Одиниці радіоактивності й дози випромінювання

Для ознайомлення з деякими поняттями радіаційної дозиметрії, що широко застосовуються у цивільному захисті, особливо останнім часом, доцільно згадати їх опис і одиниці вимірювання. В останні роки в науковій літературі одиниці радіоактивності даються в Міжнародній системі (СІ). Проте в науковій літературі минулих років у практиці ліквідації наслідків ядерних аварій, при градуюванні шкал дозиметричних приладів застосовують не тільки одиниці СІ, а і позасистемні одиниці. Враховуючи це, для зручності користування у методичних указівках одночасно подаються одиниці в системі СІ й несистемні (Таблиця 7).

Кількість радіоактивних речовин у середовищі (ступінь забруднення) часто буває дуже малою, що практично не дає можливості визначити їх ваговий вміст. Саме тому мірою радіоактивних речовин є не вага, а активність радіоізотопів.

Активністю радіоактивного елемента є кількість атомних розпадів, що відбуваються за 1 секунду. Таким чином, активність радіоактивного елемента визначається числом розпадів за одиницю часу; вона характеризує абсолютну швидкість радіоактивного розпаду радіонукліда. Активність радіоактивної речовини пропорційна її кількості й обернено пропорційна періоду напіврозпаду. Кількість радіоактивної речовини свідчить про її активність, тобто про кількість атомів, що розпадаються за 1 секунду.

За одиницю активності (активність нукліда в радіоактивному джерелі) прийнята одиниця в системі СІ – бекерель (Бк, Bq) – це така кількість радіоактивної речовини, в якій відбувається 1 акт розпаду за 1 с; похідні одиниці є килобекерель (кБк) - 1000 Бк, мегобекерель (мБк) - 1000000 Бк. Позасистемна одиниця – кюрі (Кі, Сі) – така кількість радіоактивної речовини в якій відбувається 37 млрд актів розпаду за 1 с. Співвідношення між одиницями: Бк = 2,7 ∙ 10^–11 Кі; 1Бк = 1 розп/с; 1 Кі = 3,7∙10¹⁰ Бк = 3,7 ∙10¹⁰ розп/с (Таблиця 7). За одиницю радіоактивності речовини (питому вагову активність) прийнята одиниця бекерель на кілограм (Бк/кг), а несистемна – кюрі на кілограм (Кі/кг). Одиницею радіоактивності рідкого і газоподібного середовища – питомою об’ємною активністю є одиниця в системі СІ – бекерель на літр (Бк/л), а позасистемна одиниця – кюрі на літр (Кі/л). За одиницю радіоактивності площі – (питома щільність забруднення) в системі СІ прийнято бекерель на квадратний метр (Бк/м²), несистемна одиниця – кюрі на квадратний кілометр (Кі/км²).

Іонізуючу властивість радіації в повітрі характеризують дозою випромінювання.

Доза випромінювання – це кількість енергії радіоактивних випромінювань поглинутих одиницею об’єму середовища, яке опромінюється. Доза випромінювання (або опромінення) є мірою уражаючої дії радіоактивних випромінювань на організм людини, тварин і рослини. Вона може накопичуватися за різний час, а біологічне ураження від опромінення залежить від величини дози і від часу її накопичення. Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози.

Експозиційною називають дозу випромінювання, що характеризує іонізаційний ефект рентгенівського і гамма-випромінювань у повітрі. Це доза, яка характеризує джерело і радіоактивне поле створене нею. Експозиційну дозу випромінювання гамма-променів вимірюють позасистемною одиницею – рентгеном (Р, R). Один рентген – це така доза рентгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см³ сухого повітря при температурі 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд. пар іонів (або точніше 2,08∙10⁹). На практиці застосовують менші похідні одиниці: мілірентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^–3 Р) і мікрорентген (1 Р = 1000000 мкР; 1 мкР = 10^–6 Р). У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг, C/kg). Це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якому в кожному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорівнює 1 кулону. Одиниця опромінення в системі СІ дорівнює 3876 Р. Експозиційна доза в рентгенах досить надійно характеризує небезпеку дії іонізуючих випромінювань при загальному і рівномірному опроміненні організму людини. Співвідношення між одиницею експозиційної дози системи СІ і позасистемною: 1 Кл/кг = 3876 Р або 1 Кл/кг = 3,88∙10³ Р; 1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг. Рентген визначає кількість енергії (дозу), яку одержує об’єкт, а не характеризує час, за який вона одержана. Для оцінювання дії іонізуючого випромінювання за одиницю часу застосовується поняття " потужність дози ".

