Чем более современным является рентгеноаппарат, тем более низкие он дает дозы.

Отдельно отметим радионуклидные методы диагностики. Одна процедура, основанная на радиофармпрепарате, дает суммарную дозу от 2 до 5 мЗв.

Сравнение эффективных доз радиации, полученных во время наиболее часто используемых в медицине диагностических видов исследований, и доз, ежедневно получаемых человеком из окружающей среды, представлено в таблице.

Процедура	Эффективная доза облучения	Сопоставимо с природным облучением, полученным за указанный промежуток времени
Рентгенография грудной клетки	0,1 мЗв	10 дней
Флюорография грудной клетки	0,3 мЗв	30 дней
Компьютерная томография органов брюшной полости и таза	10 мЗв	3 года
Компьютерная томография всего тела	10 мЗв	3 года
Внутривенная пиелография	3 мЗв	1 год
Рентгенография желудка и тонкого кишечника	8 мЗв	3 года
Рентгенография толстого кишечника	6 мЗв	2 года
Рентгенография позвоночника	1,5 мЗв	6 месяцев
Рентгенография костей рук или ног	0,001 мЗв	менее 1 дня
Компьютерная томография – голова	2 мЗв	8 месяцев
Компьютерная томография – позвоночник	6 мЗв	2 года
Миелография	4 мЗв	16 месяцев
Компьютерная томография – органы грудной клетки	7 мЗв	2 года
Микционная цистоуретрография	5-10лет: 1,6 мЗв Грудной ребенок: 0,8 мЗв	6 месяцев 3 месяца
Компьютерная томография – череп и околоносовые пазухи	0,6 мЗв	2 месяца
Денситометрия костей (определение плотности)	0,001 мЗв	менее 1 дня
Галактография	0,7 мЗв	3 месяца
Гистеросальпингография	1 мЗв	4 месяца
Маммография	0,7 мЗв	3 месяца

Важно: Магнитно-резонансная томография не использует рентгеновское облучение. При этом виде исследования на диагностируемую область направляется электромагнитный импульс, возбуждающий атомы водорода тканей, затем измеряется вызывающий их отклик в сформированном магнитном поле с уровнем высокой напряженности. Некоторые люди ошибочно причисляют этот метод к рентгеновским.

Действие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облучения тканей и органов. Для его количественной оценки введены специальные единицы, которые делятся на внесистемные и единицы в системе СИ. Сейчас используются преимущественно единицы системы СИ. Ниже (в таблице 1.) дан перечень единиц измерения радиологических величин и проведено сравнение единиц системы СИ и внесистемных единиц.

Таблица 1.

Основные радиологические величины и единицы
Величина	Наименование и обозначение единицы измерения	Соотношения между единицами
Внесистемные
Активность нуклида, А	Кюри (Ки, Ci)	Беккерель (Бк, Bq)	1 Ки = 3.7*1010Бк1 Бк = 1 расп/с 1 Бк=2.7*10-11Ки
Экспозиционная доза, X	Рентген (Р, R)	Кулон/кг (Кл/кг, C/kg)	1 Р=2.58*10-4 Кл/кг1 Кл/кг=3.88*103 Р
Поглощенная доза, D	Рад (рад, rad)	Грей (Гр, Gy)	1 рад-10-2 Гр1 Гр=1 Дж/кг
Эквивалентная доза, Н	Бэр (бэр, rem)	Зиверт (Зв, Sv)	1 бэр=10-2 Зв 1 Зв=100 бэр
Интегральная доза излучения	Рад-грамм (рад*г, rad*g)	Грей- кг (Гр*кг, Gy*kg)	1 рад*г=10-5 Гр*кг1 Гр*кг=105 рад*г

Для описания влияния ионизирующих излучений на вещество используются следующие понятия и единицы измерения:

Активность радионуклида в источнике (А). Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени (dN) к величине этого интервала (dt):

Единица активности в системе СИ - Беккерель (Бк).

