26 (Лекции кафедральные (PDF)), страница 2

В этом смысле доза излучения называется также поглощённой дозой (DП). Поглощённая энергия расходуется на нагрев вещества, а также на его химические и физические превращения. Величина дозы зависит от вида излучения (рентгеновскоеизлучение, поток нейтронов и т.п.), энергии его частиц, плотности их потока и состава облучаемого вещества. При прочих равных условиях доза тем больше, чем больше время облучения.Таким образом, доза накапливается со временем. Доза, отнесённая к единице времени, называется мощностью дозы.Зависимость величины дозы от энергии частиц, плотности их потока и состава облучаемого вещества различна для разных видов излучения.

Например, для рентгеновского и γизлучений доза зависит от атомного номера Z элементов, входящих в состав вещества; характерэтой зависимости определяется энергией фотонов. Для этих видов излучений доза в тяжёлыхвеществах больше, чем в лёгких при одинаковых условиях облучения.Нейтроны также взаимодействуют с ядрами атомов. Характер этого взаимодействия существенно зависит от энергии нейтронов. Если происходят упругие соударения нейтронов с ядрами, то средняя величина энергии, переданной ядру в одном акте взаимодействия, оказываетсябольшей для лёгких ядер. В этом случае (при одинаковых условиях облучения) поглощённаядоза в лёгком веществе будет выше, чем в тяжёлом.Другие виды ионизирующих излучений имеют свои особенности взаимодействия с веществом, которые определяют зависимость дозы от энергии излучения и состава вещества.

По3Семестр 4. Лекция 26.глощённая доза в системе единиц СИ измеряется в Дж/кг. Широко распространена внесистемная единица рад: 1 рад = 10-2 Дж/кг. Мощность дозы измеряется в рад/сек, рад/ч и т.п.Кроме поглощённой дозы, существуют понятия экспозиционной и эквивалентной дозы.Экспозиционная доза - мера ионизации воздуха под действием рентгеновского и γ-излучений —измеряется количеством образованных зарядов. Единицей экспозиционной доза в системе СИявляется Кл/кг.

Экспозиционная доза в 1 Кл/кг означает, что суммарный заряд всех ионов одного знака, образованных в 1 кг воздуха, равен одному Кулону.Широко распространена внесистемная единица экспозиционной дозы – Рентген.:Рентген - внесистемная единица экспозиционной дозы рентгеновского и γ-излучений,определяемая по ионизационному действию их на воздух.

Названа в честь В. К. Рентгена; обозначения: русское «Р», международное «R». Под действием квантов рентгеновского или γизлучения происходит ионизация молекул воздуха, приводящая к образованию пар заряженныхчастиц, в том числе электронов со значительной кинетической энергией. Эти электроны в своюочередь ионизуют воздух. 1 Р есть экспозиционная доза рентгеновского или γ-излучения, прикотором соответствующее ему корпускулярное излучение (т. е. электроны) производит в0,001293 г воздуха (в 1 см3 воздуха при нормальных условиях - при 0°С и 760 мм рт. ст.) такоечисло ионов, что их суммарный заряд равен 0,1 Кл для каждого знака.

При этом имеется в виду,что заряженные частицы, образовавшиеся в 1 см3 воздуха, израсходуют всю полученную энергию на ионизацию. Согласно определению, Рентген может применяться лишь для излучений сэнергией квантов не более 3 Мэв. Дозе в 1 Р соответствует образование 2,08⋅109 пар ионов в 1см3 воздуха или 1,61⋅1012 пар в 1 г воздуха. 1 Р = 2,57976⋅10-4 Кл/кг. При средней энергии ионизации молекул воздуха около 33 эВ 1 Р эквивалентен 85⋅10-4 Дж/г. Эта величина называется физическим эквивалентом рентгена (фэр).По величине экспозиционной дозы можно рассчитать поглощённую дозу рентгеновскогои γ-излучений в любом веществе. Для этого необходимо знать состав вещества и энергию фотонов излучения.При облучении живых организмов, в частности человека, возникают биологические эффекты, величина которых определяет степень радиационной опасности.

