Файл: Лекции по РБ.doc

ОБЭ оценивают сравнением дозы излучения, вызывающий определенный биологический эффект, с дозой стандартного излучения, обусловливающего тот же эффект. ОБЭ указывает, во сколько раз биологический эффект при воздействии данного вида излучения сильней за действия стандартного облучения на биологический объект (клетку, организм в целом). Обычно в качестве стандартного излучения используют рентгеновское излучение с энергией в 180-250 кэВ. Значение (величину, коэффициент) ОБЭ вычисляют по отношению дозы рентгеновского излучения к дозе данного излучения.

Регламентированные значения ОБЭ, установленные для контроля степени радиационной опасности при хроническом облучении, называют коэффициентом качества (КК) излучения. Коэффициент качества показывает, во сколько раз данный вид излучения более биологически опасен, чем рентгеновское и гамма-излучение при одинаковой поглощенной дозе. Для рентгеновского излучения, гамма-излучения, электронов и позитронов КК равен 1,0; для нейтронов с энергией меньше 20 кэВ – 3; для протонов с энергией меньше 10 МэВ – 10; для нейтронов с энергией 0,1 – 10 МэВ – 10; для альфа-излучений и тяжелых ядер отдачи – 20. Это означает, что альфа-излучение, которое попадает внутрь организма, в 20 раз более опасно, чем гамма-излучение. С учетом различия в повреждающем воздействии разных ионизирующих излучений на организм человека применяется понятие эквивалентной дозы. При ее помощи оцениваются вредные эффекты биологического воздействия любого типа ионизирующих излучений.

Эквивалентная доза – это произведение поглощенной дозы излучения в биологической ткани на коэффициент качества этого излучения в данной биологической ткани. Единицей эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). 1 3в = Дж/кг, т.е. зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 1Дж/кг. Используются также производные единицы: мЗв – миллизиверт (в тысячу раз меньше Зв); мкЗв – микрозиверт (в миллион раз меньше Зв).

Эквивалентная доза ионизирующего излучения является основной величиной, определяющей уровень радиационной опасности при хроническом облучении человека в малых дозах. Понятие эквивалентной дозы и коэффициента качества применяют только при дозах в 10 ПДД (предельно допустимых доз). При больших дозах используют поглощенную дозу и соответствующие коэффициенты ОБЭ (Кобэ). Кобэ – отношение доз стандартного излучения (гамма-излучения ⁶⁰Со) и исследуемого ионизирующего излучения, необходимых для получения одинакового биологического эффекта. Кобэ для быстрых нейтронов равен 0,7-0,8, альфа-излучения – 0,55-1,3, нейтронов деления – 1,6-4,42.

Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рентгена). Бэр – это поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, которая имеет такую же биологическую эффективность, как и один рад.

Соотношение между дозами: 1Зв = 1 Дж/кг; 1 Зв = 100бэр;

1 бэр = 0,01 Зв = 10 ^–2 Дж/кг, 1 бэр = 10 мЗв

Мощность эквивалентной дозы – отношение эквивалентной дозы к единице времени. Зв/с, мкЗв/час. Допустимая средне годовая мощность эквивалентной дозы при облучении всего тела работающих при 36 часовой рабочей неделе равен 28 мкЗв/час, естественный фон создает мощность эквивалентной дозы в пределах 0,05 – 0,2 мкЗв/час (по данным МКРЕ – Международной комиссии по радиологическим единицам и измерениям).

Поскольку коэффициент качества равен и больше единицы, то и эквивалентная доза больше поглощенной (или равна ей). Например, для бета-излучения КК = 1 и эквивалентной дозе в 1 Зв соответствует поглощенная доза в 1 Гр. Для альфа-излучения КК = 20 поэтому эквивалентной дозе в 1 Зв соответствует поглощенная доза в 0,05 Гр (1:20).

3.6. Эффективная эквивалентная доза

Эквивалентная доза рассчитывается для “усредненной” биологической ткани человеческого тела. Но дозы приходится определять и для отдельных органов (в случаях неравномерного облучения различных органов и тканей тела человека, а также при необходимости лучевой терапии опухолей, когда не требуется облучать все тело целиком).

По отношению к ионизирующим излучениям органы и биологические ткани имеют разную радиочувствительность. Сильнее всего поражается красный костный мозг, половые железы, меньше – нервная ткань. Учет радиочувствительности производят с помощью коэффициентов радиационного риска – КР, которые позволяют провести сопоставление последствий неравномерного облучения отдельных органов с такими же последствиями равномерного облучения всего тела. В случаях неравномерного облучения разных органов или тканей тела человека вводится понятие эффективной эквивалентной дозы.

Эффективная эквивалентная доза - это эквивалентная доза, умноженная на коэффициент радиационного риска, учитывающий разную чувствительность различных тканей к облучению. Международной комиссией по радиационной защите (МКРЗ) приняты следующие коэффициенты радиационного риска для различных тканей или органов человека: для красного костного мозга – 0,12; для молочной железы – 0,15; для половых желез – 0,25; для легких – 0,15; для щитовидной железы – 0,03.

С учетом этих коэффициентов, например, облучение щитовидной железы дозой в 1 Зв (100 бэр) приводит к такому же поражению организма, как и облучение всего организма дозой в 1 Зв х 0,03 = 0,03 Зв (3 бэра). Допустимая доза на щитовидную железу составляет 33 Зв (1 Зв: 0,03 = 33 Зв), так как допустимая доза на весь организм составляет 1 Зв.

Определение эффективной эквивалентной дозы очень важно при избирательном накоплении радионуклидов, например, йода-131 в щитовидной железе, стронция-90 в костях (облучение красного костного мозга). Таким образом, эффективная эквивалентная доза является основным показателем для оценки радиационного воздействия излучений на человека.

