Файл: Лекции по РБ.doc

Внесистемной единицей активности является кюри (Ки). Кюри – это такая активность, когда число радиоактивных распадов в секунду равно 3,7 х 10¹⁰ (37 млрд. расп./с). Кюри соответствует активности 1г радия. Так как кюри очень большая величина, то обычно употребляют производные величины: мКи – милликюри (тясячная доля кюри) – 3,7 х 10⁷ расп/с; мкКи – микрокюри (миллионная доля кюри) – 3,7 х 10⁴ расп/с; нКи – нанокюри (миллиардная доля кюри) – 3,7х10 расп/с.

Зная активность в беккерелях, не трудно перейти к активности в кюри и наоборот:

1 Ки = 3,7 х 10¹⁰ Бк = 37 гигабеккерель;

1 мКи = 3,7 х 10⁷ Бк = 37 мегабеккерель;

1 мкКи= 3,7 х 10⁴ Бк = 37 килобеккерель;

1 Бк = 1 расп/с = 2,7 х 10^-11 Ки.

На практике часто пользуются числом распадов в минуту.

1 Ки = 2,22 х 10¹² расп/мин

1 мКи = 2,22 х 10⁹ расп/мин

1 мкКи = 2,22 х 10⁶ расп/мин

При измерении активности радиоактивного образца ее обычно относят к массе, объему, площади поверхности или длине. Различают следующие виды активности радионуклида. Удельная активность – это активность, приходящаяся на единицу массы вещества (активность, отнесенная к единице массы) – Бк/кг, Ки/кг. Объемная активность – это активность, приходящаяся на единицу объема – Бк/л, Ки/л, Бк/м³, Ки/м³. В случае распределения радионуклидов на поверхности активность называется поверхностной (отношение активности радионуклида, на которой находится радионуклид) – Бк/м², Ки/м2 .Для характеристики загрязнения территории применяется величина Ки/км². Естественная радиоактивность калия-40 в почве соответствует 5мКи/км² (200 Бк/м²). При загрязнении местности в 40 Ки/км² по цезию-137 на 1м² поверхности размещается 2000000 млрд. ядер, или 0,455 микрограмм цезия-137. Линейная активность радионуклида – отношение активности радионуклида, содержащегося на длине отрезка к его длине.

Массу в граммах при известной активности (например, 1Ки) радионуклида определяют по формуле m = к х А х Т½ х а, где m - масса в граммах; А – атомная масса; Т½ - период полураспада; а – активность в кюри или беккерелях; к – константа, зависящая от единиц, в которых дан период полураспада и активность. Если период полураспада дан в секундах, то при активности в беккерелях константа равна 2,4 х 10^-24 , при активности в кюри – 8,86 х 10^-14. Если период полураспада дан в других единицах, то его переводят в секунды.

Подсчитаем массу ¹³¹J с периодом полураспада 8,05 дней для создания активности в 1 кюри.

М = 8,86 х 10^-14 х 131 х 8,05 х 24 х 3600 х 1 = 0,000008г. Для стронция-90 масса равна 0,0073, плутония-239 – 16,3г, урана-238 – 3т. Возможно вычислить активность в беккерелях или кюри радионуклида при известной его массе: а₀ = l x m/ (А х Т ¹/₂), где l- параметр, обратный константе «к». При Т½ измеренных в секундах, а активности – в беккерелях, l = 4,17 х 10²³, при активности в Ки l = 1,13 х 10¹³. Так, активность 32,6 г плутония- 239 равно

а₀ = 1,13 х 10¹³ х 32,6 (239 х 24300 х 365 х 24 х 3600)=2 Ки

а₀= 4,17 х 10¹³ х 32,6 ( 239 х 24300 х 365 х 24 х 3600)= 7,4 х 10¹⁰ Бк

Биологическое действие радиации обусловлено ионизацией облучаемой биологической среды. На процесс ионизации излучение растрачивает свою энергию. Т.е., в результате взаимодействия излучения с биологической средой живому организму передается определенная величина энергии. Часть излучения, которая пронизывает облучаемый объект (без поглощения ), действия на него не оказывает. Радиационный эффект зависит от многих факторов: количества радиоактивности снаружи и внутри организма, пути ее поступления, вида и энергии излучения при распаде ядер, биологической роли облучаемых органов и тканей т.д. Объективным показателем, увязывающем все эти разнообразные факторы, является количество поглощенной энергии излучения от ионизации, которую эта энергия производит в массе вещества.