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) – це інтенсивність випромінювання, що утворюється за одиницю часу і характеризує швидкість накопичення дози. Одиницею потужності експозиційної дози в системі СІ є ампер на кілограм (А/кг, A/kg), а позасистемною одиницею для вимірювання випромінювань у повітрі є рентген за годину (Р/год, R/h), рентген за секунду (Р/с, R/s) або часткові одиниці: мілірентген за годину (мР/год), мікрорентген за годину (мкР/год).

Співвідношення між одиницею системи СІ і позасистемною одиницею потужності експозиційної дози: 1 А/кг = 1 Кл/(кг∙с) = 3876 Р/с, 1 Р/с = 2,58∙10^–4 А/кг = 2,58∙10^–4 Кл/(кг∙с).

Рентген як одиниця вимірювання за своїм визначенням є кількісною характеристикою гамма- чи рентгенівського випромінювання і нічого не говорить про кількість енергії, поглинутої об’ємом, який опромінюється. Через це для оцінювання ступеня впливу випромінювання на організм введено поняття " поглинута доза ".

Поглинута доза – це кількість енергії різних видів іонізуючих випромінювань, поглинутих одиницею маси речовини.

Одиниця поглинутої дози випромінювання тканинами організму в системі СІ – джоуль на кілограм (Дж/кг, J/kg). Дж/кг – це кількість енергії будь-якого виду іонізуючого випромінювання, поглинутого 1 кілограмом тіла. Крім цього, одиницею вимірювання поглинутої дози є грей (Гр, Gy). Ще застосовують позасистемну одиницю – рад (rad) (це скорочення від англійського radiation absorbent dose) – поглинута доза будь-якого випромінювання, за якої кількість енергії, поглинутої 1 г речовини, що опромінюється, відповідає 100 ерг, 1 рад = 0,01 Дж/кг = 100 ерг поглинутої речовини в тканинах. Співвідношення між одиницею поглинутої дози системи СІ і позасистемною одиницею: 1 Дж/кг = 100 рад, 1 Гр = 100 рад, 1 Гр = 1 Дж/кг, 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг (Таблиця 7). Для визначення дози опромінення біологічних об’єктів вимірюють дозу в повітрі в Р, а потім розрахунковим шляхом знаходять поглинуту дозу в радах. Через те, що доза випромінювання 1 Р у повітрі енергетично еквівалентна 88 ерг/г, то поглинута енергія в радах для повітря становить 88/100 = 0,88 рад. Таким чином, якщо доза випромінювання в повітрі дорівнює 1 Р, то поглинута доза буде 0,88 рад. Поглинута доза більш точно визначає вплив іонізуючих випромінювань на біологічні тканини організму, в яких різні атомний склад і густина. Є окрема залежність між поглинутою дозою і радіаційним ефектом: чим більша поглинута доза, тим більший радіаційний ефект. Поглинута доза характеризує радіаційний ефект для всіх видів органічних і хімічних тіл, крім живих організмів. Одиницею потужності поглинутої дози в системі СІ є грей за секунду (Гр/с, Gy/s) і джоуль на кілограм за секунду (Дж/(кг∙с), J/(kg∙s)), а позасистемною – рад за секунду (рад/с, rad/s); співвідношення між ними: 1 Гр/с = 1 Дж/(кг∙с); 1 Гр/с = 100 рад/с, 1 рад/с = 0,01 Гр/с. Але поглинута доза не враховує те, що вплив на організм такої самої дози різних випромінювань неоднаковий. Наприклад, альфа-випромінювання у 20 разів, а бета-випромінювання у 10 разів небезпечніше від гамма-випромінювання. Знання величини поглинутої дози не досить для точного передбачення ні ступеня трудності, ні ймовірності виникнення ефектів ураження. Через це введена еквівалентна доза.

