ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.08.2024
Просмотров: 225
Скачиваний: 0
где z, υ – соответственно зарядовое число и скорость фотона; – плотность вещества.
Потеряв энергию, частица останавливается. Расстояние R, пройденное частицей в веществе, называется пробегом.
Пробег определяется формулой
R |
0 |
dx |
||
R dx |
|
|
dE |
|
|
||||
0 |
E0 |
dE |
||
|
|
|
||
E0
0
dE |
|
|
dE |
, |
(6.2) |
|
|
|
|
||||
|
||||||
|
|
|
dx |
|
|
|
где Е0 – энергия частицы до попадания в вещество.
Чтобы получить окончательное выражение для R, приближенно
можно положить f(υ) υ2. Учитывая, что mυ2 / 2 = Е, получим (–dE / dx) = = mz2 / E и
R (1/ z2m ) EdE E02 / (z2m ) mv04 / (z2 ), |
(6.3) |
где υ0 – начальная скорость ионизирующей частицы; m – масса частицы. Из (6.3) следует, что пробег частиц быстро растет при увеличении их
начальной скорости (либо энергии) и убывает при увеличении зарядового числа и плотности среды.
Энергия, затрачиваемая на образование одной пары ионов, называет-
ся потенциалом ионизации данного вещества или средней энергией ионо-
образования. Потенциал ионизации воздуха составляет 33–35 эВ. Количество пар ионов, образованных в среде фотоном или частицей
на единице пути называется линейной плотностью ионизации (ЛПИ), которая характеризует ионизирующую способность излучения.
Скорости движения альфа-частиц в воздухе имеют значения в интервале от 14 000 до 22 500 км/с. ЛПИ альфа-частиц в воздухе составляет 25–30 тыс. пар ионов/см пути, а за 3–4 мм до конца пробега ее ионизирующая способность достигает максимума – около 65 тыс. пар ионов/см пути. Если начальная энергия альфа-частицы составляет 4–9 МэВ и на каждый акт ионизации затрачивается в среднем 34 эВ, то на всем пути в воздухе образуется 100–300 тыс. пар ионов. Если альфа-частица полностью израсходует свой запас кинетической энергии, то присоединяет к себе два электрона и превращается в нейтральный атом гелия.
Скорость движения бета-частиц в воздухе составляет 250 000– 270 000 км/с. ЛПИ бета-частиц в воздухе в сотни раз меньше, чем альфачастиц и составляет примерно 100–300 пар ионов/см пути.
Гамма-кванты не имеют ни заряда, ни массы покоя и поэтому рас-
49
пространяются в воздухе со скоростью света (300 000 км/с). ЛПИ гаммаквантов в воздухе в тысячи раз меньше, чем ЛПИ альфа-частиц и составляет 2–3 пары ионов/см пути.
Пробеги в воздухе альфа-частиц в зависимости от энергии составляют 2,5–8,6 см, максимум – 11,5 см, а в органической ткани – 70–110 мкм (0,07–0,11 мм). Даже тонкого листа бумаги достаточно, чтобы альфачастицы полностью поглотились.
Пробеги в воздухе бета-частиц в сотни раз больше, чем у альфачастиц и в зависимости от энергии составляют от нескольких миллиметров до 44 м, в органической ткани – максимум 55,4 мм.
Пробеги в воздухе гамма-квантов составляют десятки и сотни метров. Например, средняя длина пробега гамма-кванта с энергией 1 МэВ составляет в воздухе 122 м, а в тканях человека 14 см.
1.2. Дозиметрические величины и их единицы
Для количественной оценки воздействия ионизирующего излучения на облучаемый объект в дозиметрии введено понятие дозы.
Доза излучения – мера воздействия излучения на вещество. Предмет дозиметрии – измерения и расчеты доз.
Экспозиционная доза. В качестве характеристики воздействия фотонного излучения с энергией от 5 кэВ до 3 МэВ на окружающую среду используют экспозиционную дозу Х.
Экспозиционная доза Х фотонного излучения – это отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, образованных в сухом атмосферном воздухе (при полном торможении вторичных электронов и позитронов) в элементарном объеме dV, к массе воздуха dm в этом объеме:
X |
dQ |
. |
(6.4) |
|
|||
|
dm |
|
|
В СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг), а внесистемная единица рентген (Р). Рентген – это доза фотонного излучения, при какой в 1 см3 сухого атмосферного воздуха в результате ионизации при нормальных условиях (температура 0 С, давление 101,3 кПа или 760 мм рт. ст.) образуется заряд q, равный 3,34 10 10 Кл каждого знака, что соответствует образованию 2,08 109 пар ионов. Так как 1 см3 воздуха имеет массу 1,29 10 6 кг, то
1 Р = 3,34 10 10 / 1,29 10 6 = 2,58 10 4 Кл/кг.