Для того, чтобы предсказать величину радиационного эффекта, нужно научиться измерять интенсивность воздействия ионизирующего излучения. А это можно сделать, измерив поглощенную в объекте энергию или суммарный заряд образовавшихся при ионизации ионов. Эта величина поглощенной энергии получила название дозы.

3.3. Экспозиционная доза

Общее количество падающей на объект энергии излучения за время облучения может быть получено измерением так называемой экспозиционной дозы. Как уже отмечалось, гамма- или рентгеновское излучение образует в среде определенное количество ионов. Так как поглощенная энергия расходуется на ионизацию среды, то для измерения ее необходимо подсчитать число пар ионов, образующихся под действием излучения. Однако измерить число пар ионов непосредственно в глубине тканей живого организма сложно. В связи с этим для количественной характеристики рентгеновского и гамма-излучения, действующего на объект, определяют сначала экспозиционную дозу в воздухе, а затем расчетным путем определяют поглощенную дозу для тканей и органов организма. Экспозиционную дозу определяют по ионизирующему действию излучения в определенной массе воздуха и только при значениях энергии рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне от десятков килоэлектронвольт до трех мегаэлектронвольт.

Экспозиционная доза рассчитывается только для рентгеновского и гамма-излучения, ибо только кванты этих излучений достаточно долгопробежные и могут создавать равномерное наружное облучение. Альфа- и бета-излучения короткопробежные, большая их часть поглощается одеждой и кожей, и не представляют большой опасности для внутренних органов.

Экспозиционная доза– это количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучения, основанная на их ионизирующем действии и выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в элементарном объеме воздуха в условиях электронного равновесия. За единицу экспозиционной дозы в Международной системе единиц (СИ) принят один кулон электрического заряда в одном килограмме облучаемого воздуха.

Кл/кг - это такая экспозиционная доза рентгеновских и гамма-лучей, под действием которой в 1 кг сухого воздуха образуется число пар ионов, суммарный заряд каждого знака которых равен одному кулону. Это число составляет 6,24х10¹⁸ пар ионов.

На практике до сих пор применяют внесистемную единицу экспозиционной дозы – рентген. Рентген (Р) – единица экспозиционной дозы, при которой в 1 см³ воздуха ( 0,001293 г ) при нормальных условиях (0⁰ С и 1013 ГПА) образуется 2,082 х 10⁹ пар ионов. Обычно используют производные рентгена – дробные доли: миллирентген – мР (тысячная доля рентгена), микрорентген – мкР (миллионная доля рентгена); мкР = 10^-6 Р, мР = 10^-3 Р.

При определении действия радиации на какую либо среду (особенно при облучении живого организма) необходимо учитывать не только общую дозу, но и время, за которое она получена. Поэтому вводится понятие мощность дозы. Мощность экспозиционной дозы (уровень радиации) – это доза, отнесенная к единице времени: Р/час, мР/час, мкР/час. В Международной системе единиц мощность экспозиционной дозы выражается в Кл/кг х с или А/кг (ампер на кг). Взаимосвязь между единицами экспозиционной дозы следующая: 1 Кл/кг = 3876Р; 1 Р = 2,58 х 10 ^-4 Кл/кг.

