4.6. Современная система дозиметрических величин

Основополагающей дозиметрической величиной в радиационной безопасности является поглощенная доза D_п. Это поглощенная энергия, приходящаяся на единицу массы вещества. Ее единица джоуль на килограмм имеет специальное наименование грей (Гр). Поглощенная доза определена таким образом, что позволяет отнести ее значение к некоторой точке среды, но в данном докладе (Доклад 60 Комиссии МКРЗ) она понимается как средняя доза в ткани или в органе, если специально не оговорен другой ее смысл. Использование средней дозы в качестве показателя вероятности последующих стохастических эффектов зависит от линейности соотношения между вероятностью возникновения эффекта и дозой (зависимость доза-эффект) – разумной аппроксимации в ограниченном диапазоне доз. Зависимость доза-эффект не линейна для детерминированных эффектов, так что средняя поглощенная доза не относится непосредственно к детерминированным эффектам, если только доза в ткани или органе не распределена равномерно.

Вероятность стохастических эффектов зависит не только от поглощенной дозы, но и от вида и энергии излучения, создающего дозу. Это учитывается путем взвешивания значения поглощенной дозы с помощью множителя, отражающего качество излучения. Раньше, весовой множитель связывали с поглощенной дозой в точке и называли коэффициентом качества Q (k). Взвешенную поглощенную дозу называли эквивалентом дозы H.

Для радиационной безопасности представляет интерес поглощенная доза, усредненная по органу или ткани (а не взятая в точке) и взвешенная по качеству данного излучения. Весовой множитель, используемый для этой цели, назван теперь весовым множителем излучения w_R. Его выбирают для данного вида и энергии излучения, падающего на тело, или – для внутренних источников – излучения, испускаемого источником. Строго говоря, эта взвешенная поглощенная доза именно и есть доза, поэтому Комиссия решила вернуться к прежнему наименованию эквивалентная доза (equivalent dose) в ткани или органе и использовать символ H_T. Изменение наименования служит также указанием на переход от коэффициентов качества к весовым множителям излучения. Эквивалентная доза в Т-й ткани выражается соотношением

где D_T,R – поглощенная доза, усредненная по Т-й ткани или органу и созданная «R»-м излучением. Единицей измерения эквивалентной дозы является джоуль на килограмм, и она имеет специальное наименование зиверт (Зв).

Комиссией были выбраны значения весовых множителей излучения, представительные для относительной биологической эффективности малых доз данных излучений при индуцировании ими стохастических эффектов.

Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) одного излучения по сравнению с другим представляет собой отношение, обратное отношению поглощенных доз этих излучений, вызывающих одинаковую степень тяжести данного биологического эффекта. Значения w_R в широком смысле подобны значениям Q, которые связаны с величиной линейная передача энергии (ЛПЭ), мерой плотности ионизации вдоль трека ионизирующей частицы.

Первоначально предполагалось, что эта взаимосвязь означает лишь грубое указание на изменение значений Q с изменением излучения, но ее часто неправильно трактовали как точную. Комиссия надеется, что с весовыми множителями излучения этого не произойдет. Комиссия выбрала значение весового множителя излучения, равное единице, для всех излучений с малой ЛПЭ, включая рентгеновское и гамма-излучение любой энергии. Выбор для других видов излучения основан на наблюдаемых значениях относительной биологической эффективности (ОБЭ) независимо от того, рентгеновское или гамма-излучение использовалось при этом в качестве образцового.

Когда поле излучения составлено из различных по виду и энергии излучений с разными w_R, то поглощенную дозу следует разделить на части, каждую со своим значением w_R, а затем их сложить для получения полной эквивалентной дозы. Последняя может быть также выражена в виде непрерывного распределения дозы по энергии, в котором каждый элемент поглощенной дозы в диапазоне энергии от E до E+dE умножается на соответствующее значение w_R или же, как аппроксимация, на соответствующее значение w_R из непрерывной функции. Особую проблему составляют электроны Оже, испущенные ядрами, которые связаны с ДНК, поскольку нереалистично усреднять поглощенную дозу по всей массе ДНК.

