единицы радиоактивности и дозы излучения («Приложение №1» для самост.работы студентов*)

единицы радиоактивности и дозы излучения («Приложение №1» для самост.работы студентов^*)

Для ознакомления с некоторыми понятиями радиационной дозиметрии, широко применяемыми в гражданской защите, в особенности в последнее время, целесообразно вспомнить их описание и единицы измерения. В последние годы в научной литературе единицы радиоактивности даются в Международной системе (СИ). Тем не менее, в научной литературе минувших лет в практике ликвидации последствий ядерных аварий, при градуировании шкал дозиметрических приборов применяют не только единицы СИ, а и внесистемные единицы. Учитывая это, для удобства пользования в учебнике одновременно подаются единицы в системе СИ и внесистемные.

Количество радиоактивных веществ в среде (степень загрязнения) часто бывает очень маленьким, что практически не дает возможности определить их весовое содержание. Именно поэтому мерой радиоактивных веществ является не вес, а активность радиоизотопов.

Активностью радиоактивного элемента является количество атомных распадов, которые происходят в 1 секунду. Таким образом, активность радиоактивного элемента определяется числом распадов за единицу времени, она характеризует абсолютную скорость радиоактивного распада радионуклида. Активность радиоактивного вещества пропорциональна его количеству и обратно пропорциональна периоду полураспада. Количество радиоактивного вещества свидетельствует о его активности, т.е. о количестве атомов, которые распадаются за 1 секунду.

За единицу активности (активность нуклида в радиоактивном источнике) принята единица в системе СИ - беккерель (Бк, Bq) - это такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 1 акт распада за 1 с; производные единицы: килобеккерель (кБк) – 1000 Бк, мегобеккерель (МБк) – 1000000 Бк. Внесистемная единица активности - кюри (Ки) - такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 37 млрд. актов распада за 1 с. и производные единицы: 1 мКи = 10^-3 Ки, 1 мкКи = 10^-6 Ки, 1 нКи = 10^-9 Ки.

Соотношение между единицами: Бк = 2,7∙10^-11 Ки; 1Бк = 1 расп/с; 1 Ки = 3,7∙10¹⁰ Бк = 3,7∙ 10¹⁰ расп/с.

За единицу радиоактивности вещества (удельную весовую активность) принята единица беккерель на килограмм (Бк/кг), а внесистемная - кюри на килограмм (Ки/кг).

Единицей радиоактивности жидкой и газообразной среды - удельной объемной активностью – является единица в системе СИ - беккерель на литр (Бк/л), а внесистемная единица - кюри на литр (Ки/л).

За единицу радиоактивности площади - удельную плотность загрязнения в системе СИ – принят беккерель на квадратный километр (Бк/км²), производные: кБк/м²; внесистемная единица - кюри на квадратный километр (Ки/км²).

Ионизирующее свойство радиации в воздухе характеризуют дозой излучения.

Доза излучения - это количество энергии радиоактивных излучений, поглощенных единицей объема среды, которая облучается. Доза излучения (или облучение) является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека, животных и растений. Она может накапливаться за разное время, а биологическое поражение от облучения зависит от величины дозы и от времени ее накопления.

Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения.

Экспозиционной дозой называют дозу излучения, которая характеризует ионизационный эффект рентгеновского и гамма-излучений в воздухе. Это доза, которая характеризует источник и созданное им радиоактивное поле. Экспозиционную дозу излучения гамма-лучей измеряют внесистемной единицей - рентгеном (Р, R). Один рентген - это такая доза рентгеновского или гамма-излучения, которая в 1 см³ сухого воздуха при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. создает 2 млрд. пар ионов (или точнее 2,08·10⁹). На практике применяют и производные единицы: миллирентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^-3 Р) и микрорентген (1 Р = 1000000 мкР; 1 мкР = 10^-6 Р). В системе СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг, C/kg). Это единица экспозиционной дозы излучения, при которой в каждом килограмме воздуха образуются ионы с общим зарядом, который равняется 1 кулону.

