Дозы излучения и единицы ее измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства ФГОУ ВПО МГАВМиБ

им. К. И. Скрябина

Кафедра РАДИОБИОЛОГИИ, РЕНТГЕНОЛОГИИ И ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ имени академика А.Д.БЕЛОВА

Предмет - радиобиология

Реферат

«Дозы излучения и единицы ее измерения»

Выполнила:

Студентка 3 курса 2 группы ФВМ

Аксенова Наталия

Проверил(а):

Москва 2011 год

Содержание

Введение

1. Экспозиционная доза

2. Поглощенная доза

3. Эквивалентная доза

4. Эффективная доза

5. Полувековая эквивалентная доза

6. Интегральная доза

7. Групповые дозы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической среды. На процесс ионизации излучения расходуют свою энергию. В результате взаимодействия излучений с биологической средой живому организму передается определенное количество энергии. Часть поступающего в организм излучения, которое пронизывает облучаемый объект (без поглощения), действия на него не оказывает. Поэтому основная физическая величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от количества поглощенной энергии. Для измерения количества поглощенной энергии введено такое понятие, как доза излучения.

Дозой облучения называется энергия излучения, поглощенная в единице объема или массы вещества за все время воздействия излучения. Энергия излучения, поглощенная веществом, затрачивается на его ионизацию. Следовательно, доза облучения, характеризует степень ионизации вещества: чем больше доза, тем больше степень этой ионизации. Поэтому именно доза излучения (или облучения) является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека, животного или растения. Одна и та же доза может накапливаться за разное время, причем биологический эффект облучения зависит не только от величины дозы, но и от времени ее накопления. Чем быстрее получена данная доза, тем больше ее поражающее действие, и наоборот.

Выделяют следующие виды доз: экспозиционную, поглощенную, эквивалентную, эффективную и интегральную.

рентгеновский излучение доза экспозиционный

1. Экспозиционная доза

Различают дозу в воздухе, дозу на поверхности (кожная доза) и в глубине облучаемого объекта (глубинная доза), очаговую и интегральную (общая поглощенная доза) дозы. Так как поглощенная энергия расходуется на ионизацию среды, то для измерения ее необходимо подсчитать число пар ионов, образующихся при излучении. Однако измерить ионизацию непосредственно в глубине тканей живого организма трудно. В связи с этим для количественной характеристики рентгеновского и гамма-излучений, действующих на объект, определяют так называемую экспозиционную дозу X, которая характеризует ионизирующую способность рентгеновских и гамма-лучей в воздухе и определяется по формуле: X=da/dm, где da - полный заряд ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, образованных фотонами в малом объеме воздуха; dm - масса воздуха в этом объеме. За единицу экспозиционной дозы в Международной системе единиц (СИ) принят кулонах на килограмм (^Кл/_кг), т.е. такая экспозиционная доза рентгеновских и гамма-лучей, при которой в 1кг сухого воздуха образуются ионы, несущие заряд в один кулон электричества каждого знака.

На практике применяют внесистемную единицу - рентген (1Р=2,5810^{-4 Кл}/_кг). Рентген (Р) - экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1см³ воздуха (0,001293 г сухого воздуха) при нормальных условиях (0^°С и 1013 Па) образуется 2,010⁹ пар ионов.

Между единицами существует следующая зависимость: 1Р=2,5810^{-4 Кл}/_кг;1 ^Кл/_кг=3,87610³ Р.

Именно ее и измеряют дозиметрическими приборами. Она характеризует источник и радиоактивное поле, которое он создает. Это потенциальная опасность облучения. Человек может войти в это поле и облучиться, но может не войти и, следовательно, не подвергнуться облучению. Но поле с определенной дозой излучения остается. От экспозиционной дозы с помощью соответствующих коэффициентов переходят к дозе, поглощенной в объекте.