Внесистемная единица - Кюри (Ки).

Число радиоактивных ядер N(t) данного изотопа уменьшается со временем по закону:

N(t) = N0 exp(-tln2 / T1/2) = N0 exp(-0.693t / T1/2)

где No - число радиоактивных ядер в момент времени t = 0, Т1/2 период полураспада - время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.

Массу m радионуклида активностью А можно рассчитать по формуле:

m = 2.4*10-24 M T1/2 A

где М - массовое число радионуклида, А - активность в Беккерелях, T1/2 - период полураспада в секундах. Масса получается в граммах. Экспозиционная доза (X). В качестве количественной меры рентгеновского и -излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц:

Единица экспозиционной дозы - Рентген (Р). Рентген - это экспозиционная доза рентгеновского и -излучения, создающая в 1куб.см воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм рт.ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества.

Экспозиционной дозе 1 Р соответствует 2.08*109 пар ионов (2.08*109 = 1/(4.8*10-10)). Если принять среднюю энергию образования 1 пары ионов в воздухе равной 33.85 эВ, то при экспозиционной дозе 1 Р одному кубическому сантиметру воздуха передается энергия, равная:

(2.08*109)*33.85*(1.6*10-12) = 0.113 эрг,

а одному грамму воздуха:

0.113 /возд = 0.113/0.001293 = 87.3 эрг.

Поглощение энергии ионизирующего излучения является первичным процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в облученной ткани, приводящей к наблюдаемому радиационному эффекту. Поэтому естественно сопоставить наблюдаемый эффект с количеством поглощенной энергии или поглощенной дозы.

Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

Единица поглощенной дозы - Грей (Гр). Внесистемная единица Рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1грамм облученного вещества.

Эквивалентная доза (Н). Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощенной дозы Dr, созданной облучением - r и усредненной по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель wr (называемый еще - коэффициент качества излучения) (таблица 2).

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв).

Таблица 2.

Весовые множители излучения
Вид излучения и диапазон энергий	Весовой множитель
Фотоны всех энергий
Электроны и мюоны всех энергий
Нейтроны с энергией < 10 КэВ
Нейтроны от 10 до 100 КэВ
Нейтроны от 100 КэВ до 2 МэВ
Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ
Нейтроны > 20 МэВ
Протоны с энергий > 2 МэВ (кроме протонов отдачи)
Частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра

Влияние облучения носит неравномерный характер. Для оценки ущерба здоровью человека за счет различного характера влияния облучения на разные органы (в условиях равномерного облучения всего тела) введено понятие эффективной эквивалентной дозы Е эфф применяемое при оценке возможных стохастических эффектов - злокачественных новообразований.

Эффективная доза равна сумме взвешенных эквивалентных доз во всех органах и тканях:

где w t - тканевый весовой множитель (таблица 3), а H t -эквивалентная доза, поглощенная в ткани - t. Единица эффективной эквивалентной дозы - Зиверт.

Таблица 3

Коллективная эффективная эквивалентная доза. Для оценки ущерба здоровью персонала и населения от стохастических эффектов, вызванных действием ионизирующих излучений, используют коллективную эффективную эквивалентную дозу S, определяемую как:

где N(E) - число лиц, получивших индивидуальную эффективную эквивалентную дозу Е. Единицей S является человеко-Зиверт (чел-Зв).

Радионуклиды - радиоактивные атомы с данным массовым числом и атомным номером, а для изомерных атомов - и с данным определенным энергетическим состоянием атомного ядра. Радионуклиды (и нерадиоактивные нуклиды) элемента иначе называют его изотопами.