Установлено, что соотношение между вероятностью стохастических эффектов и эквивалентной дозой зависит также от того, какая ткань или какой орган подверглись облучению. Поэтому уместно ввести следующую величину, производную эквивалентной дозы, для определения такого сочетания различных доз в нескольких различных тканях, которое удачно соответствовало бы совокупности стохастических эффектов. Взвешивающий коэффициент эквивалентной дозы в Т-й ткани или органе назван тканевым весовым множителем w_R и представляет относительный вклад данного органа или ткани в полный ущерб из-за стохастических эффектов при тотальном облучении всего тела. Взвешенная эквивалентная доза (дважды взвешенная поглощенная доза) раньше называлась эффективным эквивалентом дозы, но это излишне громоздкое наименование, особенно в более сложных сочетаниях, таких, как коллективный ожидаемый эффективный эквивалент дозы.

Комиссия решила использовать теперь более простое название эффективная доза E. Введение названия эффективная доза связано с переходом от эквивалента дозы к эквивалентной дозе, но не с изменением числа или значений тканевых весовых множителей. Единица измерения джоуль на килограмм имеет специальное наименование зиверт. Эффективная доза – это сумма взвешенных эквивалентных доз во всех тканях и органах тела. Она определяется выражением

где H_T – эквивалентная доза в органе или ткани T, а w_T – весовой множитель для ткани T. Можно также представить эффективную дозу в виде суммы дважды взвешенных поглощенных доз во всех тканях и органах тела.

Желательно, чтобы равномерная по всему телу эквивалентная доза давала эффективную дозу, численно равную этой равномерной эквивалентной дозе. Это достигается нормированием суммы тканевых весовых множителей на единицу. Значения весовых множителей излучения зависят от вида и энергии излучения и не зависят от ткани или органа. Аналогичным образом значения тканевых весовых множителей выбирают независимыми от вида и энергии излучения, падающего на тело. Такие упрощения не более чем приближения к реальной биологической ситуации, но они позволяют определить поле излучений вне тела в дозиметрических терминах без указания органа, подвергающегося воздействию.

Последствия облучения зависят не только от дозы, вида и энергии излучения (связанных с весовым множителем излучения) и распределения дозы в теле (связанного с тканевым весовым множителем), но и от распределения дозы по времени (мощности дозы и продолжительности воздействия). В более ранних определениях допускалось введение других весовых множителей, кроме тканевых и весовых множителей излучения. Произведение этих необозначенных множителей назвали N. Можно было привести ряд значений n в соответствие с любым влиянием временного распределения дозы. На практике этого не пытались слезать, и Комиссия решила отказаться от применения коэффициентов N. Влияние всех условий облучения, кроме связанных с весовыми множителями излучения и тканевыми весовыми множителями, может быть учтено использованием различных значений коэффициентов, связывающих эквивалентную и эффективную дозы с вероятностью возникновения стохастических эффектов, а не введением дополнительных весовых множителей в определения дозиметрических величин.

Значения как весовых множителей излучения, так и тканевых весовых множителей зависят от наших современных знаний в радиобиологии и могут время от времени изменяться. Действительно, в данных рекомендациях приняты новые значения. Хотя такие изменения и не часты, они могут вызвать путаницу. Определения эквивалентной дозы (в отдельной ткани или органе) и эффективной дозы (во всем теле) не связаны жестко с какой-либо конкретной совокупностью значений этих весовых множителей, так что следует быть осторожным, чтобы избежать неоднозначности. Когда Комиссия использует эквивалентную и эффективную дозы, то подразумевается, что они содержат значения весовых множителей излучения и тканевых весовых множителей, рекомендованных Комиссией в соответствующее время. Можно считать аддитивными взвешенные величины, использованные Комиссией, но оцененные в разное время, несмотря на применение ею различных значений весовых множителей. Комиссия не рекомендует пытаться как-либо исправлять прежние значения. Можно также без какой-либо корректировки складывать значения эквивалента дозы с эквивалентной дозой и значения эффективного эквивалента дозы с эффективной дозой. Если используют значения весовых множителей, отличающиеся от рекомендованных Комиссией, этот факт должен быть четко отмечен, и при введении этих величин должны быть указаны их значения. Эти взвешенные величины не следует складывать с величинами, предложенными Комиссией.

И эквивалентная, и эффективная дозы являются величинами, которые предназначены для применения в радиационной безопасности, включая в общем виде и оценку риска. Они обеспечивают основу для оценки вероятности стохастических эффектов только для поглощенной дозы значительно ниже порогов детерминированных эффектов. Для оценки вероятных последствий облучения известной группы людей иногда лучше использовать поглощенную дозу и конкретные данные об относительной биологической эффективности соответствующих излучений, а также коэффициенты вероятности, относящиеся к облученной группе.