Доза при внешнем облучении организма

Основная задача дозиметрии в полях внешних источников заключается в указании значений дозы на поверхности и на различных глубинах облучаемой среды, в установлении оптимальных условий облучения данного объёма вещества (или биологического объекта).

Начнём с расчёта поглощенной дозы в воздухе с учётом интенсивности и плотности излучения.

Интенсивность ионизирующего излучения J — количество энергии Е [Дж], переносимое ионизирующим излучением данного вида через ориентированную нормально по направлению к ионизирующему излучению площадку, равную 1 см², за 1 сек [в системе СИ: с ^м^-Дж*¹]. Плотность потока ионизирующего излучения Ф — количество ионизирующих частиц или у-квантов ядериого излучения, пересекающих за 1 с площадку, равную 1 см², расположенную нормально к потоку ионизирующего излучения [с-‘-м-²].

Для единичного акта распада с дискретным спектром излучения, в котором доля частиц (или квантов) п с энергией ?, равна р, интенсивность излучения определяют следующим образом:

где п, — число частиц с энергией Полный поток энергии, генерируемый точечным источником с абсолютной радиоактивностью а, равен:

где п, — число частиц с энергией приходящихся на акт распада.

Поскольку полный поток энергии от точечного источника, переносится через сферу радиуса г, то J на расстоянии г:

Значения р, и Е, табулированы, г и, а заданы или находятся экспериментально.

Зная./, можно рассчитать полную энергию Е, переносимую излучением за время t через поверхность S:

Поглощенная доза в воздухе D возд связана с экспозиционной дозой X соотношением:

где экспозиционная доза выражается в Кл/кг.

Поглощённая доза в изучаемом веществе:

где и ц'_е [см²/г] - массовый коэффициент истинного поглощения излучения (коэффициент электронного преобразования) в исследуемом веществе, например, биологической ткани.

Интенсивность потока ионизирующего излучения [в МэВ/см²с], создаваемого точечным изотропным источником у-излучения активностью а (расп/с) в точке, находящейся на расстоянии г (см) от источника в гомогенной среде:

где pi — линейный коэффициент ослабления z-той линии первичного спектра у-излучения в окружающей источник среде, Вел — энергетический фактор накопления.

Фактор накопления, В — параметр, показывающий во сколько раз данная характеристика поля для рассеянного и нерассеянного излучения больше, чем только для нерассеянного. В зависимости от измеряемой характеристики поля излучения различают числовой, энергетический, дозовый и другие факторы накопления. Фактор накопления зависит от характеристик источника (геометрии, углового распределения и энергетического состава), характеристик защиты (геометрии и толщины защиты, атомного номера материала среды и др.), взаимного расположения источника, защиты и детектора и т. д.

Степень ионизирующего воздействия на вещество зависит от активности источника у-излучения, от схемы распада, т. е. количества фотонов, приходящихся на один распад, и энергии фотонов. Поэтому вводят величины, однозначно характеризующие данный радионуклид как у-излучатель. Такими характеристиками являются гамма-постоянная и гамма-эквивалент радионуклида, которые определяются через экспозиционную дозу. В связи с переходом к системе единиц СИ и отказом от использования экспозиционной дозы, как дозиметрической величины, введены новые величины для характеристики источников у-излучения: кермапостоянная и керма-эквивалент соответственно.

Керма-постоянпая (постоянная мощности воздушной кермы радионуклида) Г₍ч — отношение мощности воздушной кермы К, создаваемой фотонами с энергией больше заданного порогового значения S (обычно 8=30 кэВ), от точечного изотропно излучающего источника данного радионуклида, находящегося в вакууме, на расстоянии г от источника, умноженной на квадрат этого расстояния, к активности радиониклида источника:

Единица керма-эквивалента — грэй на квадратный метр в секунду (Грм²/с). Единица керма-постоянной в системе СИ — [Гр-м²/(с-Бк)]. Более предпочтительная единица измерения — [ю¹⁸Гр-м²/(с-Бк)]. Числовое значение керма-постоянной [ю¹⁸Грм² /(сБк)] в 6,554 раза больше числового значения у-постоянной, выраженной в [р ем² ДчмКи)].

Керма-постоянная определяется по мощности воздушной кермы. Удобство использования воздушной кермы для керма-постоянной и кермаэквивалента обусловлено тем, что единица СИ кермы имеет простое целочисленное соотношение с внесистемной единицей (l рад = 0,01 Гр), керма применима для определения полей как фотонов, так и электронов в любом диапазоне доз и энергий излучения, не вводит неоднозначных параметров в расчеты, а воздушная керма для у-излучения радионуклидных источников с погрешностью до 1% совпадает с поглощённой дозой в воздухе при наличии электронного равновесия. В определении керма-постоянной вводится ограничение со стороны низких энергий, обозначаемое символом 8. Рекомендуется принимать 8=30 кэВ.

Размерность постоянной мощности воздушной кермы радионуклида (керма-постоянная, Гв) [Гр-м²/(Бк*с)] - доза в Греях, активность в беккерелях, расстояние в метрах, время в секундах.

Зная керма-постоянные, активности радионуклидов и расстояния от источника до детектора легко определить мощность воздушной кермы:

Керма-эквивалент объемного источника равен сумме кермаэквивалентов составляющих его точечных источников с учётом самопоглощения, возможного ослабления излучения в окружающей источник среде и рассеяния в источнике и окружающей среде.

Перейдём теперь к дозе от аи (3-излучения.

Слой биологической ткани юо мкм полностью поглощает а-частицы с энергиями до 8 МэВ. Поэтому при внешнем облучении организма а-частицами радиоакгивных изотопов требуются лишь тонкие защитные экраны, которые оказываются достаточными для защиты организма от воздействия а-частиц при внешнем облучении. Однако при работе с a-источниками необходимо принимать меры, исключающие возможность попадания а-излучателей на кожу человека или внутрь организма.

Дозу от а-излучателя, попавшего, например, на кожу руки рассчитывают по формуле:

где R_a — пробег а-частиц в биологической ткани; Е_а — энергия а-частиц; а — активность, t — время обучения; р — плотность биологической ткани (воды).

При попадании ot-излучателя внутрь организма множитель 0,5 следует заменить на 1.

При определении дозы от источника p-излучения нужно учесть непрерывность спектра p-излучения. Для этого в расчётные формулы вводят не табличные значения максимальной энергии p-спектра, а её среднее значение:

Формула для поглощенной дозы в радах в гомогенной среде от источника p-излучения на расстояниях rmax:

где а — активность (мКи); п, — число р-частиц со средней энергией спектра Ep_iy на один акт распада; Яр., — - толщина слоя полного поглощения р-частиц с максимальной энергией спектра Emax, p, i в веществе объекта облучения; ц_р>, — линейный коэффициент ослабления потока р-частиц (в см¹) с максимальной энергией спектра /Wv.p.i B среде между источником и облучаемым объектом.