Помимо названных выше величин для сравнения степени радиационного повреждения вещества при воздействии на него различных ионизирующих частиц с разной энергией используется также величина линейной передачи энергии (ЛПЭ), определяемая соотношением:

где - средняя энергия, локально переданная среде ионизирующей частицей вследствие столкновений на элементарном пути dl. Пороговая энергия обычно относится к энергии электрона. Если в акте столкновения первичная заряженная частица образует -электрон с энергией больше, то эта энергия не включается в значение dE, и -электроны с энергией больше рассматриваются как самостоятельные первичные частицы.

Выбор пороговой энергии является произвольным и зависит от конкретных условий.

Из определения следует, что линейная передача энергии является некоторым аналогом тормозной способности вещества. Однако между этими величинами есть различие. Заключается оно в следующем:

• 1. ЛПЭ не включает энергию, преобразованную в фотоны, т.е. радиационные потери.
• 2. При заданном пороге ЛПЭ не включает в себя кинетическую энергию частиц, превышающую.

Величины ЛПЭ и тормозной способности совпадают, если можно пренебречь потерями на тормозное излучение и

дозиметр ионизирующий излучение

Таблица 4

По величине линейной передачи энергии можно определить весовой множитель данного вида излучения (таблица 5)

Таблица 5

Предельно допустимые дозы облучения согласно НРБ-99

По отношению к облучению население делится на 3 категории:

Категория Б облучаемых лиц или ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.

• - основные пределы доз (ПД), приведенные в таблице 6;
• - допустимые уровни монофакторного воздействия (для одного радионуклида, пути поступления или одного вида внешнего облучения), являющиеся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности (ДУА) и другие;
• - контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

Таблица 6 Основные пределы доз

Примечания:

• * Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам.
• ** Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А. Далее в тексте все нормативные значения для категории персонал приводятся только для группы А.
• *** Относится к дозе на глубине 300 мг/см2.
• **** Относится к среднему по площади в I см2 значению в базальном слое кожи толщиной 5 мг/см2 под покровным слоем толщиной 5 мг/см2 . На ладонях толщина покровного слоя - 40 мг/см2. Указанным пределом допускается облучение всей кожи человека при условии, что в пределах усредненного облучения любого 1 см2 площади кожи этот предел не будет превышен. Предел дозы при облучении кожи лица обеспечивает непревышение предела дозы на хрусталик от бета-частиц.

Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) - 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) - 70 мЗв. Начало периодов вводится с 1 января 2000 года.

При одновременном воздействии на человека источников внешнего и внутреннего облучения годовая эффективная доза не должна превышать пределов доз, установленных в табл. 6.

Устанавливается три группы критических органов:

• 1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг;
• 2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам;
• 3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.

Дозовые пределы облучения для разных категорий лиц даны в таблице 7.

Таблица 7

Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД (предельно допустимая доза) и ПД (предел дозы). Расчет допустимого содержания радионуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.

• - предельно допустимое годовое поступление ПДП радионуклида через органы дыхания;
• - допустимое содержание радионуклида в критическом органе ДСА;
• - допустимая мощность дозы излучения ДМДА;
• - допустимая плотность потока частиц ДППА;
• - допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны ДКА;
• - допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗА.

• - предел годового поступления ПГП радионуклида через органы дыхания или пищеварения;
• - допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида ДКБ в атмосферном воздухе и воде;
• - допустимая мощность дозы ДМДБ;
• - допустимая плотность потока частиц ДППБ;
• - допустимое загрязнение кожных покровов, одежды и поверхностей ДЗБ.

Численные значения допустимых уровней в полном объеме содержатся в "Нормах радиационной безопасности".

2Характеристика измерительного прибора ДКС-101

Универсальный дозиметр (далее дозиметр) предназначен для абсолютных измерений поглощенной и эквивалентной дозы и мощности поглощенной и эквивалентной дозы для широкого диапазона энергий фотонного и электронного излучений, прецизионное измерение дозовых полей ионизирующих излучений медицинских и промышленных приборов и аппаратов.

