Дозиметрия

3.2.1.Ионизирующее излучение и его характеристики. Флюенс. Экспозиционная доза. Поглощенная доза. Коэффициент качества излучения. Эквивалентная доза.Единицы измерения доз.

Дозиметрия -раздел прикладной ядерной физики, в которой рассматриваются физические величины, характеризующие распределение ионизирующего излучения и его взаимодействие с веществом. Дозиметрические величины устанавливают связь между измеряемой физической величиной и величиной радиациооного эффекта в веществе.

Во всех случаях взаимодействия излучения с веществом происходит преобразование энергии излучения в другие виды энергии. Радиоактивные частицы взаимодействуют с ядрами,электронами. атомами и молекулами. Первопричиной радиациооных эффектов является поглощенная энергия.

Радиационно-индуцированный эффект -это нагрев тела, изменение его физических свойств (структуры) химических свойств, биологических изменений.

Важнейшая задача дозиметрии – определение дозы излучения в различных средах и особенно в тканях живого организма.

Ионизирующее излучение – поток частиц или электромагнитных квантов, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации его атомов и молекул. Ионизирующим излучением являются потоки электронов, позитронов. дейтронов, -частиц и других заряженных частиц, а также потоки нейтронов, рентгеновского и -излучения. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение не относят к ионизирующему излучению, хотя УФ-излучение ионизирует воздух.

Ионизирующее излучение формирует поле излучения. Поле излучения – область пространства, каждой точке которого поставлены в соотвествие физическая величины. являющиеся характеристиками поля излкучения. Это флюенс, плотность потока частиц, керма и энергетический спектр.

Флюенс (перенос) ионизирующих частиц – отношение числа ионизирующих частиц проникающих в объём элементарной сферы к площади поперечного сечения этой сферы

[ част/см² ] (3.4)

Плотность потока ионизирующих частиц – флюенс частиц за малый промежуток времени, деленный на этот промежуток

[ част/см² сек ] (3.5)

Керма (кинетическая энергия, освобожденная в веществе)-сумма начальных кинетических энергий всех заряженных частиц, образованных косвенным ионизирующим излучением нейтронов, рентгеновским и -излучением, в единице массы облучаемого вещества в результате взаимодействия с веществом

[ дж/кг ] (3.6)

Керма - мера энергии переданной излучением, заряженным частицам в данной точке облучаемого объёма.

Энергетический спектр ионизирующих частиц - распределение ионизирующих частиц по их энергиям.

Экспозиционная доза (доза облучения) –отношение суммарного заряда всех ионов одного знака созданных в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, которые были образованы фотонами в малом объёме воздуха, деленный на массу воздуха в этом объёме:

[ Кл/кг ] (3.7)

Рентген –внесистемная единица экспозиционной дозы. При дозе в 1 рентген в 1 см ³ воздуха (при 0^о С и 760 мм рт ст) образуется 2,08 10⁹ пар ионов имеющих заряд 1 СГС каждого знака_.

1 Р =2,54 10^-4 Кл / кг соответствует 96 эрг / г, (3.8)

Мощность экспозиционной дозы - приращение экспозиционной дозы за малый промежуток времени, деленное на этот промежуток:

= [ мкР/сек ] (3.9)

где микроРентген =10^-6 Рентген.

Дозиметрические приборы регистрируют только мощность экспозиционной дозы.

Поглощенная доза излучения – средняя энергия ионизирующего излучения поглощенная элементарным вещества, деленная на единицу массы вещества в этом объёме:

[ Дж/кг ] (3.10)

В системе СИ 1 Грей =1 Дж/кг = 100 рад = 100 эрг/г

При расчете поглощенной дозы принимается следующий состав мягкой биологической ткани: 76,2% кислорода, 11,15 углерода, 10,15 водорода, 2,6% азота (по массе). Тканевая молекула живого организма . В условиях электронного равновесия экспозиционной дозе 1 Р соответствует поглощенная доза в воздухе 0,873 рад, в ткани человека 0,96 рад.

Для электромагнитного фотонного излучения, чем выше , тем больше поглощенная доза. Поглощенная доза для нейтронного излучения зависит от энергии нейтронов.

Коэффициент качества излучения - безразмерный коэффициент показывает во сколько раз радиационноная опасность в случае хронического облучения выше чем в случае образцового гамма-излучения с энергией 1 Мэв. Коэффициент качества для различных видов излучения приведен в табл.3.1.

Табл.3.1

	Вид излучения	Коэффициент качества
	Рентгеновское и излучение
	Электроны и позитроны
	Нейтроны с энергией <20 кэв
	Протоны с энергией <10 Мэв
	Нейтроны с энергией 0.5 Мэв
	Нейтроны с энергией 5 Мэв
	-излучение с энергией<10 Мэв
	Тяжелые ядра отдачи

Эквивалентная доза - поглощенная доза излучения умноженная на средний коэффициент качества излучения для биологической ткани стандартного состава

(3.11)

[ H ]=1 Зиверт = 100 бэр (внесистемная единица бэр -биологический эквивалент рентгена).

Эквивалентная доза используется в радиационной безопасности для учета вредных эффектов при хроническом облучении человека малыми дозами не превышающими 250 мЗв в год (5 предельно допустимых доз в год). Эквивалентную дозу нелья использовать для оценки последствий аварийного облучения человека. Не существует приборов, измеряющих поглощенную и экивалентную дозы. Их можно только рассчитать.

Естественный фон ионизирующего излучения космические лучи, радиоактивность почвы, воды, воздуха создают в среднем мощность эквивалентной дозы

сантизиверт/год = 0,125 бэр/год (3.12)