Для данного вида излучения наблюдаемые радиационные эффекты во многих случаях пропорциональны поглощённойэнергии. Однако при одной и той же поглощённой дозе в тканях организма биологический эффект оказывается различным для разных видов излучения. Следовательно, знание величины поглощённой дозы оказывается недостаточным для оценки степени радиационной опасности.Принято сравнивать биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, с биологическими эффектами, вызываемыми рентгеновским и γ-излучениями. Коэффициент, показывающий во сколько раз радиационная опасность для данного вида излучения выше, чем радиационная опасность для рентгеновского излучения при одинаковой поглощённойдозе в тканях организма, называется коэффициентом качества К. Для рентгеновского и γизлучений К=1. Для всех других ионизирующих излучений коэффициент качества устанавливается на основании радиобиологических данных.

Коэффициент качества может быть разным дляразличных энергий одного и того же вида излучения. Например, для тепловых нейтронов К=3,для нейтронов с энергией 0,5 МэВ К=10, а для нейтронов с энергией 5,0 МэВ К=7. Эквивалентная доза DЭ определяется как произведение поглощённой DП на коэффициент качества излучения К:DЭ = DП⋅КТ.к. коэффициент К является безразмерной величиной, то эквивалентная доза измеряется в техже единицах, что и поглощённая.Однако существует специальная единица эквивалентной дозы – бэр. Бэр (биологический эквивалент рентгена) (англ.

REM - roentgen equivalent man) - внесистемная единица измерения эквивалентной дозы. 1 бэр соответствует такому облучению живого организма данным видом излучения, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при экспозиционной дозеγ-излучения в 1 рентген.4Семестр 4. Лекция 26.В СИ бэр имеет ту же размерность и значение, что и рад - обе единицы равны 0,01 Дж/кгдля излучений с коэффициентом качества, равным единице. 100 бэр равны 1 зиверту.Эквивалентная доза в 1 бэр численно равна поглощённой дозе в 1 рад, умноженной накоэффициент качества К. Поскольку бэр достаточно большая единица измерения, обычно эквивалентную дозу измеряют в миллибэрах (мбэр, 10−3 бэр) или микрозивертах (мкЗв, 10−6 Зв).Таким образом, одинаковой величине эквивалентной дозе соответствует одинаковая радиационная опасность, которой подвергается человек при воздействии на него любого вида излучения.

Естественные источники ионизирующего излучения (космические лучи, естественнаярадиоактивность почвы, воды, воздуха, а также радиоактивность, содержащаяся в теле человека) создают в среднем мощность эквивалентной дозе 125 мбэр в год.Эквивалентная доза в 400-500 бэр, полученная за короткое время при облучении всегоорганизма, может привести к смертельному исходу (без специальных мер лечения). Однако такая же эквивалентная дозе, полученная человеком равномерно в течение всей его жизни, неприводит к видимым изменениям его состояния.Эквивалентная дозе в 5 бэр в год считается предельно допустимой дозой (ПДД) припрофессиональном облучении.Минимальная доза γ-излучения, вызывающая подавление способности к размножениюнекоторых клеток после однократного облучения, составляет 5 бэр.

При длительных ежедневных воздействиях дозе в 0,02-0,05 бэр наблюдаются начальные изменения крови, а доза в 0,11бэр - образование опухолей. Об отдалённых последствиях облучения судят по увеличению частоты мутаций у потомков. Доза, удваивающая частоту спонтанных мутаций у человека, вероятно, не превышает 100 бэр на поколение. При местном облучении, например с целью лечениязлокачественных опухолей, применяют (при соблюдении защиты всего организма) высокие Д.(6000-10000 бэр за 3-4 недели) рентгеновских или γ-лучей (лучевая терапия).В радиобиологии различают следующие дозы, приводящие к гибели животных в ранниеи поздние сроки. Дозы, вызывающая гибель 50% животных за 30 дней (так называемая летальная доза - ЛД30/50), составляет при однократном одностороннем рентгеновском или γоблучениях для морской свинки 300 бэр, для кролика 1000 бэр.

