ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ ТА ДОЗИ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ ТА ДОЗИ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

Іонізуюче випромінювання діє певним чином на живі організми та екосистеми. Очевидно, що біологічний ефект пропорційний до кількості радіації та енергії, яку вона має, а також до кількості утворених іонів. Тому вибір одиниць випромінювання та їх математичне вираження є логічно пов’язаним з одиницями енергії, заряду та маси. Найбільш давніми одиницями для вимірювання кількості радіації були рентген та рад.

У рентгенах вимірюється експозиційна доза випромінювання, яка визначає іонізаційну здатність рентгенівського і γ-випромінювання в 1 см³ повітря, (тобто використовується лише для вимірювання електромагнітної радіації). Під ступенем іонізації повітря розуміється відношення сумарного заряду усіх утворених в об’ємі повітря іонів одного знака до маси даного об’єму. 1 рентген – це така експозиційна доза випромінювання, при якій в 1 см³ повітря при t = 0 ^оС та р = 760 мм.рт.ст. утворюються іони з сумарним зарядом в одну електростатичну одиницю (заряд 1 електрона = 4,8 * 10^-10 ел. стат. одиниць). Кількість пар іонів, що утворюється в цьому об’ємі, складає 2,08 * 10⁹. Рентген – це позасистемна одиниця. У системі СІ йому відповідає величина – кулон/кг. Оскільки маса 1 см³ повітря складає 0,001393 г, то можна визначити співвідношення між одиницями експозиційної дози: 1 рентген = 2,58 * 10^-4 Кл/кг та 1 Кл/кг = 3876 рентген.

Хоча експозиційна доза має багато обмежень і не може відображати ступінь ураження організмів від дії радіації, її зручно використовувати для оцінки загального радіаційного фону, як природного, так і  з урахуванням штучних джерел радіації. Для цього визначається міцність експозиційної дози, тобто доза за одиницю часу (ренген/сек.). У побуті та ЗМІ радіаційний фон зазвичай вказують у мкрентген/год.

У разі опромінення біологічного або будь-якого іншого об’єкта йому передається певна кількість енергії випромінювання, яка і запускає ураження. Це – поглинена доза випромінювання, яка показує енергію, яку отримав зразок речовини або біологічної тканини певної маси під час поглинання радіації будь-якого типу (електромагнітного або корпускулярного). Спочатку поглинена доза вимірювалася у радах. 1 рад – це доза радіації, в результаті поглинання якої 1 грамом речовини виділяється 0,1 Дж енергії. Згодом у системі СІ для визначення поглиненої дози було введено нову одиницю – грей. 1 грей відповідає 100 радам або 1 Дж/кг.

Хоча експозиційна і поглинена дози – це суттєво різні поняття, між ними існує взаємозв’язок: поглинена доза 1 рентгена у повітрі складає ≈ 0,88 рад.

Таким чином, поглинена доза вже показує ступінь опромінення біологічного матеріалу. Однак, за поглиненою енергією ще не можна судити про ступінь його ураження, оскільки різні типи випромінювання мають різні властивості і неоднакову здатність пошкоджувати тканини організму. Наприклад, за однакової поглиненої дози α-частки діють у 20 разів сильніше, ніж β-частки.

Для оцінки біологічної ефективності випромінювання використовують еквівалентну дозу випромінювання, яка являє собою поглинену дозу, помножену на коефіцієнт, який відображає здатність випромінювання даного типу пошкоджувати тканини організму.

Д_екв = Д_погл * Ф_я

Значення Ф_я для різних типів випромінювання наведено нижче:

Вид випромінювання:                                         Ф_я

Рентгенівське і γ-випромінювання.....................1

β-випромінювання................................................1

Протони................................................................10

Нейтрони проміжні.............................................10

                  швидкі.................................................20

α-випромінювання...............................................20

Еквівалентна доза вимірюється у позасистемних одиницях берах (ремах) або одиницях СІ – зівертах (1 зіверт = 100 бер). 1 бер – це поглинена доза будь-якого типу радіації, яка у разі хронічного опромінення дає такий самий біологічний ефект, як і 1 рад рентгенівського або γ-опромінення.

Істотним недоліком еквівалентної дози є те, що вона не враховує різну чутливість органів і тканин до радіації. Наприклад, при однаковій еквівалентній дозі опромінення виникнення раку в легенях є більш вірогідним, ніж у щитовидній залозі.

Тому більш точно сумарний ефект опромінення організму відображає так звана ефективна еквівалентна доза, що теж вимірюється у зівертах. Вона являє собою суму еквівалентних доз, які отримали різні органи, помножених на коефіцієнти, що враховують їх чутливість до опромінення.

Н_Е = ∑ Н_Т * W_Т,

де Н_Т – середнє значення еквівалентної дози в органі або тканині Т;

    W_Т – зважуючий фактор, що характеризує відношення ризику виникнення небажаних наслідків у даному органі або тканині до сумарного ризику в разі рівномірного опромінення всього тіла.

W_Т має різні значення для окремих органів та тканин, що встановлені міжнародними нормами, зокрема:

Орган:                                                              W_Т

Статеві залози.................................................0,20

Молочні залози...............................................0,15

Кістковий мозок, легені.................................0,12

Щитовидна залоза, печінка............................0,05

Шкіра...............................................................0,01

Інші органи......................................................0,05

Усе тіло (рівномірне опромінення)....................1

Для оцінки еквівалентної дози, яку отримує група людей від якогось джерела радіації або сумарної дози, отриманої населенням, що мешкає певний час на зараженій території, використовується колективна ефективна еквівалентна доза, що являє собою суму індивідуальних ефективних еквівалентних доз і вимірюється у людино-зівертах (люд*зв).

Для оцінки радіоактивності різних речовин та матеріалів використовують поняття активності радіонукліду. Для її вимірювання було встановлено одиницю – кюрі. Це – позасистемна одиниця. Один кюрі дорівнює такій кількості радіоактивної речовини, в якій відбувається 3,7 * 10¹⁰ розпадів за секунду. Зокрема, стільки розпадів спостерігається в 1 грамі радію у стані рівноваги до продуктів розпаду. Таким чином, усі речовини та ізотопи прирівнюються до радію. Для усунення цієї незручності у системі одиниць було введено нову одиницю – бекерель. 1 бекерель =  1 розпаду в секунду.