Довідка Одиниці радіоактивності й дози випромінювання

Для ознайомлення з деякими поняттями радіаційної дозиметрії, широко застосовуваними в цивільній обороні, особливо останнім часом, доцільно згадати їх опис і одиниці вимірювання. В останні роки в науковій літературі одиниці радіоактивності даються в Міжнародній системі (СІ). Проте в науковій літературі минулих років у практиці ліквідації наслідків ядерних аварій, при градуюванні шкал дозиметричних приладів застосовують не тільки одиниці СІ, а і несистемні одиниці. Враховуючи це, для зручності користування в підручнику одночасно подаються одиниці в системі СІ й несистемні.

Кількість радіоактивних речовин у середовищі (ступінь забруднення)часто буває дуже малою, що практично не дає можливості визначити їх ваговий вміст. Саме тому мірою радіоактивних речовин є не вага, а активність радіоізотопів.

Активністю радіоактивного елемента є кількість атомних розпадів, що відбуваються за 1 секунду. Таким чином, активність радіоактивного елемента визначається числом розпадів за одиницю часу, вона характеризує абсолютну швидкість радіоактивного розпаду радіонукліда. Активність радіоактивної речовини пропорційна її кількості й обернено пропорційна періоду напіврозпаду. Кількість радіоактивної речовини свідчить про її активність, тобто про кількість атомів, що розпадаються за 1 секунду.

За одиницю активності (активність нукліда в радіоактивному джерелі) прийнята одиниця в системі СІ – беккерель (Бк, Bq) – це така кількість радіоактивної речовини, в якій відбувається 1 акт розпаду за 1 с, а несистемна одиниця – кюрі (Кі, Сі) – така кількість радіоактивної речовини в якій відбувається 37 млрд актів розпаду за 1 с. Співвідношення між одиницями: Бк = 2,7 ∙ 10^–11 Кі; 1Бк = 1 розп/с;

1 Кі = 3,7∙10¹⁰ Бк = 3,7 ∙10¹⁰ розп/с.

За одиницю радіоактивності речовини (питому вагову активність) прийнята одиниця беккерель на кілограм (Бк/кг), а несистемна – кюрі на кілограм (Кі/кг).

Одиницею радіоактивності рідкого і газоподібного середовища – питомою об’ємною активністю є одиниця в системі СІ – беккерель на літр (Бк/л), а несистемна одиниця – кюрі на літр (Кі/л).

За одиницю радіоактивності площі – питому забрудненість площі в системі СІ прийнято беккерель на квадратний кілометр (Бк/км²), несистемна одиниця – кюрі на квадратний кілометр (Кі/км²).

Іонізуючу властивість радіації в повітрі характеризують дозою випромінювання.

Доза випромінювання – це кількість енергії радіоактивних випромінювань поглинутих одиницею об’єму середовища, яке опромінюється.

Доза випромінювання (або опромінення) є мірою уражаючої дії радіоактивних випромінювань на організм людини, тварин і рослини. Вона може накопичуватися за різний час, а біологічне ураження від опромінення залежить від величини дози і від часу її накопичення.

Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози.

Експозиційною називають дозу випромінювання, що характеризує іонізаційний ефект рентгенівського і гамма-випромінювань у повітрі. Це доза, яка характеризує джерело і радіоактивне поле створене нею. Експозиційну дозу випромінювання гамма-променів вимірюють несистемною одиницею – рентгеном (Р, R). Один рентген – це така доза рентгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см³ сухого повітря при температурі 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд пар іонів (або точніше 2,08∙10⁹). На практиці застосовують менші часткові одиниці: мілірентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^–3 Р) і мікрорентген (1 Р = 1 000 000 мкР; 1 мкР = 10^–6 Р).

У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг, C/kg).

Це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якому в кожному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорівнює 1 кулону.

Одиниця опромінення в системі СІ дорівнює 3876 Р. Експозиційна доза в рентгенах досить надійно характеризує небезпеку дії іонізуючих випромінювань при загальному і рівномірному опроміненні організму людини чи тварини.