Прибор может применяться для проведения дозиметрических и физических исследований в лабораторных и производственных условиях, в т.ч. для поверки дозиметрической аппаратуры, аттестация рентгеновских кабинетов и промышленных рентгеновских и электронных установок и т. д.

Дозиметр может быть аттестован в качестве рабочего эталона 1-го или 2-го разряда.

Дозиметр устойчиво работает при изменении температуры окружающей среды от +10С до +40С и в условиях относительной влажности окружающей среды до 80% при температуре +30С без конденсации влаги, атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм.рт.ст.).

Комплектуется ионизационными камерами, контрольными источникам и водным фантомом по требованию заказчика.

Состоит из электрометрического блока со встроенным управляемым высоковольтным источником и персонального компьютера.

Встроенные системы самодиагностики, набор функций математической обработки и протоколирование результатов измерений, программное обеспечение в среде Windows98 обеспечивают удобство в работе и широкий набор сервисных функций.

Технические данные

Дозиметр обеспечивает следующие типы измерений: поглощенная доза в воде (Гр), эквивалентная доза (Зв), соответствующие мощности дозы, заряд (Кл), ток (А) (погрешности измерений тока и заряда не нормируются). Дозиметр имеет автоматическую остановку измерений при достижения заданных порогов по дозе и времени. Обеспечение измерения воздушной кермы (Гр), экспозиционной дозы (Р) и соответствующих мощности доз может быть выполнена по требованию заказчика.

Цифровое разрешение, стабильность нуля, диапазон напряжения высоковольтного источника и максимальное время измерения дозиметра приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Дозиметр имеет диапазоны измерений, указанные в Таблице 2.2.

Таблица 2.2

Уровень собственного фона дозиметра.

После времени установления рабочего режима (без подключения ионизационной камеры) не более 510-15 А.

За 8 часов непрерывной работы после времени установления рабочего режима (без подключения ионизационной камеры) не более 110-14 А.

От показаний в нормальных условиях (без подключения ионизационной камеры) при изменении температуры в рабочем диапазоне температур от +10 до +40С не более 210-14 А.

От показаний в нормальных условиях (без подключения ионизационной камеры) при изменении относительной влажности воздуха до 80% при температуре 30 С не более 110-14 А.

Нестабильность показаний дозиметра за 8 часов непрерывной работы после времени установления рабочего режима не более 0,2 % на чувствительном диапазоне измерения МПД (интеграла МПД и ПД).

Время установления показаний не более:

• 100 с - на чувствительном диапазоне;
• 10 с - на остальных диапазонах.

Пределы допускаемой дополнительной погрешности измерений составляют:

от показаний в нормальных условиях при изменении температуры в рабочем диапазоне температур от +10 до +40С при измерении МПД (интеграла МПД и ПД) - 0,2 %.

от показаний в нормальных условиях при изменении относительной влажности воздуха до 80% при температуре 30С при измерении МПД (интеграла МПД и ПД) - 0,2 %.

от показаний в нормальных условиях работе в постоянном магнитном поле напряженностью не более 400 А/м при измерении МПД (интеграла МПД и ПД) - 0,2 %.

Питание дозиметра осуществляется от однофазной сети переменного тока с частотой 50 Гц 1 Гц, содержанием гармоник до 5% и номинальным напряжением 220 В с допустимым отклонением от - 15% до +10%.

Мощность, потребляемая от сети электрометрическим блоком, при номинальном напряжении питания не более 4 ВА.

Изоляция между корпусом электрометрического блока и контактами вилки кабеля сетевого питания выдерживает в течение 1 минуты без пробоя действие испытательного напряжения постоянного тока 4000 В. Сопротивление изоляции вышеуказанных цепей не менее 20 МОм при нормальных условиях.

Наработка на отказ не менее 3000 часов.

Средний срок службы не менее 6 лет.

Исполнение электрометрического блока IP30С (по ГОСТ 14254-96).

