Дозы излучения и единицы измерения
| Вид материала | Документы |
- Тематический план практических занятий по лучевой диагностике и лучевой терапии, 37.89kb.
- Практическое задание на поиск информации в глобальной компьютерной сети Интернет. Вопрос, 1531.76kb.
- Колебания и волны, 42.79kb.
- Основные понятия, термины и единицы измерения, 347.45kb.
- Минающих элементов битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами,, 138.59kb.
- Тема физические величины и их единицы. Единицы измерений, 54.67kb.
- Реферат по дисциплине: бжд тема: Единица измерения ионизирующих излучений, 174.12kb.
- Реферат по ядерной физике на тему: «Счетчики ядерного излучения», 167.3kb.
- Память компьютера, 78.82kb.
- Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии, 1347.37kb.
Дозы излучения и единицы измерения
Действие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс.
Эффект облучения зависит от поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облучения тканей и органов.
Количественная оценка – специальные единицы – внесистемные и единицы в системе СИ.
Сейчас используются преимущественно единицы системы СИ.
В таблице дан перечень единиц измерения радиологических величин и проведено сравнение единиц системы СИ и внесистемных единиц.
| Основные радиологические величины и единицы | |||
| Величина | Наименование и обозначение единицы измерения | Соотношения между единицами | |
| Внесистемные | Си | ||
| Активность нуклида, А | Кюри (Ки, Ci) | Беккерель (Бк, Bq) | 1 Ки = 3.7*1010Бк 1 Бк = 1 расп/с 1 Бк=2.7*10-11Ки |
| Экспозицион- ная доза, X | Рентген (Р, R) | Кулон/кг (Кл/кг, C/kg) | 1 Р=2.58*10-4 Кл/кг 1 Кл/кг=3.88*103 Р |
| Поглощенная доза, D | Рад (рад, rad) | Грей (Гр, Gy) | 1 рад-10-2 Гр 1 Гр=1 Дж/кг |
| Эквивалентная доза, Н | Бэр (бэр, rem) | Зиверт (Зв, Sv) | 1 бэр=10-2 Зв 1 Зв=100 бэр |
| Интегральная доза излучения | Рад-грамм (рад*г, rad*g) | Грей- кг (Гр*кг, Gy*kg) | 1 рад*г=10-5 Гр*кг 1 Гр*кг=105 рад*г |
Для описания влияния ионизирующих излучений на вещество используются следующие понятия и единицы измерения:
Активность радионуклида в источнике (А). Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени (dN) к этому интервалу (dt):
A = dN/dt
Единица активности:
В системе СИ - Беккерель (Бк)
Внесистемная единица - Кюри (Ки).
Число радиоактивных ядер N(t) данного изотопа уменьшается со временем по закону:
N(t) = N0 exp (-0,693 t / T1/2)
где:
No - число радиоактивных ядер в момент времени t = 0,
Т1/2 -период полураспада - время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.
Массу m (в граммах) радионуклида активностью А рассчитывается по формуле :
m = 2.4*10-24 M T1/2 A
где
М - массовое число радионуклида
А - активность в Беккерелях,
T1/2 - период полураспада в секундах
Экспозиционная доза (X)
В качестве количественной меры рентгеновского и
-излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц :X = dQ/dm
Единица экспозиционной дозы - Рентген (Р).
Рентген - это экспозиционная доза рентгеновского и
-излучения, создающая в 1куб.см воздуха при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества.Экспозиционной дозе 1 Р соответствует 2.08*109 пар ионов 2.08*109 = 1/(4.8*10-10).
Если принять среднюю энергию образования 1 пары ионов в воздухе равной 33.85 эВ, то при экспозиционной дозе 1 Р одному кубическому сантиметру воздуха передается энергия, равная:
(2.08*109)*33.85*(1.6*10-12) = 0.113 эрг,
а одному грамму воздуха:
0.113/
возд = 0.113/0.001293 = 87.3 эрг.Поглощение энергии ионизирующего излучения является первичным процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в облученной ткани, приводящей к наблюдаемому радиационному эффекту.
Следует сопоставить наблюдаемый эффект с количеством поглощенной энергии или поглощенной дозы.
Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:
D = dE/dm
Единица поглощенной дозы - Грей (Гр).
Внесистемная единица Рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облученного вещества.
Эквивалентная доза (Н).
Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощенной дозы Dr, созданной облучением - r и усредненной по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель wr (называемый еще - коэффициент качества излучения).
Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм.
Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв).
| Весовые множители излучения | |
| Вид излучения и диапазон энергий | Весовой множитель |
| Фотоны всех энергий | 1 |
| Электроны и мюоны всех энергий | 1 |
| Нейтроны с энергией < 10 КэВ | 5 |
| Нейтроны от 10 до 100 КэВ | 10 |
| Нейтроны от 100 КэВ до 2 МэВ | 20 |
| Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ | 10 |
| Нейтроны > 20 МэВ | 5 |
| Протоны с энергий > 2 МэВ (кроме протонов отдачи) | 5 |
| α-частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра | 20 |
Влияние облучения носит неравномерный характер.
Для оценки ущерба здоровью человека за счет различного характера влияния облучения на разные органы (в условиях равномерного облучения всего тела) введено понятие эффективной эквивалентной дозы Еэфф применяемое при оценке возможных стохастических эффектов – злокачественных новообразований.
Эффективная доза равна сумме взвешенных эквивалентных доз во всех органах и тканях:где
wt - тканевый весовой множитель (таблица 12),
Ht -эквивалентная доза, поглощенная в ткани - t.
Единица эффективной эквивалентной дозы - Зиверт.
| Значения тканевых весовых множителей wt для различных органов и тканей. | |||
| Ткань или орган | wt | Ткань или орган | wt |
| Половые железы | 0.20 | Печень | 0.05 |
| Красный костный мозг | 0.12 | Пищевод | 0.05 |
| Толстый кишечник | 0.12 | Щитовидная железа | 0.05 |
| Легкие | 0.12 | Кожа | 0.01 |
| Желудок | 0.12 | Поверхность костей | 0.01 |
| Мочевой пузырь | 0.05 | Остальные органы | 0.05 |
| Молочные железы | 0.05 | | |
Коллективная эффективная эквивалентная доза.
Для оценки ущерба здоровью персонала и населения от стохастических эффектов, вызванных действием ионизирующих излучений, используют коллективную эффективную эквивалентную дозу S, определяемую как:
где:
N(E) - число лиц, получивших индивидуальную эффективную эквивалентную дозу Е.
Единицей S является человеко-Зиверт (чел-Зв).
Радионуклиды - радиоактивные атомы с данным массовым числом и атомным номером, (для изомерных атомов - и с данным определенным энергетическим состоянием атомного ядра).
Радионуклиды (и нерадиоактивные нуклиды) элемента иначе называют его изотопами.
Помимо названных выше величин для сравнения степени радиационного повреждения вещества при воздействии на него различных ионизирующих частиц с разной энергией используется также величина линейной передачи энергии (ЛПЭ), определяемая соотношением:
где
- средняя энергия, локально переданная среде ионизирующей частицей вследствие столкновений на элементарном пути dl.Пороговая энергия
обычно относится к энергии 
электрона. Из определения
следует, что линейная передача энергии является некоторым аналогом тормозной способности вещества. | Средние значения величины линейной передачи энергии L и пробега R для электронов, протонов и α-частиц в мягкой ткани. | |||
| Частица | Е, МэВ | L, КэВ/мкм | R, мкм |
| Электрон | 0.01 | 2.3 | 1 |
| 0.1 | 0.42 | 180 | |
| 1.0 | 0.25 | 5000 | |
| Протон | 0.1 | 90 | 3 |
| 2.0 | 16 | 80 | |
| 5.0 | 8 | 350 | |
| 100.0 | 4 | 1400 | |
| α-частица | 0.1 | 260 | 1 |
| 5.0 | 95 | 35 | |
По величине линейной передачи энергии можно определить весовой множитель данного вида излучения (таблица)
| Зависимость весового множителя излучения wr от линейной передачи энергии ионизирующего излучения L для воды. | |||||
| L, КэВ/мкм | < 3/5 | 7 | 23 | 53 | > 175 |
| wr | 1 | 2 | 5 | 10 | 20 |
Предельно допустимые дозы облучения
По отношению к облучению население делится на 3 категории.
