2. Дозиметрические величины, единицы измерения

3.1. Понятие о дозе

Результат воздействия ионизирующих излучений на облучаемые объекты заключается в физико-химических или биологических изменениях в этих объектах. Примерами таких изменений могут служить нагрев тела, фотохимическая реакция рентгеновской пленки, изменение биологических показателей живого организма и т.п. Радиационный эффект зависит от физических величин X_i, характеризующих поле излучения или взаимодействие излучения с веществом:

Величины X_i, функционально связанные с радиационным эффектом η, называются дозиметрическими. Целью дозиметрии является измерение, исследование и теоретические расчеты дозиметрических величин для предсказания или оценки радиационного эффекта, в частности, – радиобиологического эффекта.

Система дозиметрических величин формируется как результат развития радиобиологии, дозиметрии и радиационной безопасности. Критерии безопасности в значительной степени определяются обществом, поэтому в разных странах сформировались различные системы дозиметрических величин. Важную роль в унификации этих систем играет Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) – независимая организация, объединяющая экспертов в области биологического действия излучения, дозиметрии и радиационной безопасности. Под влиянием регулярно публикуемых Рекомендаций МКРЗ сформировалась современная система дозиметрических величин.

Доза поглощенная (D) – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:

,

где – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме; dm – масса вещества в этом объеме. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж·кг^-1), и имеет специальное название – грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01 Гр.

Доза эквивалентная (H_T,R) – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения W_R:

где D_T,R – средняя поглощенная доза в органе или ткани; — взвеши­вающий коэффициент для излучения R.

При воздействии различных видов излучения с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения:

Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы (W_R ) — используемые в радиационной за­щите множители поглощенной дозы, учитывающие относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов:

фотоны любых энергий	1
электроны и мюоны любых энергий	1
нейтроны с энергией менее 10 кэВ	5
от 10 до 100 кэВ	10
от 100 кэВ до 2 МэВ	20
от 2 до 20 МэВ	10
более 20 МэВ	5
протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи	5
альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20

Доза эффективная (E) — величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения организма человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности.

Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:

,

где Н_Т – эквивалентная доза в органе или ткани; W_T – взвешивающий коэффициент для органа или ткани.

Единица эффективной дозы – зиверт (Зв).

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы (W_T) — множители эквивалентной дозы в органах и тканях, используемые в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации:

гонады	0,20
костный мозг (красный)	0,12
толстый кишечник	0,12
легкие	0,12
желудок	0,12
мочевой пузырь	0,05
грудная железа	0,05
печень	0,05
пищевод	0,05
щитовидная железа	0,05
кожа	0,01
клетки костных поверхностей	0,01
остальное	0,05*

Мощность дозы – доза излучения за единицу времени (секунда и производные).

4. Действие ионизирующих излучений

на биологические системы

4.1. Этапы действия ионизирующих излучений на

биологические объекты

Изучение действия ионизирующих излучений на биологические объекты началось практически одновременно с их открытием. Актуальность и дальнейшее продолжение изучения действия радиации на организмы обусловлены расширением контактов человека и всего живого с радиационным воздействием. Действие всех видов ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества изучает радиобиология. Фундаментальной задачей радиобиологии является выявление общих закономерностей биологической реакции организма на радиационное воздействие. Решение этой задачи позволит разработать пути и методы управления лучевыми реакциями организма, а также найти средства защиты и восстановления организма от воздействия излучений. К настоящему времени в радиобиологии имеется ряд проблем и нерешенных вопросов. Основная проблема — проблема радиочувствительности. Нет однозначного ответа, почему радиочувствительность организмов варьирует в очень широких пределах.

В стадии изучения находятся также такие вопросы, как механизм дей­ствия ионизирующих излучений, действие на организм малых доз радиации, особенности действия на организм хронического облуче­ния инкорпорированных радионуклидов, отдаленные последствия облучения, радиационное нарушение иммунитета, радиопротекторная защита организма и др.

Ионизирующие (или ядерные) излучения возникают при распаде ядер радиоактивных элементов. Они невидимы и обнаруживаются по различным явлениям, происходящим при их действии на вещество. Опасность для биологических объектов связана с особенностями, которые присущи только ядерным излучениям. Они обладают высокой энергией, превышающей внутримолекулярную и межмолекулярную энергию связей атомов и молекул, проникают внутрь облучаемого объекта и передают ему свою энергию, вызывая при этом ионизацию и возбуждение атомов и молекул, разрывают химические связи в молекулах, т.е. вызывают радиолиз молекул. При облучении и после облучения формируются различные повреждения, которые проявляются на разных уровнях — от атомного и молекулярного до организменного.

Ионизирующие излучения обладают высокой биологической активностью. Они могут вызывать ионизацию любых химических соединений, биосубстратов, а также радиолиз молекул с образованием активных радикалов, что приводит к возникновению многочисленных и длительных реакций в живых клетках и тканях. Результатом биологического действия радиации является нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях.

Все радиобиологические реакции начинаются одинаково, т.е. с формирования молекулярных и клеточных повреждений в результате передачи им энергии излучения, и заканчиваются физиологическими и морфологическими изменениями в облученном организме.

В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты выделяют ряд последовательных этапов, объединенных между собой причинно-следственными связями (табл.1).

Т а б л и ц а 1. Этапы действия ионизирующих излучений