Единица облучения в системе СИ равняется 3876 Р. Экспозиционная доза в рентгенах довольно надежно характеризует опасность действия ионизирующих излучений при общем и равномерном облучении организма человека или животного. Соотношения между единицей экспозиционной дозы системы СИ и внесистемной: 1 Кл/кг = 3876 Р или 1 Кл/кг = 3,88∙10³ Р; 1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг. Рентген определяет количество энергии (дозу), которое получает объект, но не характеризует время, за которое она получена. Для оценки действия ионизирующего излучения за единицу времени применяется понятие " мощность дозы ".

Мощность экспозиционной дозы (уровень радиации) - это интенсивность излучения, которое получается за единицу времени и характеризует скорость накопления дозы. Единицей мощности экспозиционной дозы в системе СИ является ампер на килограмм (А/кг, A/kg), а внесистемной единицей для измерения излучений в воздухе является рентген в час (Р/ч, R/h), рентген в секунду (Р/с, R/s) или производные единицы: миллирентген в час (мР/ч), микрорентген в час (мкР/ч). Соотношение между единицей системы СИ и внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы: 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 как единица измерения по своему определению является количественной характеристикой гамма- или рентгеновского излучения и ничего не говорит о количестве энергии, поглощенной объемом, который облучается. Поэтому для оценки степени влияния излучения на организм введено понятие " поглощенная доза ".

Поглощенная доза - это количество энергии разных видов ионизирующих излучений, поглощенных единицей массы вещества. Единица поглощенной дозы излучения тканями организма в системе СИ - джоуль на килограмм (Дж/кг, J/kg). Дж/кг - это количество энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенного 1 килограммом тела. Кроме этого, единицей измерения поглощенной дозы является грей (Гр.). Еще применяют внесистемную единицу - рад (rad) (это сокращение от англ. radіatіon absorbent dose) - поглощенная доза любого излучения, при которой количество энергии, поглощенной 1 г вещества, которое облучается, соответствует 100 эрг; 1 рад = 0,01 Дж/кг = 100 эрг поглощенного вещества в тканях. Соотношение между единицей поглощенной дозы системы СИ и внесистемной единицей: 1 Гр = 1 Дж/кг, 1 Дж/кг = 100 рад, 1 Гр = 100 рад, 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг.

Для определения дозы облучения биологических объектов измеряют дозу в воздухе в Р, а потом расчетным путем находят поглощенную дозу в радах. Из-за того, что доза излучения 1 Р в воздухе энергетически эквивалентна 88 эрг/г, то поглощенная энергия в радах для воздуха составляет 88/100 = 0,88 рад. Таким образом, если доза излучения в воздухе равняется 1 Р, то поглощенная доза будет 0,88 рад.

Поглощенная доза более точно определяет влияние ионизирующих излучений на биологические ткани организма, которые имеют разные атомный состав и плотность. Есть отдельная зависимость между поглощенной дозой и радиационным эффектом: чем больше поглощенная доза, тем больше радиационный эффект. Поглощенная доза характеризует радиационный эффект для всех видов органических и химических тел, кроме живых организмов.

Единицей мощности поглощенной дозы в системе СИ является грей в секунду (Гр/с) и джоуль на килограмм за секунду (Дж/(кг·с), J/(kg·s)), а внесистемной - рад в секунду (рад/с, rad/s); соотношение между ними: 1 Гр/с = 1 Дж/(кг·с); 1 Гр/с = 100 рад/с, 1 рад/с = 0,01 Гр/с.

Но поглощенная доза не учитывает то, что влияние на организм такой же дозы, но разных излучений неодинаково. Например, альфа-излучение в 20 раз, а бета-излучение в 10 раз опаснее, чем гамма-излучения. Знание величины поглощенной дозы недостаточно для точного предвидения ни степени трудности, ни вероятности возникновения эффектов поражения. Из-за этого введена эквивалентная доза.

