8. Дозиметрия

ДОЗИМЕТРИЯ - это определение дозы или ее мощности (т.е. дозы в единицу времени).

Доза - это количественная мера, отражающая действие ИИ на облучаемый объект. Мощность дозы - это доза в единицу времени. Выделяют несколько видов доз:

1. Экспозиционная доза (X)

Понятие возникло в прошлом веке и применяется к гамма- и рентгеновскому излучениям. Это доза квантового излучения, определяема числом ионов, образовавшихся при ионизации воздуха. Характеризуется количеством пар ионов, возникших после облучения воздуха в условиях электрического равновесия. Выражается в рентгенах (Р, традиционная (внесистемная) единица экспозиционной дозы). 1 Р - это доза рентгеновского или гамма-излучения, создающая в 1 см³ воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт.ст. 2,08-10⁹ пар ионов с зарядом в 1 электростатическую единицу каждого знака.

Шкала некоторых дозиметров показывает мощность экспозиционной дозы, т.е. дозу в единицу времени в виде Р/час. Единица «рентген» по-прежнему широко используется, так как путем расчетов позволяет легко переходить к единицам других видов доз (поглощенной, эквивалентной, эффективной).

Обычные фоновые показатели мощности экспозиционной дозы для Беларуси - до 18-20 мкР/ч.

В Международной системе единиц (СИ) используется системная единица кулон/кг воздуха (Кл/кг, С/кg). 1 Кл/кг - это доза фотонного излучения, при которой сумма электрических зарядов всех ионов одного знака в облученном воздухе массой 1 кг равна 1 кулону. Это крупная единица, она указывается в паспортах источников излучения.

1 Кл/кг = 3,88-10³ Р.

1Р = 2,58-10 ⁴Кл/кг.

2. Поглощенная доза (D)

Так как степень лучевых поражений, развивающихся в живых объектах, зависит от величины поглощенной энергии ИИ, для характеристики этой энергии используется показатель «поглощенная доза». Поглощенная доза - величина энергии ионизирующего излучения, поглощенная элементарным объемом облучаемого тела (тканями организма, веществом), в пересчете на единицу массы вещества в этом объеме.

D = dе/dm,

где dе - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а dm - масса вещества этом объеме. Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему в пересчете на массу этого объема.

Хотя поглощенная доза имеет практическое применение в медицине для живых объектов, она может быть определена для любых сред, органических и неорганических, находящихся в любом агрегатном состоянии - газообразном, жидком, твердом.

Единицей СИ поглощенной дозы является джоуль на килограмм (Дж/кг) со специальным наименованием грей (Гр, Gy). 1 Гр = 1 Дж/кг . Единица названа в 1975 г. в честь английского физика Л. Грея (1905-1965 гг.). В качестве внесистемной (традиционной) единицы используется рад (rad, rd) равный 0,01 Гр (табл. 1-4). Наименование rad образовано от начальных букв выражения radiation absorbed dose - поглощенная доза излучения. Для мягких тканей в поле рентгеновского или у-излучения поглощенная доза в 1 рад примерно соответствует экспозиционной в 1 P (точнее 1 P = 0,93 рад).

1 Гр = 100 радам = 1 джоулю энергии, поглощенной 1 кг вещее 1 сГр (10^-2 Гр) = 1 рад.

Мощность поглощенной дозы - это поглощенная доза, полученная за 1 единицу времени (например, Гр/сек). У источника ИИ мощность может быть известна. Применительно к человеку поглощенную дозу чаше используют для характеристики острого кратковременного внешнего облучения.

Являясь энергетической характеристикой, поглощенная доза не зависит от вида и энергии ионизирующего излучения и определяет степень радиационного воздействия, т.е. является мерой ожидаемых последствий облучения. Учитывая существенные различия в механизме взаимодействия разных типов излучения с веществом, ионизирующей способностью, длиной свободного пробега и т.д., следует ожидать, что одна и та же поглощенная доза может дать разный биологический эффект. Для количественной оценки такого различия вводится понятие ОТНОСИТЕЛЬНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ОБЭ) или КОЭФФИЦИЕНТА КАЧЕСТВА (КК, k) ИЗЛУЧЕНИЯ. ОБЭ или КК какого-либо излучения - численный коэффициент, который равен отношению поглощенной дозы образцового излучения D₀, вызывающей определенный радиобиологический эффект, к дозе рассматриваемого излучения D, вызывающей тот же радиобиологический эффект. КК = D₀/D. В качестве образцового принято рентгеновское излучение с энергией 200 кэВ. Для него КК = 1 . Следовательно, поглощенная доза другого излучения может быть эквивалентна поглощенной дозе образцового излучения, но с учетом КК. Таким образом, вводится понятие эквивалентной дозы.