Співвідношення між одиницею експозиційної дози системи СІ і несистемною:

1 Кл/кг = 3876 Р або 1 Кл/кг = 3,88∙103Р; 1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг.

Рентген визначає кількість енергії (дозу), яку одержує об’єкт, а не характеризує час, за який вона одержана. Для оцінювання дії іонізуючого випромінювання за одиницю часу застосовується поняття "потужність дози".

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) – це інтенсивність випромінювання, що утворюється за одиницю часу і характеризує швидкість накопичення дози. Одиницею потужності експозиційної дози в системі СІ є ампер на кілограм (А/кг, A/kg), а несистемною одиницею для вимірювання випромінювань у повітрі є рентген за годину (Р/год, R/h), рентген за секунду (Р/с, R/s) або часткові одиниці: мілірентген за годину (мР/год), мікрорентген за годину (мкР/год). Співвідношення між одиницею системи СІ і несистемною одиницею потужності експозиційної дози:

1 А/кг = 1 Кл/(кг∙с) = 3876 Р/с,1 Р/с = 2,58∙10 –4 А/кг = 2,58∙10–4 Кл/(кг∙с).

Рентген як одиниця вимірювання за своїм визначенням є кількісною характеристикою гамма- чи рентгенівського випромінювання і нічого не говорить про кількість енергії, поглинутої об’ємом, який опромінюється. Через це для оцінювання ступеня впливу випромінювання на організм введено поняття "поглинута доза".

Поглинута доза – це кількість енергії різних видів іонізуючих випромінювань, поглинутих одиницею маси речовини.

Одиниця поглинутої дози випромінювання тканинами організму в системі СІ – джоуль на кілограм (Дж/кг, J/kg). Дж/кг – це кількість енергії будь-якого виду іонізуючого випромінювання, поглинутого 1 кілограмом тіла. Крім цього, одиницею вимірювання поглинутої дози є Грей (Гр, Gy). Ще застосовують несистемну одиницю – рад (rad) (це скорочення від англійського radiation absordent dose) – поглинута доза будь-якого випромінювання, за якої кількість енергії, поглинутої 1 г речовини, що опромінюється, відповідає 100 ерг, 1 рад =0,01 Дж/кг = 100 ерг поглинутої речовини в тканинах.

Співвідношення між одиницею поглинутої дози системи СІ і несистемною одиницею:

1 Дж/кг = 100 рад, 1 Гр = 100 рад, 1 Гр = 1 Дж/кг, 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг.

Для визначення дози опромінення біологічних об’єктів вимірюють дозу в повітрі в рентгенах, а потім розрахунковим шляхом знаходять поглинуту дозу в радах. Через те, що доза випромінювання 1 Р у повітрі енергетично еквівалентна 88 ерг/г, то поглинута енергія в радах для повітря становить 88/100 = 0,88 рад. Таким чином, якщо доза випромінювання в повітрі дорівнює 1 Р, то поглинута доза буде 0,88 рад.

Поглинута доза більш точно визначає вплив іонізуючих випромінювань на біологічні тканини організму, в яких різні атомний склад і густина. Є окрема залежність між поглинутою дозою і радіаційним ефектом: чим більша поглинута доза, тим більший радіаційний ефект. Поглинута доза характеризує радіаційний ефект для всіх видів органічних і хімічних тіл, крім живих організмів.

Одиницею потужності поглинутої дози в системі СІ є грей за секунду (Гр/с, Gy/s) і джоуль на кілограм за секунду (Дж/(кг∙с), J/(kg∙s)), а несистемною – рад за секунду (рад/с, rad/s).

Співвідношення: 1 Гр/с = 1 Дж/(кг∙с); 1 Гр/с = 100 рад/с, 1 рад/с = 0,01 Гр/с.

Але поглинута доза не враховує те, що вплив на організм такої самої дози різних випромінювань неоднаковий. Наприклад, альфа-випромінювання у 20 разів, а бета-випромінювання у 10 разів небезпечніше від гамма-випромінювання. Знання величини поглинутої дози не досить для точного передбачення ні ступеня трудності, ні ймовірності виникнення ефектів ураження. Через це введена еквівалентна доза.