Категория А облучаемых лиц или персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.
Категория Б облучаемых лиц или ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.
Категория В облучаемых лиц или население - население страны, республики, края или области.
Для категории А вводятся предельно допустимые дозы - наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.
Для категории Б определяется предел дозы.
Устанавливается три группы критических органов:
1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг.
2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам.
3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.
Дозовые пределы облучения для разных категорий лиц даны в таблице.
| Дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения (бэр/год). | |||
| Категории лиц | Группы критических органов | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Категория А, предельно допустимая доза (ПДД) | 5 | 15 | 30 |
| Категория Б, предел дозы (ПД) | 0.5 | 1.5 | 3 |
Острая лучевая болезнь
Острая лучевая болезнь развивается в результате гибели преимущественно делящихся клеток организма под влиянием кратковременного (до нескольких суток) воздействия на значительные области тела ионизирующей радиации.
Атомной радиацией, или ионизирующим излучением, называют потоки частиц и электромагнитных квантов, образующихся при ядерных превращениях, то есть в результате ядерных реакций или радиоактивного распада.
При прохождении этих частиц или квантов через вещество атомы и молекулы, из которых оно состоит, возбуждаются, как бы распухают, и если они входят в состав какого-либо биологически важного соединения в живом организме, то функции этого соединения могут оказаться нарушенными.
Если же проходящая через биологическую ткань ядерная частица или квант вызывает не возбуждение, а ионизацию атомов, то соответствующая живая клетка оказывается дефектной.
На население земного шара постоянно воздействует природный радиационный фон.
Это космическая радиация (протоны, альфа-частицы, гамма-лучи), излучение естественных радиоактивных веществ, присутствующих в почве, и излучение тех радиоактивных веществ (также естественных), которые попадают в организм человека с воздухом, пищей, водой и которые приводят к ионизации электрически нейтральных атомов и молекул.
Суммарная доза, создаваемая естественным излучением, сильно варьируется в различных районах Земли.
В Европейской части России она колеблется от 70 до 200 мбэр/год.
Естественный фон дает примерно одну треть так называемой популяционной дозы общего фона.
Еще треть человек получает при медицинских диагностических процедурах - рентгеновских снимках, флюорографии, просвечивании и тд.
Остальную часть популяционной дозы дает пребывание человека в современных зданиях.
Вклад в усиление радиационного фона вносят и тепловые электростанции, работающие на угле, поскольку уголь содержит рассеянные радиоактивные элементы.
При полетах на самолетах человек также получает небольшую дозу ионизирующего облучения.
Но все это очень малые величины, не оказывающие вредного влияния на здоровье человека.
Причиной острого лучевого поражения человека (лучевой болезни) могут быть как аварийные ситуации, так и тотальное облучение организма с лечебной целью - при трансплантации костного мозга, при лечении множественных опухолей с облучением в дозах, превышающих 50 бэр.
Тяжесть радиоактивного поражения в основном определяется внешним гамма-облучением.
При выпадении радиоактивных осадков она может сочетаться с загрязнением кожи, слизистых оболочек, а иногда и с попаданием радионуклидов внутрь организма.
Радионуклиды - это продукты радиоактивного распада, которые, в свою очередь, могут распадаться с испусканием ионизирующих излучений.
Основная их характеристика - это период полураспада, то есть промежуток времени, за который число радиоактивных атомов уменьшается вдвое.
Лучевая болезнь - это завершающий этап в цепи процессов, развивающихся в результате воздействия больших доз ионизирующего излучения на ткани, клетки и жидкие среды организма.
Изменения на молекулярном уровне и образование химически активных соединений в тканях и жидких средах организма ведут к появлению в крови продуктов патологического обмена - токсинов, но главное - это гибель клеток.
Лучевая болезнь проявляется в изменении функций нервной, эндокринной систем, нарушении регуляции деятельности других систем организма, в сочетании с клеточно-тканевыми поражениями.
Повреждающее действие ионизирующих излучений особенно сказывается на клетках кроветворной ткани костного мозга, на тканях кишечника. Угнетается иммунитет, что приводит к развитию инфекционных осложнений, интоксикации, кровоизлияниям в различные органы и ткани.
Выделяют 4 степени лучевой болезни в зависимости от полученной дозы:
легкую (доза 100-200 бэр),
среднюю (доза 200-400 бэр),
тяжелую (400-600 бэр),
крайне тяжелую (свыше 600 бэр).
При дозе облучения менее 100 бэр говорят о лучевой травме. При острой лучевой болезни легкой степени у некоторых больных могут отсутствовать признаки первичной реакции, но у большинства через несколько часов наблюдается тошнота, возможна однократная рвота.
При острой лучевой болезни средней степени выраженная первичная реакция проявляется главным образом рвотой, которая наступает через 1-3 часа и прекращается через 5-6 часов после воздействия ионизирующего излучения.
Хроническая лучевая болезнь - вызывается повторными облучениями организма в малых дозах, суммарно превышающих 100 рад, при этом большое значение имеет не только суммарная доза облучения, но и ее мощность, то есть срок облучения, в течение которого произошло поглощение дозы радиации в организме.
Хроническая лучевая болезнь обычно не является продолжением острой. Чаще всего развивается у работников рентгенологической и радиологической службы при плохом контроле за источниками радиации, нарушении персоналом техники безопасности в работе с рентгенологическими установками.
Основные дозовые пределы (НРБ-96)
Основным нормативным документом, регламентирующем уровни облучения профессиональных работников и населения является "Нормы радиационной безопасности (НРБ-96)".
Нормы радиационной безопасности устанавливают следующие категории облучаемых лиц:
Категория А - персонал - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.
Категория Б - ограниченная часть населения, которая по условиям проживания или размещению рабочих мест может подвергнутся воздействию ионизирующих излучений.
Категория В - все население.
Планируемое повышенное облучение при ликвидации аварии разрешается только в тех случаях, когда нет возможности избежать такого облучения в связи со спасением жизни людей, предотвращением дальнейшего развития аварии и облучения большого количества людей. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии, после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.
Лица, подвергшиеся облучению в дозе, превышающей 100 мЗв, в дальнейшем не должны подвергаться облучению в дозе более 20 мЗв/год.
Однократное облучение в дозе свыше 200 мЗв рассматривается как потенциально опасное. Лица подвергшиеся такому облучению должны выводится из зоны облучения и направляться на медицинское обследование. Дальнейшая работа с источниками облучения этим лицам может быть разрешена только медицинской комиссией.
Все лица, привлекаемые для проведения аварийных и спасательных работ, приравниваются к персоналу. Они должны быть обучены для работы в зоне радиационной аварии и пройти медосмотр. Повышенное облучение не допускается для работников, ранее уже получивших дозу 200 мЗв в год, а так же для лиц, имеющие медицинские противопоказания.
На рис. приведены средние дозы облучения, получаемые человеком за год от природных источников.
Самый значительный источник — радиоактивный газ радон и вещества, образующиеся при его распаде. Человек вдыхает их вместе с воздухом, поэтому облучение получают в основном органы дыхания.
Сам радон образуется из природного урана и тория. Он может поступать в помещения из почвы через фундамент и пол или выделяться некоторыми строительными материалами (гранитом, глиноземом, фосфогипсом, шлаком, красным кирпичом).
Иногда радон может выделяться из воды, если водопровод подключен к артезианской скважине, или из бытового газа во время его сгорания в газовой плите. В непроветриваемых помещениях радона накапливается больше.
Р
ис. 1. Дозы облучения, получаемые человеком в обычных условиях за один год от природных источников радиации на незагрязненной территории и при отсутствии аварийного облучения.
Космические лучи в среднем дают 15,5 % природного радиационного фона.
Создаваемое ими облучение зависит от высоты над уровнем моря (чем выше — тем больше) и от географического положения местности. Облучение космическими лучами – внешнее.
Внешнее облучение создают и различные природные вещества: радиоактивные изотопы урана, тория, калия и продукты их распада. Они содержатся в почве и горных породах, причем создаваемое ими облучение может довольно значительно колебаться в зависимости от характера местности.
В среднем эти вещества дают 12,5% природного фона. Попадают они и в различные строительные материалы, создавая облучение внутри зданий.
Те же самые вещества в небольших количествах находятся и в теле каждого человека, куда они поступают естественным путем — с пищей и водой (в основном это калий-40, который содержится в мышцах).
Они дают внутреннее облучение 40 миллирентген в год, или 17 % общего природного фона. Таким образом, доза облучения, получаемая человеком от природных источников, составляет примерно 240 миллирентген (0,24 рентгена) в год. При этом внутреннее облучение оказывается в 2,5 раза больше внешнего.
Если считать, что срок человеческой жизни составляет 70 лет, то за всю жизнь человек получает примерно 17 рентген природной радиации.
Уровень радиационного фона от природных источников в большинстве местностей составляет 5...20 микрорентген в час. Однако в тех местах, где на поверхности или под землей есть гранитные массивы, и там, где грунт или водные источники содержат много радиоактивных веществ, радиационный фон может достигать 40 микрорентген в час и более.
Приборы, измеряющие уровень гамма-излучения, показывают его в миллирентгенах в час (мР/ч) или в микрорентгенах в час (мкР/ч).
1 рентген (Р) равен 1000 мР/ч или 1 000 000 мкР/ч.
Микрорентгены в час уже, вероятно, знакомы вам по радио- и телепередачам или по газетам.
Правда, дикторы обычно не говорят «в час», а произносят просто «радиационный фон сегодня десять микрорентген». Для определения получаемой дозы нужно умножить эту величину на время, в течение которого человек подвергался облучению. Например, зачастую передают, что радиационный фон в городе Бишкек составляет 18 мкР/ч. Значит, за два часа, проведенных в этот день на улице, можно получить 36 микрорентген. Это немного.
По многочисленным данным, собранным в Хиросиме и Нагасаки, отмечены следующие степени поражения людей после воздействия на них однократных доз излучения:
1100 - 5000 Р - 100% смертность в течение одной недели;
550 - 750 Р - смертность почти 100%; небольшое количество
людей, оставшихся в живых, выздоравливает в
течении примерно 6 месяцев;
400 - 550 Р - все пораженные заболевают лучевой болезнью;
смертность около 50%;
270 - 330 Р - почти все пораженные заболевают лучевой
болезнью; смертность 20%;
180 - 220 Р - 50% пораженных заболевают лучевой болезнью;
130 - 170 Р - 25% пораженных заболевают лучевой болезнью;
80 - 120 Р - 10% пораженных чувствует недомогание и усталость
без серьезной потери трудоспособности.
0 - 50 Р - отсутствие признаков поражения
Таблица 4 Выживание людей, получивших большие разовые дозы облучения (без лечения)
| Полученная доза, рентгены | Число выживших из пострадавших, проценты |
| 200 | 98 |
| 300 | 88 |
| 400 | 52 |
| 450 | 25 |
| 500 | 15 |
| 600 | От 3 до 5 |
| 800 | Практически нет |
Для некоторых людей доза в 150 рентген оказывается смертельной, а другие остаются в живых, получив более 600 рентген. Кстати, чувствительность к радиации у человека самая высокая. Для кролика, например, смертельная доза примерно в два раза больше, чем для человека, а вот для насекомых она больше в сотни раз.
Семипалатинский полигон занимает особое место в истории испытаний ядерного оружия в бывшем Советском Союзе.
Именно здесь 29 августа 1949 года произошёл первый низкий воздушный взрыв.
В настоящее время установлено, что этот взрыв оказал на Алтай максимальное радиационное воздействие.
Всего за период с 1949 по 1990 годы на Семипалатинском полигоне было произведено около 470 ядерных взрывов (из них 120 воздушных), правда, после 1963 года взрывы производились исключительно под землёй на различной глубине в рамках программы по мирному использованию ядерной энергии.
Российский зелёный Крест выделил 22 взрыва, радиационное воздействие которых (полностью или частично) сказалось на территории края. В зоне радиоактивного загрязнения расположено 27 районов 45 городов с населением 1600 тыс человек, то есть 60,9 % населения Алтайского края могли периодически подвергаться облучению.