Развитие дозиметрии как науки
12. РАЗВИТИЕ ДОЗИМЕТРИИ КАК НАУКИ
Дозиметрия ионизирующих излучений представляет собой раздел прикладной ядерной физики, включающий в себя свойства ионизирующих излучений, физические величины, описывающие поля излучений, взаимодействие излучения с веществом и методы определения этих величин. Дозиметрия рассматривает только физические величины, связанные с ожидаемым радиационным эффектом. Поэтому такие величины называют дозиметрическими. Они вводятся для установления связи между измеряемым значением физической величины и ожидаемым радиационным воздействием. Вне связи с этими воздействиями любые дозиметрические измерения теряют смысл.
Строго говоря, под дозиметрией понимают “раздел прикладной ядерной физики, в котором рассматриваются физические величины, характеризующие распределение ионизирующего излучения и его взаимодействие с веществом, которые могут быть сопоставлены с величиной радиационно-индуцированного эффекта в веществе”. Такое сопоставление необходимо для предсказания последствий облучения в объектах не только живой, но и неживой природы, а также для исследования процессов, которые вызывают наблюдаемые при облучении последствия.
12.1. История возникновения дозиметрии
Первоначальное развитие дозиметрии началось с решения проблем защиты человека от рентгеновского излучения, отрицательное влияние которого выявилось сразу же после их открытия — в 1895 году В. Груббе, помощник Рентгена, работая с рентгеновскими лучами, получил радиационный ожог рук. Появилась задача количественной оценки интенсивности рентгеновского излучения. Для данной цели стали применять флюоресценцию, фото- и тепловые эффекты, а также химические методы. В дальнейшем работы в этом направлении выделились в отдельную область дозиметрии — в рентгенометрию, в рамках которой определился набор основных измеряемых величин и сформировались практически все методы современной дозиметрии.
Дозиметрия всегда была тесно связана с практикой радиологии, потому что длительное время радиологи были единственной большой группой пользователей радиоактивных источников. Главной задачей радиологов был проводившийся время от времени простой контроль количества излучения, вырабатываемого их рентгеновскими аппаратами.
До 1942 г. дозиметрия использовалась практически только медиками-радиологами. С 1942 г., когда Энрико Ферми в Чикагском университете запустил первый ядерный реактор, объём ядерно-физических работ резко возрос, стало производиться большое количество радиоактивных нуклидов. Проблемы радиационной безопасности стали актуальными не только для работников атомной промышленности, но и для широких слоёв населения. Дозиметрия начинает обслуживать не только физиков и медиков, но и биологов, химиков, работников промышленности и сельского хозяйства — всех тех, кто так или иначе оказался связанным с использованием ионизирующих излучений.
Расширился круг задач, решаемых дозиметрией. Кроме первоначальной задачи радиационной безопасности, она стала использоваться в радиационно-физических, радиационно-химических и радиобиологических областях исследований. Без нормального дозиметрического обеспечения невозможно применение ионизирующих излучений и радионуклидов в медицине, промышленности и сельском хозяйстве.
В настоящее дозиметрия играет важную роль в охране окружающей среды, где она используется для контроля радиационных полей и рассеянных радионуклидов естественного и искусственного происхождения.
Рекомендуемые материалы
12.2. Основные понятия дозиметрии
Все радиационные воздействия обуславливаются энергией излучения, поглощаемой облучаемым объектом. Основной дозиметрической величиной является доза как мера этой поглощённой энергии. В сущности, под дозиметрией обычно понимают измерение дозы с помощью дозиметров.
Доза поглощённая (D) – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:
где 
– средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а
dm – масса вещества в этом объеме.
Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. 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 в органе или ткани (DТ) – средняя поглощенная доза в определенном органе или ткани человеческого тела:
где mT – масса органа или ткани, а
D – поглощенная доза в элементе массы dm.
Доза эквивалентная (HT,R) – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, WR:
HT,R = WR × DT,R,
где DT,R – средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, а
WR – 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 (WR) – 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 кэВ до 100 кэВ……………………….................. | 10 |
| от 100 кэВ до 2 МэВ…………….…………………….. | 20 |
| от 2 МэВ 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 (Е) – величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения организма человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности.
Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:
где НТ – эквивалентная доза в органе или ткани Т, а
WТ – взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т.
Единица эффективной дозы – зиверт (Зв).
Доза эквивалентная (HT(τ))или эффективная (E(τ)) ожидаемая при внутреннем облучении – доза за время τ, прошедшее после поступления радиоактивных веществ в организм:
где 
– момент поступления, а
– мощность эквивалентной дозы к моменту времени t в органе или ткани Т.
Когда τ не определено, то его следует принять равным 50 годам для взрослых и (70-) – для детей и подростков.
Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы (WT) – 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* |
В лекции "17 Культура Итальянского Возрождения" также много полезной информации.
*При расчетах учитывать, что «Остальное» включает надпочечники, головной мозг, экстраторокальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку, вилочковую железу и матку. В тех исключительных случаях, когда один из перечисленных органов или тканей получает 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.
Доза эффективная (эквивалентная) годовая – сумма эффективной (эквивалентной) дозы внешнего облучения человека, полученной за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год.
Единица годовой эффективной дозы – зиверт (Зв).
Доза эффективная коллективная – мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения; она равна сумме индивидуальных эффективных доз.
Единица эффективной коллективной дозы – человеко-зиверт (чел.-Зв).
Доза предотвращаемая – прогнозируемая доза вследствие радиационной аварии, которая может быть предотвращена защитными мероприятиями.