Поскольку на образование одной пары ионов в воздухе в среднем затрачивается 34 эВ, то энергетический эквивалент рентгена в 1 см³ воздуха составляет:

2,08 х 10⁹ х 34 = 7,08 х 10⁴ МэВ = 0,114 эрг/см³ или в 1г воздуха – 88 эрг.(0,114 : 0,001293 = 88).

Чтобы рассчитать поглощенную дозу в тканях организма сначала определяют поглощенную дозу в воздухе, а затем, используя переходный коэффициент, переходят к поглощенной дозе в тканях.

Так, например, зная, что на образование 1 пары в воздухе затрачивается 34эВ энергии (1эВ = 1,6 х 10^-19Дж), можно рассчитать, что при экспозиционной дозе в воздухе в 1Кл/кг на ионизацию 1кг воздуха (образование 6,24 х 10¹⁸ пар ионов) затрачивается 34Дж.

6,24 х 10¹⁸ х 34/1,6 х 10^-19 = 33,94Дж/кг, т.е. при экспозиционной дозе в 1Кл/кг поглощенная доза в воздухе составит 34 Дж/кг.

От поглощенной дозы в воздухе к поглощенной дозе в биологической ткани переходят с использованием множителя 1,09, т.е. при облучении организма экспозиционной дозой в 1 Кл/кг ткани организма поглощают 37 Дж/кг энергии ионизирующих излучений (34 Дж/кг х 1,09 = 37 Дж/кг),

3.4. Поглощённая доза

Поглощенная доза излучения является основной величиной, определяющей степень радиационного воздействия. Экспозиционная доза характеризует поле радиации вокруг объекта. Воздействие же на объект (организм) оказывает только на часть радиации, которую поглощает этот объект. Для измерения поглощенной энергии введено понятие поглощенная доза.

Поглощенная доза излучения – это величина энергии, поглощенной в единице объема ( или массы) облучаемого вещества.

За единицу поглощенной дозы в СИ принимают джоуль на килограмм (Дж/кг), т.е. это такая поглощенная доза, при которой в 1 кг массы облучаемого вещества поглощается 1 Дж энергии излучения. Этой единице присвоено наименование грей (Гр).

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад (radiation absorbent dose), она в 100 раз меньше Гр. Рад – единица поглощенной дозы ионизирующего излучения, при которой веществом массой 1 г поглощается энергия излучения, равная 100 эрг.

1 рад = 100 эрг/г = 10^-2 Дж/кг. 1 Гр = Дж/кг = 100 рад.

Применяют такие производные величины от Гр и рад.

мГр – миллигрей (10^-3 Гр)

мкГр –микрогрей (10^-6 Гр)

крад – килорад (10^-9 рад) и т.д.

Мощность поглощенной дозы – это поглощенная доза, отнесенная к единице времени. За единицу мощности в СИ принят ватт/кг (Вт/кг) – ватт равен мощности, при которой работа в 1 Дж проводится за 1 с.

Внесистемные единицы: рад в час (рад/ч), рад в мин (рад/мин), грей в секунду (Гр/с), рад в секунду (рад/с).

Если в воздухе экспозиционная доза в 1 Р энергетически эквивалента 88 эрг/г, то поглощенная доза для этой среды составляет 0,88 раз (88:100), так как 1 рад = 100 эрг/г. Таким образом экспозиционная доза в 1 Р соответствует поглощенной дозе в 0,88 рад.

Для различных биологических тканей используют переходные коэффициенты (их определяют опытным путем). Для мягких тканей он составляет 0,93, для костной ткани – 2-5.

Поглощенная доза обычно рассчитывается для рентгеновского и гамма-излучения. Для других видов излучений принята эквивалентная доза.

3.5. Эквивалентная доза

При одной и той же поглощенной дозе различные виды излучений (альфа-, бэта-, гамма-излучения и др.) оказывают различные биологические эффекты. Объясняется это различной ионизирующей способностью. Для количественной оценки качества излучения, т. е. для сравнения различных видов излучения, введено понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ).