Лекция №28 дозиметрия ионизирующего излучения.

1. Поглощённая и экспозиционная дозы. Мощность дозы.

Количественная оценка действия ионизирующего излучения на вещество живой и наживой природы привела к появлению раздела физики, называемого дозиметрией.

Дозиметрией называется раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучаются величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещество, а также методы и приборы для их измерения.

Первичное развитие дозиметрии было обусловлено, прежде всего, необходимостью учёта действия рентгеновского излучения на человека.

Действие на вещество обусловлено не всем падающим на него излучением, а только той частью, которая взаимодействует с его атомами и молекулами. Та часть излучения, которая проходит данное тело насквозь без поглощения, действия на него не оказывает. Ввести универсальные дозиметрические величины и единицы их измерения затруднительно, так как эффективность действия излучения зависит от многих факторов. Поэтому основной величиной, характеризующей действие ионизирующего излучения на вещество, является энергия излучения, поглощённая единицей массы вещества за время облучения. Эта величина называется поглощённой дозой (Д). Различные эффекты ионизирующего излучения, прежде всего, определяются поглощённой дозой. Она сложным образом зависит от вида ионизирующего излучения, энергии его частиц, состава облучаемого вещества и пропорциональна времени облучения. Единицей поглощённой дозы для любого вида излучения является “Грей” (Гр). За 1 Гр принимается доза излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передаётся энергия ионизирующего излучения в 1 Дж, т.е. 1 Гр=1Дж/кг.

Дозу облучения, отнесённую ко времени, называют мощностью дозы (P=Д/t). Мощность дозы выражается в Греях в секунду (Гр/с).

Внесистемной единицей дозы излучения, применяемой в радиобиологии, является рад. Рад – есть доза любого вида ионизирующего излучения, при которой 1г вещества поглощает энергию излучения, равную 100 эрг. 1Гр=100рад; 1рад=10^-2Гр. Мощность дозы измеряется в рад/с.

Для нахождения поглощённой дозы излучения следует измерить энергию ионизирующего излучения, падающего на тело, затем энергию, прошедшую сквозь тело, и их разность разделить на массу тела. Однако практически в человеческом организме это сделать трудно, т.к. тело неоднородно, энергия рассеивается телом по всевозможным направлениям. Таким образом, вполне конкретное физическое понятие поглощённой дозы оказывается сложным для определения в биологических экспериментах. В связи с этим оценивают поглощённую телом дозу по ионизирующему действию излучения на воздух, окружающий тело. Для характеристики дозы по эффекту ионизации, вызываемому в воздухе, используется так называемая экспозиционная доза рентгеновского или γ-излучений (X). Следует запомнить, что экспозиционная доза определяется только для воздуха и только для квантового излучения. Важным достоинством этой дозы является то, что для её измерения существует простой физический метод, заключающийся в измерении суммарного заряда ионов, образовавшихся под действием излучения. За единицу экспозиционной дозы принят 1Кл/кг – экспозиционная доза фотонного излучения, при которой суммарный заряд ионов одного знака, производимых в 1 кг облученного воздуха, равен 1Кл.

Полная ионизация воздуха подразумевает эффект как от первичного действия ионизирующего излучения, так и от всех происходящих при этом вторичных процессов, в частности от действия вторичных электронов и ядер отдачи. На практике используют старую внесистемную единицу, называемую рентгеном (P). Экспозиционная доза в 1Р соответствует образованию 2,08·10⁹ пар ионов в 0,001293г (в 1см³) сухого воздуха при нормальных условиях: 1Кл/кг =3876 Р, т.е. новая единица намного крупнее старой.

Единицей мощности экспозиционной дозы является 1 А/кг, а внесистемной единицей 1Р/с. Так как поглощённая доза пропорциональна падающему ионизирующему излучению, то между экспозиционной и поглощённой дозами должна быть пропорциональная зависимость Д=f·X, где f – определённый переходный коэффициент, зависящий от ряда причин и, прежде всего, от облучаемого вещества и энергии фотонов. Легко подсчитать величину f, если облучаемым веществом является воздух. Установлено, что для воздуха экспозиционной дозе в 1Р соответствует поглощённая доза, равная 0,88 рад. В этом случае Д=0,88X, f=0,88. Для воды и мягких тканей человека f=1, следовательно поглощённая доза в радах равна экспозиционной дозе в рентгенах. Этим в определённой мере обусловлено удобство использования единиц – рада и рентгена.

Действие излучения, особенно на ткани организма, зависит не только от общей поглощённой дозы, но и от мощности излучения. Для точечных источников излучений мощность экспозиционной дозы уменьшается с расстоянием по закону , где K_γ – ионизационная постоянная или гамма-постоянная радиоактивного изотопа, зависящая от его природы. Таким образом, степень влияния излучения на организм зависит от природы радиоактивного изотопа (K_γ), его активности (А) и расстояние (R) от человека до источника.

Гамма-постоянная – это мощность дозы излучения в Р/с, созданная гамма-лучами данного радиоактивного изотопа на расстоянии 1см от точечного источника, если его активность 1мКи. Экспозиционную дозу в этом случае можно оценить из соотношения , где Δt – время облучения.