3.6. Елементи дозиметрії

3.6.1. Поглинена й експозиційна дози. Одиниці вимірювання дози випромінювання.

3.6.2. Особливості взаємодії різних видів випромінювання з біологічними об'єктами.

3.6.3. Дія іонізуючого випромінювання на організм людини

3.6.1. Поглинена й експозиційна дози. Одиниці вимірювання дози випромінювання

Для визначення поглиненої енергії будь-якого виду випромінювання в середовищі використовують поняття поглиненої дози випромінювання.

Поглинена доза випромінювання визначається енергією, яка поглинається одиницею маси опроміненої речовини. За одиницю поглиненої дози випромінювання приймається джоуль на кілограм (Дж/кг). Джоуль на кілограм - поглинена доза випромінювання, яка відповідає енергії в один джоуль будь-якого іонізуючого випромінювання, що поглинається масою в один кілограм опроміненої речовини. В системі СІ одиницю поглиненої дози будь-якого випромінювання називають грей (Гр), 1 Гр = 1 Дж/кг. . Позасистемною одиницею поглиненої дози випромінювання є рад. Один рад відповідає поглиненій енергії в 10^-5 Дж на 1кг будь-якої речовини: 1 рад = 10^-5 Дж/кг = 0,01 Гр. Відповідно до вищевикладеного

(3.6.1.1)

де D_погл. - поглинена доза випромінювання, ΔE - енергія, поглинена речовиною, що опромінюється, Δm - маса речовини.

Величина поглиненої дози випромінювання залежить від властивостей випромінювання і поглинаючого середовища.

Для характеристики дози з точки зору іонізації застосовується так звана експозиційна доза рентгенівського й γ - випромінювання. Експозиційна доза виражає енергію випромінювання, перетворену в кінетичну енергію заряджених частинок в одиниці маси атмосферного повітря.

За одиницю експозиційної дози рентгенівського й γ - випромінювань приймається кулон на кілограм - 1 Кл/кг. Кулон на кілограм це така експозиційна доза рентгенівського й γ - випромінювань, при якій пов’язана з цим випромінюванням корпускулярна емісія на кілограм сухого повітря при нормальних умовах (при t₀ = 0°C і тиску 760 мм рт. ст.) створює у повітрі іони, які мають заряд в один кулон електрики кожного знака.

Позасистемною одиницею експозиційної дози рентгенівського й γ - випромінювань є рентген. Рентген – одиниця експозиційної дози фотонного випромінювання, при проходженні якого крізь 0,001293 г повітря в результаті завершення всіх іонізаційних процесів в повітрі створюються іони, що несуть заряд 3,33·10^-10 Кл (одну електростатичну одиницю кількості електрики) кожного знака. Маса 0,001293 г - це маса 1 см³ атмосферного сухого повітря за нормальних умов: при температурі 0^оС та тиску 1,013.10⁵ Па (760 мм рт.ст.). Експозиційна доза може також вимірюватись в долях рентгена - мілірентгенах - мР або в мікрорентгенах - мкР (1 Р = 10³ мР = 10⁶ мкР).

Величину експозиційної дози можна оцінити за допомогою формули

(3.6.1.2)

де D_експ. - експозиційна доза рентгенівського й γ - випромінювань; ΔQ - заряд, що виникає у результаті іонізації повітря в елементі об’єму; Δm - маса повітря, що опромінюється, у цьому об’ємі.

Експозиційній дозі 1 Р відповідає величина в системі СІ (Дж/кг)

D_експ. = .

Якщо врахувати, що середня енергія утворення іонів у повітрі Е = 34 еВ і n=2,08.10⁹ 1/см³, то одиниці експозиційної дози "рентгену" буде відповідати:

D_експ. = n · Е = 2.08 ·10⁹ · 34 ·10^-6 = 7.06 ·10⁴ МеВ/см³ .

При перерахуванні на один грам повітря "рентгену" буде відповідати:

D_експ.= n · Е = 1.61 ·10¹² · 34 ·10^-6 = 5.47 ·10⁷ МеВ/г.

Отже, для одержання експозиційної дози в один рентген потрібно, щоб енергія, витрачена на іонізацію в одному кубічному сантиметрі повітря (або грамі), відповідно дорівнювала

1 Р = 7.06 ·10⁴ МеВ/см³ = 5.47 ·10⁷ МеВ/г .

Співвідношення між поглинутою дозою випромінювання D_погл. , вираженою в радах (1рад = 10^-5 Дж/г), і експозиційною дозою рентгенівського й γ - випромінювань D_експ. , вираженою в рентгенах (1Р = 87.7 ·10⁷ Дж/г), для повітря має вигляд:

D_експ. = 0.877 D_погл. .

Із зіставлення доз випливає, що в умовах електронної рівноваги при експозиційній дозі, рівній одному рентгену, поглинута доза дорівнює 0.877 рад, або 0,00877 Гр. (1 рад = 0,01 Гр)