Таким образом, 1 Р = 2,58 10 4 Кл/кг;
50
1 Кл/кг = 3,88 103 Р.
Дольные единицы: 1 мкР = 10 6 Р и 1 мР = 10 3 Р.
В условиях лучевого равновесия заряженных частиц экспозиционной дозе 1 Кл/кг соответствует поглощенная доза 33,8 Гр в воздухе и 36,9 Гр в биологической ткани.
Дозе в 1 Р соответствует поглощенная доза 0,87 рад в воздухе или 0,96 рад в биологической ткани. Поэтому в тканях с погрешностью до 5% экспозиционную дозу в рентгенах и поглощенную дозу в радах можно считать одинаковыми.
Мощность экспозиционной дозы (МЭД) фотонного излучения Х
это отношение приращения экспозиционной дозы dХ за интервал времени dt к этому интервалу времени:
|
dХ |
|
|
Х = |
dt |
. |
(6.5) |
Единицей мощности экспозиционной дозы является 1 Кл/(кг с) |
или |
||
1 А/кг (А ампер). Чаще употребляются дольные единицы, например, мкА/кг в СИ и внесистемные 1 Р/ч или 1 мкР/ч.
На территории Беларуси до аварии на Чернобыльской АЭС мощность экспозиционной дозы (естественный радиационный фон) в различных районах составляла от 2 до 12 мкР/ч (0,02–0,12 мкЗв/ч). В настоящее время в некоторых населенных пунктах, находящихся на загрязненных радионуклидами территориях, значения МЭД достигают 100–280 мкР/ч.
Поглощенная доза. Экспозиционная доза количественно характеризует облучение воздуха и лишь косвенное – об облучении других материальных тел. Воздействие на эти тела оказывает только та часть излучения, которая в них поглощается.
Поглощенная доза излучения D это отношение средней энергии dE , переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном
объеме, к массе dm вещества в этом же объеме |
|
D = dE / dm. |
(6.6) |
Эта величина позволяет количественно оценить воздействие различных видов излучений в любой среде. В СИ поглощенную дозу излучения измеряют в греях (Гр). Один грей соответствует поглощенной дозе излучения при которой веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения, равная 1 Дж (1 Гр = 1 Дж/кг).
Внесистемная единица поглощенной дозы рад. Один рад соответствует поглощеной дозе излучения, при которой веществу массой 1 г передается энергия ионизирующего излучения равная 100 эрг (1 эрг = 10 7 Дж).
51
Таким образом, |
1 рад = 100 эрг/г = 1 10 2 Дж/кг = 1 сГр; |
|
|
|
1 Гр = 100 рад. |
|
|
Дольные единицы: мкГр, мГр, мкрад, мрад. |
|
||
Скорость нарастания облучения вещества характеризуется мощно- |
|||
|
|
|
|
стью поглощенной дозы D . |
|
|
|
Мощность поглощенной дозы |
|
||
D – отношение приращения погло- |
|||
щенной дозы dD за интервал времени dt к этому интервалу: |
|
||
|
|
dD |
(6.7) |
|
D = |
dt . |
|
Мощность поглощенной дозы в СИ измеряется в греях в секунду (1 Гр/c = 1 Дж/(кг с), а внесистемная единица 1 рад/c.
Эквивалентная доза. Из-за разной ионизирующей способности аль- фа-, бета- и гамма-излучения даже при одной и той же поглощенной дозе оказывают разное поражающее биологическое действие. Различие в величине радиационного воздействия можно учесть, приписав каждому виду излучения свой взвешивающий коэффициент излучения WR (табл. 6.1).
|
Взвешивающие коэффициенты WR для отдельных видов |
Таблица 6.1 |
|
|
|
|
|
|
ионизирующего излучения (в соответствии с НРБ-2000) |
|
|
|
|
|
|
|
Вид излучения |
WR |
|
Рентгеновское и -излучение (любых энергий) |
1 |
|
|
Бета-излучение (электроны, позитроны) |
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 |
5 |
|
|
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра |
20 |
|
|
Из табл. 6.1 видно, что -кванты и электроны поражают органическую ткань одинаково и для них WR = 1. Для -частиц WR = 20.
Таким образом, взвешивающий коэффициент (коэффициент качест-
ва) WR излучения характеризует степень разрушительного воздействия на биологический объект и показывает, во сколько раз данный вид излучения более опасен, чем фотонное излучение при одинаковой поглощенной дозе
D.
52