Минимальная абсолютно летальная доза (МАЛД) для человека при общем γ-облучении равна 600 бэр. С увеличением дозыпродолжительность жизни животных сокращается, пока она не достигает 2,8 - 3,5 сут, дальнейшее увеличение дозы не меняет этого срока. Лишь дозы выше 10000-20000 бэр сокращаютпродолжительность жизни до одних суток, а при последующем облучении - до нескольких часов.

При дозе в 15000-25000 бэр отмечаются случаи «смерти под лучом». Каждому диапазонудозы соответствует определённая форма лучевого поражения. Ряд беспозвоночных животных,растений и микроорганизмов обладает значительно более низкой чувствительностью.Лучевое повреждение организма сопровождается одновременно текущим процессом восстановления, который связан с нормализацией обмена веществ и регенерацией клеток. Поэтомуоблучение дробное или с малой мощностью доз вызывает меньшее повреждение, чем массивное воздействие. Изучение процессов восстановления важно для поисков радиозащитных веществ, а также средств и методов защиты организма от излучений. В небольших дозах все обитатели Земли постоянно подвержены действию ионизирующего излучения - космических лучейи радиоактивных изотопов, входящих в состав самих организмов и окружающей среды.

Испытания атомного оружия и мирное применение атомной энергии повышают радиоактивный фон.Это делает изучение биологического действия ионизирующих излучений и поиски защитныхсредств всё более важными.Биологическим действием ионизирующих излучений пользуются в биологических исследованиях, в медицинской и сельскохозяйственной практике. На биологическом действииионизирующих излучений основаны лучевая терапия, рентгенодиагностика, радиоизотопнаятерапия.5Семестр 4. Лекция 26.Измерение дозы излучения с целью предсказания радиационного эффекта осуществляютдозиметрами.Дозиметрические приборыДозиметрические приборы (дозиметры) - устройства, предназначенные для измерениядоз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами. Дозиметры могут служить дляизмерения доз одного вида излучения (γ-дозиметры, нейтронные дозиметры и т. д.) или смешанного излучения.Дозиметры для измерения экспозиционных доз рентгеновского и γ-излучений обычноградуируют в Рентгенах и называются рентгенметрами.

Дозиметры для измерения эквивалентной дозы, характеризующей степень радиационной опасности, иногда градуируют в Бэрахи их часто называют бэрометрами. Радиометрами измеряют активности или концентрацию радиоактивных веществ.Типичная блок-схема дозиметра состоит из детектора и измерительных устройств. В детекторе происходит поглощение энергии излучения, приводящее к возникновению радиационных эффектов, величина которых измеряется с помощью измерительных устройств. По отношению к измерительной аппаратуре детектор является датчиком сигналов. Показания дозиметров регистрируются выходным устройством (стрелочные приборы, самописцы, электромеханические счётчики, звуковые или световые сигнализаторы и т.

п.).По способу эксплуатации различают дозиметры стационарные, переносные (можно переносить только в выключенном состоянии) и носимые. Дозиметры для измерения дозы излучения, получаемой каждым человеком, находящимся в зоне облучения, называются индивидуальным дозиметром.В зависимости от типа детектора различают: ионизационные дозиметры, сцинтилляционные, люминесцентные, полупроводниковые, фотодозиметры и т. д.В случае ионизационных камер состав газа и вещества стенок выбирают таким, чтобыпри тождественных условиях облучения обеспечивалось одинаковое поглощение энергии (врасчёте на единицу массы) в камере и биологической ткани. В дозиметрах для измерения экспозиционных доз камеры наполняют воздухом.К числу устройств, накапливающих информацию о дозе излучения, относятся дозиметры, в которых детектором служат специальные сорта фоточувствительных плёнок.