Габаритные размеры и масса установки приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Вид климатического исполнения дозиметра В1 ГОСТ 12997-84.

Дозиметр устойчиво работает при изменении температуры окружающей среды от +10С до 40С и в условиях относительной влажности окружающей среды до 80% при температуре +30С без конденсации влаги, атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм.рт.ст.).

Электрометрический блок обладает механической прочностью в соответствии с требованиями к изделиям группы L1 ГОСТ 12997-84.

(русское обозначение: Гр; международное: Gy) . Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01 Гр.

Не отражает биологический эффект облучения (см. эквивалентная доза).

Энциклопедичный YouTube

1 / 2

Подробнее о радиации

More about Radiation

Субтитры

Здравствуйте. В этом выпуске канала TranslatorsCafe.com мы поговорим об ионизирующем излучении или радиации. Мы рассмотрим источники излучения, способы его измерения, влияние радиации на живые организмы. Более подробно мы поговорим о таких параметрах радиации, как мощность поглощенной дозы, а также об эквивалентной и эффективной дозах ионизирующего излучения. У радиации множество применений - от производства электроэнергии до лечения больных раком. В этом видеосюжете мы обсудим, как радиация влияет на ткани и клетки людей, животных и биоматериала, уделяя особое внимание тому, как быстро и насколько сильно происходит поражение облученных клеток и тканей. Излучение - природное явление, которое проявляется в том, что электромагнитные волны или элементарные частицы с высокой кинетической энергией движутся внутри среды. В этом случае среда может быть либо материей, либо вакуумом. Излучение - вокруг нас, и наша жизнь без него немыслима, так как выживание человека и других животных без излучения невозможно. Без излучения на Земле не будет таких необходимых для жизни природных явлений как свет и тепло. Не было бы ни мобильных телефонов, ни Интернета. В этом видеосюжете мы обсудим особый тип излучения, ионизирующее излучение или радиацию, которая окружает нас везде. Ионизирующее излучение обладает энергией, достаточной для отрыва электронов от атомов и молекул, то есть, для ионизации облучаемого вещества. Ионизирующее излучение в среде может возникнуть благодаря либо естественным, либо искусственным процессам. Естественные источники излучения включают солнечное и космическое излучения, некоторые минералы, например, гранит, а также излучение некоторых радиоактивных материалов, таких как уран и даже обычные бананы, содержащие радиоактивный изотоп калия. Радиоактивное сырье добывают в глубине земных недр и используют в медицине и промышленности. Иногда радиоактивные материалы попадают в окружающую среду в результате аварий на производстве и в отраслях, где используют радиоактивное сырье. Чаще всего это происходит из-за несоблюдения правил безопасности по хранению радиоактивных материалов и работе с ними или из-за отсутствия таких правил. Стоит заметить, что до недавнего времени радиоактивные материалы не считались опасными для здоровья. Даже наоборот, их использовали как целебные препараты, а также они ценились за их красивое свечение. Урановое стекло - пример радиоактивного материала, используемого в декоративных целях. Это стекло светится флуоресцентным зеленым светом благодаря добавлению в его состав оксида урана. Процент содержания урана в этом стекле относительно мал и количество выделяемой им радиации невелико, поэтому урановое стекло считают относительно безопасным для здоровья. Из него даже изготавливали стаканы, тарелки и другую посуду. Урановое стекло ценится за его необычное свечение. Солнце излучает ультрафиолет, поэтому урановое стекло светится и в солнечном свете, хотя это свечение намного более выражено под лампами ультрафиолетового света. При излучении поглощаются фотоны с более высокой энергией (ультрафиолет) и излучаются фотоны с более низкой энергией (зеленый цвет). Как вы убедились, эти бусы можно использовать для проверки дозиметров. Пакетик с бусами можно купить на eBay.com за пару долларов. Вначале рассмотрим некоторые определения. Существует множество способов