Единицей измерения эффективной эквивалентной дозы является Зиверт (Зв) и бэр.

3.7. Другие дозовые величины

Ожидаемая эффективная эквивалентная доза предполагает определение дозовой нагрузки за некоторый период времени (например, за 70 лет, т.е. «доза за жизнь», или же за 10, 20 и т.д. лет). Эта доза позволяет оценить вероятность последствий и принять соответствующие защитные меры.

Расчет дозы очень сложен. Он учитывает периоды полураспада отдельных радионуклидов, их долю в общей радиоактивности, способность накапливаться в организме и выводиться из организма, особенности рациона питания и загрязненность продуктов, долю внешнего облучения и множество других факторов.

Измеряется ожидаемая эффективная эквивалентная доза в Зв (зивертах).

Коллективная эффективная эквивалентная доза – это эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации (иначе, - это сумма индивидуальных эффективных эквивалентных доз). Измеряется доза в человеко-Зивертах (чел.-Зв), (чел.-бэр). Коллективную дозу можно рассчитать для отдельного поселка, города, области и т.д. Таким образом, коллективная доза – это объективная оценка масштаба радиационного поражения.

Например, расчеты после аварии на ЧАЭС показали, что дозовая нагрузка только от радионуклида цезия-137 на население Скандинавских стран и стран центральной Европы в течение первого года после аварии составила 8 х 10⁴чел.-Зв. Доза, полученная населением бывшего СССР, проживающим на загрязненной территории в течение года составила 2,5 х 10⁵чел.-Зв.

Коллективная доза позволяет вычислить количество не только явных, но и отдаленных последствий облучения (количество раковых и других заболеваний).

Ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза - это доза, рассчитанная на определенный предстоящий период времени при условии, если какая-то группа (количество) людей продолжает жить в условиях длительного хронического (постоянного) облучения и известны закономерности изменения радиационного воздействия. Этот показатель позволяет прогнозировать риск заболеваний в такой группе людей, среднюю продолжительность жизни и т.д. Например, ожидаемая коллективная доза в результате аварии на ЧАЭС оценивается в 6,2 х 10⁵ чел.-Зв (52% ее приходится на Европейские страны, 37% - на страны бывшего СССР, 10% - на Азию, 1% - на Африку, 0,3%- на Америку).

Снижению ожидаемой коллективной дозы содействует отселение из потерпевших районов, исключение из сельхозоборота земель, на которых по пищевым цепочкам распространяется радиоактивность, дезактивация местности, контроль продуктов питания, соблюдение индивидуальных мер защиты и т.д.

3.8. Переходные коэффициенты

При движении радиоактивного облака человек облучается снаружи всеми излучениями взвешенных в воздухе радиоактивных веществ, а также попавшими внутрь радионуклидами при дыхании. При проживании на загрязненной территории получаемая доза обусловлена как внешним, так и внутренним облучением. Разработаны экспериментальным путем для каждого вида радионуклидов переходные коэффициенты, взаимоувязывающие активность, мощность экспозиционной дозы, эффективную дозу.

Например, для цезия установлены следующие переходные коэффициенты: 1Бк/м² = 0,0004 мкР/час или 1 Ки/км² = 14,8 мкР/час

1 Бк/м² = 0,022 мкЗв/год или 1Ки/км² = 0,80 мЗв/год.

Каждый мкР/час создает дозу в 0,05 мЗв/год.

Таким образом, при загрязнении цезием-137 в 5 Ки/км² (185 кБк/м²) мощность экспозиционной дозы составляет 75 мкР/ч, внешнее облучение за год составит 4м Зв

Доза внутреннего облучения зависит от рациона питания, типа почв, растительности. Для внутреннего облучения устанавливаются также соответствующие переходные коэффициенты. При потреблении в год 332 кг молока, 133 кг хлеба и круп, 37 кг овощей, 118 кг корнеплодов и фруктов, 63 кг мяса при загрязнении местности цезием-137 в 5 Ки/км² внутреннее облучение составляет 3,35 м Зв/год.

Если до аварии активность цезия-137 в молоке составляла 0,03-0,3 Бк/л, то в мае месяце 1986г на юге Гомельской области составляла 330000 Бк/л.

Подсчитаем, какую эквивалентную дозу получил ребенок, выпив 2л молока с активностью йода-131 4кБк/л. Масса щитовидной железы 5г. Средняя энергия поглощенного излучения на каждый акт распада составляет 500 кэВ. В щитовидной железе накапливается 45% поступившего йода.

1. Активность, поступившая в организм равна 2л х 4 кБк/л = 8 кБк.

2. Активность, накопившаяся в щитовидной железе равна 8 кБк х 45%= 3600 Бк.

3. Удельная активность в щитовидной железе

   3600 х 1000	=7,2 х 105 Бк/кг
   5 г

4. За сутки в щитовидной железе происходит 7,2х10⁵ х 8,64х10⁴с =6,22 х 10¹⁰ расп/с.

5. Щитовидная железа поглощает 6,2х10¹⁰ х 5х10⁵ эВ = 31,1х10¹⁵ эВ = 5х10^-3 Дж/кг = 5 х 10 ^–3Гр.

6. Эквивалентная доза на щитовидную железу составляет 5х10^–3 Гр = 5 м Зв (коэффициент качества для бета-излучений равен 1,0).

7. Эквивалентная доза на все тело составляет при коэффициенте радиационного риска для щитовидной железы 5 мЗв х 0,05 = 0,25 мЗв. (0,025 бэр).