3.3 Одиниці радіоактивності й дози випромінювання

Для ознайомлення з деякими поняттями радіаційної дозиметрії, ши-роко застосовуваними в цивільній обороні, особливо останнім часом, доці-льно згадати їх опис і одиниці вимірювання. В останні роки в науковій лі-тературі одиниці радіоактивності даються в Міжнародній системі (СІ). Проте в науковій літературі минулих років у практиці ліквідації наслідків ядерних аварій, при градуюванні шкал дозиметричних приладів застосо-вують не тільки одиниці СІ, а і несистемні одиниці. Враховуючи це, для зручності користування в підручнику одночасно подаються одиниці в сис-темі СІ й несистемні.

Кількість радіоактивних речовин у середовищі (ступінь забруднення)

82

часто буває дуже малою, що практично не дає можливості визначити їх ва-говий вміст. Саме тому мірою радіоактивних речовин є не вага, а актив-ність радіоізотопів.

Активністю радіоактивного елемента є кількість атомних розпадів, що відбуваються за 1 секунду. Таким чином, активність радіоактивного елемента визначається числом розпадів за одиницю часу, вона характери-зує абсолютну швидкість радіоактивного розпаду радіонукліда. Активність радіоактивної речовини пропорційна її кількості й обернено пропорційна періоду напіврозпаду. Кількість радіоактивної речовини свідчить про її ак-тивність, тобто про кількість атомів, що розпадаються за 1 секунду.

За одиницю активності (активність нукліда в радіоактивному джере-лі) прийнята одиниця в системі СІ – беккерель (Бк, Bq) – це така кількість радіоактивної речовини, в якій відбувається 1 акт розпаду за 1 с, а несис-темна одиниця – кюрі (Кі, Сі) – така кількість радіоактивної речовини в якій відбувається 37 млрд актів розпаду за 1 с. Співвідношення між одини-

цями: Бк = 2,7 ∙ 10^–11 Кі; 1Бк = 1 розп/с; 1 Кі = 3,7∙10¹⁰ Бк = 3,7 ∙10¹⁰ розп/с.

За одиницю радіоактивності речовини (питому вагову активність) прийнята одиниця беккерель на кілограм (Бк/кг), а несистемна – кюрі на кілограм (Кі/кг).

Одиницею радіоактивності рідкого і газоподібного середовища – пи-томою об’ємною активністю є одиниця в системі СІ – беккерель на літр (Бк/л), а несистемна одиниця – кюрі на літр (Кі/л).

За одиницю радіоактивності площі – питому забрудненість площі в системі СІ прийнято беккерель на квадратний кілометр (Бк/км²), несистем-на одиниця – кюрі на квадратний кілометр (Кі/км²).

Іонізуючу властивість радіації в повітрі характеризують дозою ви-промінювання.

Доза випромінювання – це кількість енергії радіоактивних випромі-нювань поглинутих одиницею об’єму середовища, яке опромінюється.

Доза випромінювання (або опромінення) є мірою уражаючої дії ра-діоактивних випромінювань на організм людини, тварин і рослини. Вона може накопичуватися за різний час, а біологічне ураження від опромінення залежить від величини дози і від часу її накопичення.

Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози. Експозиційною називають дозу випромінювання, що характеризує

іонізаційний ефект рентгенівського і гамма-випромінювань у повітрі. Це доза, яка характеризує джерело і радіоактивне поле створене нею.

83

Експозиційну дозу випромінювання гамма-променів вимірюють не-системною одиницею – рентгеном (Р, R). Один рентген – це така доза рен-тгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см³ сухого повітря при температурі 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд пар іонів (або точ-ніше 2,08∙10⁹). На практиці застосовують менші часткові одиниці: мілірен-тген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^–3 Р) і мікрорентген (1 Р = 1 000 000 мкР; 1

мкР = 10^–6 Р).

У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм

(Кл/кг, C/kg).

Це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якому в кож-ному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорів-нює 1 кулону.

Одиниця опромінення в системі СІ дорівнює 3876 Р. Експозиційна доза в рентгенах досить надійно характеризує небезпеку дії іонізуючих ви-промінювань при загальному і рівномірному опроміненні організму люди-ни чи тварини.

Співвідношення між одиницею експозиційної дози системи СІ і не-

системною: 1 Кл/кг = 3876 Р або 1 Кл/кг = 3,88∙10³Р; 1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг.

Рентген визначає кількість енергії (дозу), яку одержує об’єкт, а не характеризує час, за який вона одержана. Для оцінювання дії іонізуючого випромінювання за одиницю часу застосовується поняття "потужність до-зи".

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) – це інтенсивність випромінювання, що утворюється за одиницю часу і характеризує швид-кість накопичення дози. Одиницею потужності експозиційної дози в сис-темі СІ є ампер на кілограм (А/кг, A/kg), а несистемною одиницею для ви-мірювання випромінювань у повітрі є рентген за годину (Р/год, R/h), рент-ген за секунду (Р/с, R/s) або часткові одиниці: мілірентген за годину (мР/год), мікрорентген за годину (мкР/год). Співвідношення між одиницею системи СІ і несистемною одиницею потужності експозиційної дози: 1

А/кг = 1 Кл/(кг∙с) = 3876 Р/с,1 Р/с = 2,58∙10 ^–4 А/кг = 2,58∙10^–4 Кл/(кг∙с).

Рентген як одиниця вимірювання за своїм визначенням є кількісною характеристикою гамма- чи рентгенівського випромінювання і нічого не говорить про кількість енергії, поглинутої об’ємом, який опромінюється. Через це для оцінювання ступеня впливу випромінювання на організм вве-дено поняття "поглинута доза".

Поглинута доза – це кількість енергії різних видів іонізуючих випро-

84

мінювань, поглинутих одиницею маси речовини.

Одиниця поглинутої дози випромінювання тканинами організму в системі СІ – джоуль на кілограм (Дж/кг, J/kg). Дж/кг – це кількість енергії будь-якого виду іонізуючого випромінювання, поглинутого 1 кілограмом тіла. Крім цього, одиницею вимірювання поглинутої дози є грей (Гр, Gy). Ще застосовують несистемну одиницю – рад (rad) (це скорочення від анг-лійського radiation absordent dose) – поглинута доза будь-якого випроміню-вання, за якої кількість енергії, поглинутої 1 г речовини, що опромінюєть-ся, відповідає 100 ерг, 1 рад =0,01 Дж/кг = 100 ерг поглинутої речовини в тканинах. Співвідношення між одиницею поглинутої дози системи СІ і не-системною одиницею: 1 Дж/кг = 100 рад, 1 Гр = 100 рад, 1 Гр = 1 Дж/кг, 1

рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг.

Для визначення дози опромінення біологічних об’єктів вимірюють дозу в повітрі в Р, а потім розрахунковим шляхом знаходять поглинуту до-зу в радах. Через те, що доза випромінювання 1 Р у повітрі енергетично ек-вівалентна 88 ерг/г, то поглинута енергія в радах для повітря становить 88/100 = 0,88 рад. Таким чином, якщо доза випромінювання в повітрі дорі-внює 1 Р, то поглинута доза буде 0,88 рад.

Поглинута доза більш точно визначає вплив іонізуючих випроміню-вань на біологічні тканини організму, в яких різні атомний склад і густина. Є окрема залежність між поглинутою дозою і радіаційним ефектом: чим більша поглинута доза, тим більший радіаційний ефект. Поглинута доза характеризує радіаційний ефект для всіх видів органічних і хімічних тіл, крім живих організмів.

Одиницею потужності поглинутої дози в системі СІ є грей за секунду (Гр/с, Gy/s) і джоуль на кілограм за секунду (Дж/(кг∙с), J/(kg∙s)), а несисте-мною – рад за секунду (рад/с, rad/s); співвідношення між ними: 1 Гр/с = 1

Дж/(кг∙с); 1 Гр/с = 100 рад/с, 1 рад/с = 0,01 Гр/с.

Але поглинута доза не враховує те, що вплив на організм такої самої дози різних випромінювань неоднаковий. Наприклад, альфа-випромінювання у 20 разів, а бета-випромінювання у 10 разів небезпечні-ше від гамма-випромінювання. Знання величини поглинутої дози не до-сить для точного передбачення ні ступеня трудності, ні ймовірності вини-кнення ефектів ураження. Через це введена еквівалентна доза.

Еквівалентна доза характеризує те, що різні види іонізуючого ви-промінювання під час опромінювання організму однаковими дозами при-водять до різного біологічного ефекту. Це пов’язано з неоднаковою пито-

85

мою щільністю іонізації, викликаної різними видами випромінювань. Так, кількість іонів, які утворюються під дією випромінювання на одиниці шляху в тканинах, тобто щільність іонізації альфа-частинками, у сотні ра-зів вища від гамма-променів. Тому введено поняття "відносна біологічна активність", яка показує співвідношення поглинутих доз різних видів ви-промінювання, що викликають однаковий біологічний ефект. Якщо умов-но прийняти біологічну ефективність гамма- і бета-променів за одиницю, то для альфа-частинок вона буде дорівнювати десяти, а для повільних і швидких нейтронів відповідно п’яти і двадцяти. Еквівалентна доза опромі-нення використовується для оцінювання дії випромінювання на живі орга-нізми, насамперед людини і тварини.

Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв, Sv). Один зі-верт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, гамма- та бета-випромінювань).

Для обліку біологічної ефективності випромінювань введена несис-темна одиниця поглинутої дози – біологічний еквівалент рентгена (бер). Один бер – це доза будь-якого виду випромінювання, яка створює в органі-змі такий же біологічний ефект, як одиниця рентгенівського або гамма-випромінювання.

Доза в берах виражається тоді, коли необхідно оцінити загальнобіо-логічний ефект незалежно від типу діючих випромінювань.

Співвідношення між одиницею еквівалентної дози в системі СІ і не-системною одиницею: 1 Зв = 100 бер, 1 бер = 0,01 Зв.

Щоб урахувати нерівномірність ураження від різних видів випромі-нювань введено "коефіцієнт якості", на який необхідно перемножити вели-чину поглинутої дози від певного виду випромінювання, щоб одержати ек-вівалентну дозу. Всі міжнародні й національні норми встановлені в еквіва-лентній дозі опромінення.

Одиницею потужності еквівалентної дози в системі СІ є зіверт за се-кунду (Зв/с, Sv/s), а несистемною одиницею є бер за секунду (бер/с) спів-відношення між ними: 1 Зв/с = 100 бер/с, 1 бер/с = 0,01 Зв/с.

Слід зазначити, що співвідношення між дозою та потужністю дози (рівнем радіації) є дуже простим: доза є інтегральною характеристикою, а потужність дози – диференційною характеристикою. Аналогічним є спів-відношення між шляхом та швидкістю руху в механіці.

В цьому виданні переважно будуть використоватися як одиниця дози (поглинутої) рад, а як одиниця потужності поглинутої дози (рівня радіації)

86

рад за годину (рад/год). Ці одиниці є похідними з одиниць системи СІ та використовуються в цивільному захисті частіше за інші.