Еквівалентна доза характеризує те, що різні види іонізуючого випромінювання під час опромінювання організму однаковими дозами приводять до різного біологічного ефекту. Це пов’язано з неоднаковою питомою щільністю іонізації, викликаної різними видами випромінювань. Так, кількість іонів, які утворюються під дією випромінювання на одиниці шляху в тканинах, тобто щільність іонізації альфа-частинками, у сотні разів вища від гамма-променів. Тому введено поняття " відносна біологічна активність ", яка показує співвідношення поглинутих доз різних видів випромінювання, що викликають однаковий біологічний ефект. Якщо умовно прийняти біологічну ефективність гамма- і бета-променів за одиницю, то для альфа-частинок вона буде дорівнювати десяти, а для повільних і швидких нейтронів відповідно п’яти і двадцяти. Еквівалентна доза опромінення використовується для оцінювання дії випромінювання на живі організми, насамперед людини і тварини.

Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв, Sv). Один зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, гамма- та бета-випромінювань). Для обліку біологічної ефективності випромінювань введена несистемна одиниця поглинутої дози – біологічний еквівалент рентгена (бер). Один бер – це доза будь-якого виду випромінювання, яка створює в організмі такий же біологічний ефект, як одиниця рентгенівського або гамма-випромінювання. Доза в берах виражається тоді, коли необхідно оцінити загально-біологічний ефект незалежно від типу діючих випромінювань. Співвідношення між одиницею еквівалентної дози в системі СІ і позасистемною одиницею: 1 Зв = 100 бер, 1 бер = 0,01 Зв.

Таблиця. Величини й одиниці, використовувані в дозиметрії іонізуючих злучений

Фізичні величини, символи	СИ	Несистемна	Співвідношення між ними
1. Активність радіоізотопів, С;	Бк – беккерель	Ки – Кюри	1 Бк = 1 расп/с = 2,7∙10^-11 Ки 1 Ки= 3,7∙10^10Бк=3,7∙10^10расп/с.
- питома вагова активність: - питома об’ємна активність: питома щільність забруднення:	Бк/кг Бк/л Бк/м^2	Кі/кг Кі/л Кі/км^2
2. Поглинута доза, Д	Гр – грей; Gy Дж/кг; J/kg	Рад – рад; rad	1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад 1 рад = 0,01Гр = 0,01 Дж/кг =100 Эрг/г
Потужність поглинутої дози:	Гр/с; Дж/(кг∙с) Gy/s; J/(kg∙s)	Рад/с; rad/s	1 Гр/с = 1 Дж/(кг∙с); 1 Гр/с = 100 рад/с, 1 рад/с = 0,01 Гр/с.
3. Еквівалентна доза, Н	Зв – зиверт	Бэр – бэр	1 Зв = 100 бэр; 1 бэр = 0,01Зв
Потужність еквівалентної дози:	Зв/с; Sv/s	бер/с	1 Зв/с = 100 бер/с, 1 бер/с = 0,01 Зв/с.
4. Експозиційна доза, Х	Кл/кг – кулон на килограмм	Р, мР, мкР – рентген, мили-, микро-рентген	1 Кл/кг = 3876 Р = 3,88∙10^3 1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг
Потужність експозиційної дози:	А/кг, A/kg	Р/год, Р/с, мР/год, мкР/год	1 А/кг = 1 Кл/(кг∙с) = 3876 Р/с; 1 Р/с = 2,58∙10^–4 А/кг = 2,58∙10^–4 Кл/(кг∙с).