измерять радиацию, в зависимости от того, что именно мы хотим узнать. Например, можно измерить общее количество радиации в данном месте; можно найти количество радиации, которое нарушает работу биологических тканей и клеток; или количество радиации, поглощенной телом или организмом, и так далее. Здесь мы рассмотрим два способа измерения радиации. Общее количество радиации в среде, измеряемое в единицу времени, называют суммарной мощностью дозы ионизирующего излучения. Количество радиации, поглощенное организмом за единицу времени, называют мощностью поглощенной дозы. Мощность поглощенной дозы находят, используя информацию о суммарной мощности дозы и о параметрах предмета, организма, или части тела, которая подвергается излучению. Эти параметры включают массу, плотность и объем. Значения поглощенной и экспозиционной дозы похожи для материалов и тканей, которые хорошо поглощают радиацию. Однако не все материалы - такие, поэтому часто поглощенная и экспозиционная дозы радиации отличаются, так как способность предмета или тела поглощать радиацию зависит от материала, из которого они состоят. Так, например, лист свинца поглощает гамма-излучение значительно лучше, чем лист алюминия той же толщины. Нам известно, что большая доза радиации, называемая дозой острого облучения, вызывает угрозу для здоровья, и чем выше эта доза - тем выше риск для здоровья. Нам также известно, что радиация влияет на разные клетки в организме по-разному. Наиболее сильно страдают от радиации клетки, которые подвергаются частому делению, а также неспециализированные клетки. Так, например, клетки в зародыше, кровяные клетки, и клетки репродуктивной системы больше всего подвержены отрицательному влиянию радиации. В то же время, кожа, кости, и мышечные ткани менее подвержены воздействию радиации. Но меньше всего радиация действует на нервные клетки. Поэтому в некоторых случаях общее разрушительное воздействие радиации на клетки, менее подверженные влиянию радиации, меньше, даже если на них действует большее количество радиации, чем на клетки, более подверженные влиянию радиации. Согласно теории радиационного гормезиса малые дозы радиации, наоборот, стимулируют защитные механизмы в организме, и в результате организм становится крепче, и менее подвержен заболеваниям. Необходимо заметить, что эти исследования находятся на начальной стадии, и пока неизвестно, удастся ли получить такие результаты за пределами лаборатории. Сейчас эти эксперименты проводят на животных и неизвестно, происходят ли эти процессы в организме человека. Из этических соображений трудно получить разрешение на такие исследования с участием людей. Поглощённая доза - величина отношения энергии ионизирующего излучения, поглощённой в данном объёме вещества, к массе вещества в этом объёме. Поглощенная доза является основной дозиметрической величиной и измеряется в джоулях на килограмм. Эта единица называется грэй. Ранее использовалась внесистемная единица рад. Поглощенная доза зависит не только от самой радиации, но и от материала, который ее поглощает: поглощенная доза мягкого рентгеновского излучения в костной ткани может быть вчетверо больше поглощенной дозы в воздухе. В то же время, в вакууме поглощенная доза равна нулю. Эквивалентная доза, характеризующая биологический эффект облучения человеческого организма ионизирующим излучением, измеряется в зивертах. Чтобы понять разницу между дозой и мощностью дозы, можно провести аналогию с чайником, в который наливают воду из-под крана. Объем воды в чайнике - это доза, а скорость наполнения, зависящая от толщины струйки воды, - это мощность дозы, то есть приращение дозы излучения в единицу времени. Мощность эквивалентной дозы измеряется в зивертах на единицу времени, например, в микрозивертах в час или миллизивертах в год. Радиация в основном не заметна невооруженным глазом, поэтому, чтобы определить наличие радиации, пользуются специальными измерительными приборами. Одно из широко используемых устройств - дозиметр на основе счетчика Гейгера-Мюллера. Счетчик состоит из трубки, в которой подсчитывается число радиоактивных частиц, и дисплея, который отображает количество этих