3. Эквивалентная доза (Н).

Понятие возникло в результате изучения повреждающего эффекта ИИ на биологические объекты. Разные виды ИИ при одинаковых поглощенных дозах дают разный повреждающий биологический эффект. Чтобы сопоставить радиационную опасность любого вида ионизирующего излучения с рентгеновским или гамма- излучением используется понятие эквивалентная доза. Эквивалентная доза это поглощения доза в органе и ткани, умноженная на соответствующий взвешивай коэффициент для данного вида излучения (W_R), который иногда называют еще коэффициентом качества (К) излучения.

H_T = D_T · W_R

где D_T - средняя поглощенная доза в органе или ткани (Т), а W_R - взвешивающий коэффициент для данного вида излучения (R).

Эквивалентную дозу можно рассчитать только для биологических объектов. В качестве критерия биологической эффективности действия ИИ чаще всего принимают число хромосомных аберраций в клетке хотя могут быть использованы и некоторые другие.

При воздействии на организм различных видов излучения личными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения.

Н_Т=Σ D_T · W_R

Ранее использовали внесистемную единицу эквивалентной дозы бэр(биологический эквивалент рада). Бэр - эквивалентная доза любого вида ИИ, которая имеет такую же биологическую эффективность как 1 рад рентгеновского или гамма-излучения.

В системе СИ сейчас используется новая единица эквивалентной дозы -Зиверт (Зв, Sv), названная в честь шведского исследователя. 100 бэр = 1 Зв. Так как Зв большая единица, используют дольные производные. 1 сЗв (10² Зв) - 1 бэр. Внесистемная единица - бэр (rem), равная 0,01 Зв. Существует понятие мощность эквивалентной дозы, это - эквивалентная доза, полученная в единицу времени.

Приводим пример расчета эквивалентной дозы по поглощенной с учетом вида ИИ. Для протонного излучения при поглощенной дозе для определенной биологической ткани (D_T), равной 1 Гр, эквивалентная мча на эту ткань (Нт) будет равна 5 Зв, так как весовой множитель изучения (W_R) равен 5, т.е. Н_т = D_T • W_R = 1 Гр • 5 = 5 Зв. Подобные расчеты для гамма-, рентгеновского, электронного, позитронного излучения показывают, что поглощенная доза в 1 Гр равна эквивалентной дозе 1 Зв.

4. Эффективная доза (Е)

Эффективная доза представляет собой разновидность эквивалентной дозы, рассчитываемой для всего тела, поэтому первоначально использовали термин «эффективная эквивалентная доза» (ЭЭД). Эффектная доза (ЭД) позволяет оценить ущерб здоровью человека, прежде всего, при расчете риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека с учетом радиочувствительности отдельном его органов и тканей. Расчет эффективной дозы особенно важен при неравномерном облучении тела. ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА представляет собой сумму взвешенных эквивалентных доз во всех тканях и органах тела.

ЭД необходима, в первую очередь, для оценки канцерогенности и генетической патологии. Например, при одинаковой эквивалентной дозе излучения на легкие и щитовидную железу возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе. Облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому при расчете эффективной дозы (Е) на все тело, эквивалентные дозы облучения разных органов и тканей следует учитывать с разными тканевыми коэффициентами W_Т. Эти коэффициенты радиационного риска отражают естественную склонность органа к малигнизации под воздействием радиации. Для их вычисления были использованы большие статистические материалы по опухолям.

ЭД для всего тела определяется как сумма произведений эквивалентных доз в органах и тканях (Н_т) на соответствующие взвешивающие коэффициенты (W_Т) для данных органов или тканей:

Е = Σ Н_T · W_Т

Рекомендованы следующие взвешивающие коэффициенты (W_Т) для разных тканей и органов при расчете ЭД, используемые в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации (канцерогенных и генетической патологии):

0,20 - гонады.

0,12 костный мозг.

0,12 - толстый кишечник.

0,12 - легкие.

0,12 - желудок.

0,05 - мочевой пузырь.