Щоб урахувати нерівномірність ураження від різних видів випромінювань введено "коефіцієнт якості", на який необхідно перемножити величину поглинутої дози від певного виду випромінювання, щоб одержати еквівалентну дозу. Всі міжнародні й національні норми встановлені в еквівалентній дозі опромінення.

Одиницею потужності еквівалентної дози в системі СІ є зіверт за секунду (Зв/с, Sv/s), а позасистемною одиницею є бер за секунду (бер/с) співвідношення між ними: 1 Зв/с = 100 бер/с, 1 бер/с = 0,01 Зв/с.

Слід зазначити, що співвідношення між дозою та потужністю дози (рівнем радіації) є дуже простим: доза є інтегральною характеристикою, а потужність дози – диференційною характеристикою. Аналогічним є співвідношення між шляхом та швидкістю руху в механіці.

2. Проникаюча радіація ядерного вибуху. Проникаюча радіація ядерного вибуху - це потік γ - випромінювання і нейтронів, що випускаються з зони і хмари вибуху. Час дії проникаючої радіації на наземні об'єкти складає 15-25 с. Нейтронне випромінювання має місце в момент вибуху і до 15-25 с після вибуху, а потім їм можна зневажити і на радіоактивному сліді існує в основному β- і γ-випромінювання. Основні радіоактивні продукти ядерного вибуху, речовина (з номером ізотопу): період напіврозпаду: углеpод-14 = 5370 років; цезій-137 = 27 років; стpонций-90 = 20 років; циpконий-95 = 64 доби; йод-131 = 8 доби. Основним параметром, що характеризує ступінь небезпеки поразки людей проникаючою радіацією, є доза випромінювання (поглинена, експозиційна й еквівалентна дози). Уражаюча дія проникаючої радіації полягає в тому, що, поширюючись у середовищі, воно іонізує його атоми, а у випадку живої тканини – атоми і молекули кліток. У результаті такого біологічного впливу випромінювань на організм людини, у значній мірі залежного від поглиненої енергії, порушується нормальний плин біохімічних процесів і обмін речовин в організмі, може виникнути променева хвороба. При однократному зовнішнім опроміненні всього тіла людини в залежності від сумарної поглиненої дози випромінювання (ДВ) розрізняють 4 ступеня променевої хвороби:

1 ступінь (легка) виникає при ДВ = 100-200 рад = 100-200 P = (1-2 Гр);

2 ступінь (середня) – ДВ = 200-400 рад = 200-400 Р = (2-4 Гр);

3 ступінь (важка) настає при ДВ = 400-600 рад = 400-600 Р = (4-6 Гр);

4 ступінь (украй важка) – при ДВ > 600 рад = > 600 P = (> 6 Гр).

Надійним захистом від проникаючої радіації ЯВ є захисні спорудження ГЗ. Для воєнного часу, наприклад у випадку ядерного вибуху, установлені дози зовнішнього опромінення:

– при однократному опроміненні (до 4 доби) - не більш 50 рад (50 Р);

– при багаторазовому опроміненні - протягом 1 місяця - 100 рад (100 Р);

– протягом 3 місяців - 200 рад;

– протягом 1 року - 300 рад.

Після ядерного вибуху (ЯВ) з часом спостерігається спад рівня радіації. 1. Кожне семиразове збільшення часу, що пройшов після ЯВ, приводить до зниження рівнів радіації в 10 разів, а стосовно до аварії на ЧАЕС - у 2 рази. 2. Найбільш різкий спад рівня радіації відбувається в перші години після ЯВ чи катастрофи на АС. При цьому досягається максимальне нагромадження дози радіації на відкритій місцевості. Це обставина дуже важлива при організації захисту населення і доцільно в перші години використовувати захисні спорудження (ЗС) - притулки, протирадіаційні укриття (ПРУ) і засоби індивідуального захисту (ЗІЗ) протягом не менш двох діб. 3. Знаючи захисні властивості ЗС, а також рівень радіації на місцевості, можливо по спеціальних таблицях визначити режими радіаційного захисту робітників, службовців підприємств і населення на радіоактивно зараженій місцевості.

Дата добавления: 2015-07-10