Примечание. Согласно РД 50-454-84 характеристика «экспозиционная доза» подлежит изъятию из употребления. Однако в настоящее время многие приборы еще отградуированы в рентгенах и продолжают использоваться. Вместе с тем можно назвать причины изъятия из обращения экспозиционной дозы:

ь экспозиционная доза введена только для фотонного излучения и не может быть использована для смешанного излучения;

ь даже для фотонного излучения область практического использования экспозиционной дозы ограничена энергией 3 МэВ;

ь значения экспозиционной дозы в Рентгенах и поглощенной дозы в воздухе в радах отличаются всего лишь примерно в 1,14 раза;

ь существенное изменение размеров единиц при переходе на единицы СИ и нецелочисленный, неудобный коэффициент связи между системными и внесистемными единицами могут быть причинами многих ошибок.

Учитывая, что экспозиционная доза накапливается во времени, на практике используется и понятие «мощность экспозиционной дозы», которая характеризует интенсивность излучения.

Мощность экспозиционной дозы - отношение приращения экспозиционной дозы dx за интервал времени dt к этому интервалу.

Ее единица в системе СИ - "ампер на килограмм" (^А/_кг). Однако в большинстве случаев на практике пользуются внесистемной единицей "рентген в секунду" (^Р/_с) или "рентген в час" (^Р/_ч). Мощность дозы, измеренная на высоте 70-100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации.

2. Поглощенная доза

После того как были открыты бета-излучение и альфа-излучение, стал вопрос оценки этих излучений при взаимодействии с окружающей средой. Степень ионизации от них оказалась различной в воздухе, в различных облучаемых веществах и в биологической ткани. Экспозиционная доза для оценки этих излучений оказалась непригодной. Она позволяет лишь ориентировочно оценивать степень повреждения объекта, поскольку оно может вызываться только поглощенной объектом энергией. Поэтому необходимо определять количество энергии, выделяющейся в облучаемом материале и для этих целей была предложена универсальная характеристика - поглощенная доза.

Поглощенная доза облучения (D_рад) -- это количество энергии различных видов ионизирующих излучений, поглощенное единицей массы данной среды. Она выражается средней энергией dE, переданной излучением веществу в некотором элементарном объеме, деленной на массу вещества dm, в этом объеме: D_рад=dE/dm. Поглощенная доза - основная дозиметрическая величина.

За единицу поглощенной дозы в Международной системе единиц (СИ) принят джоуль на килограмм (^Дж/_кг), т. е. такая поглощенная доза, при которой в 1 кг массы облученного вещества поглощается 1Дж энергии излучения. Этой единице присвоено собственное наименование грей (Гр), 1Гр=1^Дж/_кг = 100 рад. Эквивалентной единицей поглощенной дозы является зиверт (Зв).

Помимо нее необходима универсальная (для любого вида ионизирующего излучения) единица, применяемая для определения физического эффекта облучения в любой среде, в частности в биологических тканях. Такой единицей стал: рад -- внесистемная международная единица поглощенной дозы, которая рекомендована Международным конгрессом радиологов в 1953 г. и получила широкое применение в практике.

Единица рад (rad -- radiation absorbent dose) -- поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, при которой в 1 г массы вещества поглощается энергия излучения, равная 100 эрг (1 рад = = 100 эрг/г = 10^{-2 Дж}/_кг).

Введение единиц рад и грей не исключает использование единицы измерения излучения в рентгенах, тем более что вся дозиметрическая аппаратура пока отградуирована в рентгенах. Единицей рентген пользуются для измерения поля излучения (падающего излучения), для количественной характеристики источников квантового излучения.

Примечание. Согласно РД50-454-84 использование единицы «рад» не рекомендуется. Однако на практике имеются приборы с этой градуировкой, и она пока используется.

В определение поглощенной дозы входит понятие средней энергии, переданной веществу в определенном объеме. Дело в том, что из-за статистической природы излучения и вероятностного характера взаимодействия излучения с веществом величина переданной энергии веществу подвержена флюктуациям. Предсказать ее значение при измерении заранее нельзя. Однако, проведя ряд измерений, можно получить среднее значение этой величины.

Доза в органе или биологической ткани (D,r) - средняя поглощенная доза в определенном органе или ткани человеческого тела: DT = ЕТ/mТ, где ЕТ - полная энергия, переданная ионизирующим излучением ткани или органу; mТ - масса органа или ткани.

При облучении вещества поглощенная доза нарастает. Скорость нарастания дозы характеризуется мощностью поглощенной дозы.