0,05 - грудная (молочная) железа.

0,05 - печень.

0,05 - пищевод.

0,05 щитовидная железа.

0,01 - кожа

0,01 - клетки костных поверхностей.

0,05 - остальное.

Сумма перечисленных тканевых коэффициентов (W_Т) равна 1,00. Следовательно, при равномерном облучении, когда все перечисленные органы и ткани получают одинаковые эквивалентные дозы, эффективная доза на все тело численно равна эквивалентной дозе на каждый орган.

Следует учитывать, что понятие «остальное» включает: надпочечники, головной мозг, экстраторакальный отдел органов дыхания, тонки кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку вилочковую железу, матку.

В тех исключительных случаях, когда один из перечисленных органов или тканей получил эквивалентную дозу, превышающую самую большую дозу, полученную любым из двенадцати органов или тканей для которых определены взвешивающие коэффициенты, следует приписать этому органу или ткани взвешивающий коэффициент, равный 0,025, а оставшимся органам или тканям из рубрики «остальное» приписать суммарный коэффициент, равный 0,025.

5.Ожидаемая эффективная доза.

Представляет собой расчет дозовой нагрузки за некоторый период времени для одного человека. Чаще всего делается расчет на 70 предстоящих лет жизни (доза на жизнь). Например, согласно расчетам каждый человек от естественного радиационного фона, медицинских процедур и др. в среднем получает за год ЭД = 4,2 мЗв. Тогда ожидаемая ЭД за жизнь составит 300 мЗв (4,2 мЗв · 70 лет).

При облучении отдельного человека говорят об индивидуальной дозе. При радиационном воздействии на группу людей рассчитывают коллективные дозы.

6. Коллективная эквивалентная доза (S_T) в ткани (Т) используется для вычисления эквивалентной дозы в конкретной ткани или органе у группы лиц. Она равна произведению средней эквивалентной дозы в органе или ткани на число облученных лиц и измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).

7.Коллективная эффективная доза (S).

Коллективная ЭД - это суммарная доза, полученная путем сложения индивидуальных ЭД по группе облученных людей, измеряется в человеко-зивертах. Этот показатель используют эпидемиологи как меру коллективного риска возникновения стохастических (вероятностных) эффектов облучения в виде онкологических заболеваний и наследственной патологии. Зная величину коллективной дозы, можно оценить масштаб радиационного поражения. Этот показателя дает возможность применять статистические методы усреднения, которые позволяют прогнозировать последствия, включая риск заболеваний. Определенная индивидуальная доза не обязательно приведет данного конкретного человека к смерти от рака или другого заболевания, но в массе облученных людей предсказанное число таких событий обычно осуществляется.

8. Ожидаемая коллективная эффективная доза.

Если некоторая группа людей продолжает жить в условиях хронического облучения длительное время, и известны закономерности изменения радиационного воздействия, можно рассчитать ожидаемую коллективную ЭД для этой группы людей на определенный период времени Она измеряется, как и все коллективные дозы, в человеко-зивертах.

Оценка ожидаемой коллективной ЭД для пострадавших от аварии на ЧАЭС с учетом постепенного распада радиоизотопов важна для прогнозирования риска заболеваний для живущего и будущих поколении и ориентирует в принятии мер для уменьшения неблагоприятных последний радиоактивного поражения. Снижению ожидаемой коллективной ЭД способствуют переселение людей с сильно загрязненной радионуклидами местности, исключение из сельскохозяйственного оборота земель, с которых по пищей цепям распространяются радиоактивные изотопы и другие меры.

9. Индивидуальные дозы облучения

Эффективная доза (Е)

Эффективная доза представляет собой разновидность эквивалентной дозы, рассчитываемой для всего тела, поэтому первоначально использовали термин «эффективная эквивалентная доза» (ЭЭД). Эффектная доза (ЭД) позволяет оценить ущерб здоровью человека, прежде всего, при расчете риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека с учетом радиочувствительности отдельном его органов и тканей. Расчет эффективной дозы особенно важен при неравномерном облучении тела. ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА представляет собой сумму взвешенных эквивалентных доз во всех тканях и органах тела.

ЭД необходима, в первую очередь, для оценки канцерогенности и генетической патологии. Например, при одинаковой эквивалентной дозе излучения на легкие и щитовидную железу возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе. Облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому при расчете эффективной дозы (Е) на все тело, эквивалентные дозы облучения разных органов и тканей следует учитывать с разными тканевыми коэффициентами WТ. Эти коэффициенты радиационного риска отражают естественную склонность органа к малигнизации под воздействием радиации. Для их вычисления были использованы большие статистические материалы по опухолям.