Эквивалентная доза характеризует то, что разные виды ионизирующего излучения во время облучения организма одинаковыми дозами приводят к разному биологическому эффекту. Это связано с неодинаковой удельной плотностью ионизации, вызванной разными видами излучений. Так, количество ионов, которые образуются под действием излучения на единице пути в тканях, то есть плотность ионизации альфа-частицами, в сотни раз выше, чем гамма-лучей. Поэтому введены понятия " относительная биологическая активность ", которая показывает соотношение поглощенных доз разных видов излучения, которые вызовут одинаковый биологический эффект. Если условно принять биологическую эффективность гамма- и бета-лучей за единицу, то для альфа-частиц она будет равняться десяти, а для медленных и быстрых нейтронов соответственно пяти и двадцати. Эквивалентная доза облучения используется для оценки действия излучения на живые организмы, прежде всего человека и животного.

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв, Sv). Один зиверт равняется поглощенной дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского, гамма- и бета-излучений).

Для учета биологической эффективности излучений введена внесистемная единица поглощенной дозы - биологический эквивалент рентгена (бэр). Один бэр - это доза любого вида излучения, которая создает в организме такой же биологический эффект, как единица рентгеновского или гамма-излучение.

Доза в бэрах выражается тогда, когда необходимо оценить общебиологический эффект независимо от типа действующих излучений. Соотношение между единицей эквивалентной дозы в системе СИ и внесистемной единицей: 1 Зв = 100 бэр, 1 бэр = 0,01 Зв. Чтобы рассчитать неравномерность поражения от разных видов излучений, введен " коэффициент качества ", на который необходимо перемножить величину поглощенной дозы от определенного вида излучения, чтобы получить эквивалентную дозу. Все международные и национальные нормы установлены в эквивалентной дозе облучения.

Единицей мощности эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт в секунду (Зв/с, Sv/s), а внесистемной единицей является бэр в секунду (бэр/с) соотношение между ними: 1 Зв/с = 100 бэр/с, 1 бэр/с = 0,01 Зв/с.

Величины и единицы, используемые в дозиметрии ионизирующих излучений

Физические величины, символы	СИ	Внесистемная	Соотношение между ними
Активность радиоизотопов, С;	Бк – беккерель кБк, мБк	Ки– Кюри, мКи=10^-3Ки,мкКи=10^-6, нКи=10^-9Ки	1 Бк = 1 расп/с = 2,7∙10^-11 Ки 1 Ки= 3,7∙10^10Бк=3,7∙10^10расп/с.
- удельная весовая активность: - удельная объемная активность: - удельная плотность загрязнения:	Бк/кг Бк/л Бк/м^2, кБк/м^2	Ки/кг Ки/л Ки/км^2
Поглощенная 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 = 100Эрг/г
Мощность поглощенной дозы:	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.
Эквивалентная доза, Н	Зв – зиверт	Бэр – бэр	1 Зв = 100 бэр; 1 бэр = 0,01Зв
Мощность эквивалентной дозы:	Зв/с; Sv/s	Бэр/с	1 Зв/с = 100 бер/с, 1 бер/с = 0,01 Зв/с.
Экспозиционная доза, Х	Кл/кг – кулон на килограмм	Р, мР, мкР -рентген, мили-, микрорентген	1 Кл/кг = 3876 Р = 3,88∙10^3 Р 1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг
Мощность экспозиционной дозы:	А/кг, A/kg –ампер на кг	Р/час, Р/с, мР/час, мкР/час	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).

Следует отметить, что соотношение между дозой и мощностью дозы (уровнем радиации) является очень простым: доза является интегральной характеристикой, а мощность дозы - дифференциальной характеристикой. Аналогичным является соотношение между расстоянием и скоростью движения в механике.

^* приложение № 1 «Единицы радиоактивности и дозы излучения» составлено доцентом кафедры «Охрана и безопасность на море» ОНМУ А. В. Гавриловым.

Дата добавления: 2015-08-29