Еквівалентна доза характеризує те, що різні види іонізуючого випромінювання під час опромінювання організму однаковими дозами приводять до різного біологічного ефекту. Це пов’язано з неоднаковою питомою щільністю іонізації, викликаної різними видами випромінювань. Так, кількість іонів, які утворюються під дією випромінювання на одиниці шляху в тканинах, тобто щільність іонізації альфа-частинками, у сотні разів вища від гамма-променів. Тому введено поняття "відносна біологічна активність", яка показує співвідношення поглинутих доз різних видів випромінювання, що викликають однаковий біологічний ефект. Якщо умовно прийняти біологічну ефективність гамма- і бета-променів за одиницю, то для альфа-частинок вона буде дорівнювати десяти, а для повільних і швидких нейтронів відповідно п’яти і двадцяти. Еквівалентна доза опромінення використовується для оцінювання дії випромінювання на живі організми, насамперед людини і тварини.

Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв, Sv). Один зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, гамма- та бета-випромінювань).

Для обліку біологічної ефективності випромінювань введена несистемна одиниця поглинутої дози – біологічний еквівалент рентгена (бер). Один бер – це доза будь-якого виду випромінювання, яка створює в організмі такий же біологічний ефект, як одиниця рентгенівського або гамма-випромінювання. Доза в берах виражається тоді, коли необхідно оцінити загальнобіологічний ефект незалежно від типу діючих випромінювань.

Співвідношення між одиницею еквівалентної дози в системі СІ і несистемною одиницею: 1 Зв = 100 бер, 1 бер = 0,01 Зв.

Щоб урахувати нерівномірність ураження від різних видів випромінювань введено "коефіцієнт якості", на який необхідно перемножити величину поглинутої дози від певного виду випромінювання, щоб одержати еквівалентну дозу. Всі міжнародні й національні норми встановлені в еквівалентній дозі опромінення.

Одиницею потужності еквівалентної дози в системі СІ є зіверт за секунду (Зв/с, Sv/s), а несистемною одиницею є бер за секунду (бер/с).

Співвідношення між ними: 1 Зв/с = 100 бер/с, 1 бер/с = 0,01 Зв/с.

Слід зазначити, що співвідношення між дозою та потужністю дози (рівнем радіації) є дуже простим: доза є інтегральною характеристикою, а потужність дози – диференційною характеристикою. Аналогічним є співвідношення між шляхом та швидкістю руху в механіці.

В цьому виданні переважно будуть використоватися як одиниця дози (поглинутої) рад, а як одиниця потужності поглинутої дози (рівня радіації) рад за годину (рад/год). Ці одиниці є похідними з одиниць системи СІ та використовуються в цивільному захисті частіше за інші.

Згідно з вимогами нормами радіаційної безпеки України (НРБУ-97) на воєнний час встановлені дози опромінення людей:

- одноразове опромінення протягом перших 4 діб – 50 рад;

- багаторазове опромінення протягом 30 діб – 100 рад;

- багаторазове опромінення протягом 3 місяців – 200 рад;

- багаторазове опромінення протягом року – не більше – 300 рад.

= * = * = * =

Для характеристики радіоактивного забруднення застосовують ступінь (щільність) забруднення, який характеризується поверхневою щільністю зараження радіонуклідами і вимірюється активністю радіонукліда на одиницю площі (об'єму). Основною дозиметричною величиною, за допомогою якої оцінюється дія радіації є доза випромінювання - кількість енергії, яка поглинута одиницею маси опроміненого середовища.

Експозиційна доза визначається тільки для повітря при гама і рентгенівському випромінюванні. Поглинута доза визначається для речовин.

Еквівалентна доза — це дозиметрична величина для оцінки шкоди, нанесеної здоров'ю людини від дії іонізуючого випромінювання будь-якого складу. Вона дорівнює добутку поглинутої дози на коефіцієнт якості. Для гама і бета-випромінювання цей коефіцієнт становить 1, а для альфа-випромінювання – 20 (Табл. 1).

Таблиця 1