частиц в разных единицах, чаще всего - как количество радиации за определенный срок времени, например за час. Приборы со счетчиками Гейгера часто издают короткие звуковые сигналы, например, щелчки, каждый из которых означает, что подсчитана новая излученная частица или несколько частиц. Этот звук обычно можно выключить. Некоторые дозиметры позволяет выбрать частоту щелчков. Например, можно настроить дозиметр, чтобы он издавал звук только после каждой двадцатой посчитанной частицы или реже. Кроме счетчиков Гейгера, в дозиметрах используют и другие датчики, например сцинтилляционные счетчики, которые позволяют лучше определить, какой вид радиации на данный момент преобладает в окружающей среде. Сцинтилляционные счетчики хорошо определяют как альфа, так и бета и гамма излучение. Эти счетчики преобразуют выделяемую при излучении энергию в свет, который затем преобразуется в фотоумножителе в электрический сигнал, который и измеряется. Во время измерений эти счетчики работают с большей поверхностью, чем счетчики Гейгера, поэтому измерения проходят более эффективно. У ионизирующего излучения очень высокая энергия, и поэтому оно ионизирует атомы и молекулы биологического материала. В результате от них отделяются электроны, что приводит к изменению их структуры. Эти изменения вызваны тем, что ионизация ослабляет или разрушает химические связи между частицами. Это повреждает молекулы внутри клеток и тканей и нарушает их работу. В некоторых случаях ионизация способствует образованию новых связей. Нарушение работы клеток зависит от того, насколько радиация повредила их структуру. В некоторых случаях нарушения не влияют на работу клеток. Иногда работа клеток нарушена, но повреждения невелики и организм постепенно восстанавливает клетки в рабочее состояние. Подобные нарушения нередко встречаются и в процессе нормальной работы клеток, при этом клетки сами возвращаются в норму. Поэтому если уровень радиации низок и нарушения невелики, то вполне возможно восстановление клеток до их обычного состояния. Если же уровень радиации высок, то в клетках происходят необратимые изменения. При необратимых изменениях клетки либо работают не так, как должны, либо перестают работать вовсе и отмирают. Повреждение радиацией жизненно важных и незаменимых клеток и молекул, например молекул ДНК и РНК, белков или ферментов вызывает лучевую болезнь. Повреждение клеток может также вызвать мутации, в результате которых у детей пациентов, чьи клетки поражены, могут развиться генетические заболевания. Мутации могут также вызвать чрезмерно быстрое деление клеток в организме пациентов - что, в свою очередь, увеличивает вероятность заболевания раком. Сегодня наши знания о влиянии радиации на организм и о том, в каких условиях это влияние усугубляется, ограничены, так как в распоряжении исследователей имеется совсем немного материала. Большая часть наших знаний основана на исследованиях историй болезни жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, а также жертв взрыва на Чернобыльской АС. Стоит также отметить, что некоторые исследования влияния радиации на организм, которые проводили в 50-х - 70-х гг. прошлого века, были неэтичны и даже бесчеловечны. В частности, это исследования, проводимые военными в США и в Советском Союзе. Большая часть этих экспериментов была проведена на полигонах и в специально отведенных зонах для испытания ядерного оружия, например на полигоне в Неваде, США, на советском ядерном полигоне на Новой Земле, и на Семипалатинском испытательном полигоне на нынешней территории Казахстана. В некоторых случаях эксперименты проводили во время военных учений, как например, во время Тоцких войсковых учений (СССР, на нынешней территории России) и во время военных учений Desert Rock в штате Невада, США. Во время этих учений исследователи, если можно их так назвать, изучали воздействие радиации на организм человека после атомных взрывов. С 1946 по 1960-е эксперименты по влиянию радиации на организм проводили также в некоторых американских больницах без ведома и согласия больных. Спасибо за внимание! Если вам понравилась это видео, пожалуйста, не забудьте подписаться на наш канал!