ЭД для всего тела определяется как сумма произведений эквивалентных доз в органах и тканях (Нт) на соответствующие взвешивающие коэффициенты (WТ) для данных органов или тканей:

Е = Σ НT • WТ

Рекомендованы следующие взвешивающие коэффициенты (WТ) для разных тканей и органов при расчете ЭД, используемые в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации (канцерогенных и генетической патологии):

0,20 - гонады.

0,12 костный мозг.

0,12 - толстый кишечник.

0,12 - легкие.

0,12 - желудок.

0,05 - мочевой пузырь.

0,05 - грудная (молочная) железа.

0,05 - печень.

0,05 - пищевод.

0,05 щитовидная железа.

0,01 - кожа

0,01 - клетки костных поверхностей.

0,05 - остальное.

Сумма перечисленных тканевых коэффициентов (WТ) равна 1,00. Следовательно, при равномерном облучении, когда все перечисленные органы и ткани получают одинаковые эквивалентные дозы, эффективная доза на все тело численно равна эквивалентной дозе на каждый орган.

Следует учитывать, что понятие «остальное» включает: надпочечники, головной мозг, экстраторакальный отдел органов дыхания, тонки кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку вилочковую железу, матку.

В тех исключительных случаях, когда один из перечисленных органов или тканей получил эквивалентную дозу, превышающую самую большую дозу, полученную любым из двенадцати органов или тканей для которых определены взвешивающие коэффициенты, следует приписать этому органу или ткани взвешивающий коэффициент, равный 0,025, а оставшимся органам или тканям из рубрики «остальное» приписать суммарный коэффициент, равный 0,025.

5.Ожидаемая эффективная доза.

Представляет собой расчет дозовой нагрузки за некоторый период времени для одного человека. Чаще всего делается расчет на 70 предстоящих лет жизни (доза на жизнь). Например, согласно расчетам каждый человек от естественного радиационного фона, медицинских процедур и др. в среднем получает за год ЭД = 4,2 мЗв. Тогда ожидаемая ЭД за жизнь составит 300 мЗв (4,2 мЗв • 70 лет).

При облучении отдельного человека говорят об индивидуальной дозе. При радиационном воздействии на группу людей рассчитывают коллективные дозы.

10. Коллективные дозы облучения

Коллективная эквивалентная доза (ST) в ткани (Т) используется для вычисления эквивалентной дозы в конкретной ткани или органе у группы лиц. Она равна произведению средней эквивалентной дозы в органе или ткани на число облученных лиц и измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).

7.Коллективная эффективная доза (S).

Коллективная ЭД - это суммарная доза, полученная путем сложения индивидуальных ЭД по группе облученных людей, измеряется в человеко-зивертах. Этот показатель используют эпидемиологи как меру коллективного риска возникновения стохастических (вероятностных) эффектов облучения в виде онкологических заболеваний и наследственной патологии. Зная величину коллективной дозы, можно оценить масштаб радиационного поражения. Этот показателя дает возможность применять статистические методы усреднения, которые позволяют прогнозировать последствия, включая риск заболеваний. Определенная индивидуальная доза не обязательно приведет данного конкретного человека к смерти от рака или другого заболевания, но в массе облученных людей предсказанное число таких событий обычно осуществляется.

8. Ожидаемая коллективная эффективная доза.

Если некоторая группа людей продолжает жить в условиях хронического облучения длительное время, и известны закономерности изменения радиационного воздействия, можно рассчитать ожидаемую коллективную ЭД для этой группы людей на определенный период времени Она измеряется, как и все коллективные дозы, в человеко-зивертах.

Оценка ожидаемой коллективной ЭД для пострадавших от аварии на ЧАЭС с учетом постепенного распада радиоизотопов важна для прогнозирования риска заболеваний для живущего и будущих поколении и ориентирует в принятии мер для уменьшения неблагоприятных последний радиоактивного поражения. Снижению ожидаемой коллективной ЭД способствуют переселение людей с сильно загрязненной радионуклидами местности, исключение из сельскохозяйственного оборота земель, с которых по пищей цепям распространяются радиоактивные изотопы и другие меры.