Мощность поглощенной дозы - это приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. Ее единица в системе СИ - "грей в секунду" (Гр/с). Это такая мощность поглощенной дозы облучения, при которой за 1 с в веществе создается доза облучения 1 Гр.

На практике для оценки поглощенной дозы широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы "рад в час" (рад/ч) или "рад в секунду" (рад/с).

Керма -- аббревиатура английских слов в переводе обозначает «кинетическая энергия ослабления в материале». Характеристика используется для оценки воздействия на среду косвенно ионизирующих излучений. Керма - это отношение суммы первоначальных кинетических энергий dEk всех заряженных частиц, образованных косвенно ИИ в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме: К = dEk/dm.

Единицы измерения в СИ и внесистемная: Грей и рад соответственно.

Керма введена для более полного учета поля излучения, в частности плотности потока энергии, и используется для оценки воздействия на среду косвенно ионизирующих излучений.

3. Эквивалентная доза

Биологическое действие зависит не только от поглощенной дозы, но и от того на какую глубину это излучение может проникать в биологические ткани. Установлено, что биологическое действие одинаковых доз различного вида излучения на организм неодинаково. Например, альфа-излучение наносит человеку поражающий эффект в двадцать раз больший, чем такая же доза гамма-излучения. Это связано с удельной ионизацией излучения. Чем выше удельная ионизация, тем больше коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ), или коэффициент качества W. Коэффициент ОБЭ (W) показывает, во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского или гамма-излучения при одинаковой поглощенной дозе в тканях.

Таблица 1. Коэффициент относительной биологической эффективности для различных видов излучений.

Установлено, что при облучении одной и той же энергией биологической ткани человека (то есть при получении одной и той же дозы), но различными видами лучей последствия для здоровья будут разными. Например, при облучении альфа-частицами тела человека вероятность заболеть раком значительно выше, чем при облучении бета-частицами или гамма-лучами. Поэтому для учета биологической эффективности различных видов излучения и для оценки радиационной опасности хронического воздействия излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы H. Она была введена для оценки последствий облучения биологической ткани малыми дозами (дозами, не превышающими 5 предельно допустимых доз при облучении всего тела человека), то есть 250 ^мЗв/_год. Ее нельзя использовать для оценки последствий облучения большими дозами.

Чтобы учесть неравномерность поражения от различных видов излучений, введен «коэффициент качества», на который необходимо умножить величину поглощенной дозы от определенного вида излучения, чтобы получить эквивалентную дозу. H=D_RWR, где D_R-поглощенная доза биологической тканью излучением R, WR - средний коэффициент качества (весовой множитель излучения R - альфа-частиц, бетта-частиц, гамма-квантов и др.), учитывающий относительную эффективность.

Если идет облучение различными видами излучения одновременно, то эквивалентная доза равна сумме поглощенных доз от каждого вида излучения, умноженной на средний коэффициент качества: H=?D_пiWR_i, где i - вид излучения.

В системе СИ за единицу эквивалентной дозы принят зиверт (Зв); 1Зв=100бэр. Внесистемная единица эквивалентной дозы - биологический эквивалент рентгена - бэр (1бэр=110^{-2 Дж}/_кг). Все национальные и международные нормы установлены именно в эквивалентной дозе облучения.

Мощность эквивалентной дозы - отношение приращения эквивалентной дозы за единицу времени и выражается в "зивертах в секунду" (^Зв/_с). Поскольку время пребывания человека в поле облучения при допустимых уровнях измеряется, как правило, часами, предпочтительно выражать мощность эквивалентной дозы в "микрозивертах в час" (^мкЗв/_ч).

4. Эффективная доза

В случае неравномерного облучения тела человека эквивалентная доза не может быть использована, так как биологический эффект может оказаться другим. Неравномерное облучение тела человека возникает в основном при внутреннем облучении. Дело в том, что различные радионуклиды, попавшие вместе с пищей или водой в организм человека, имеют свойство накапливаться в определенных органах. Так, радиоактивный йод накапливается преимущественно в щитовидной железе, калий - в мышцах, стронций-90 - в костях и т.д. Поэтому введена «эффективная доза».

Эффективная доза (E) -- это такая доза при неравномерном облучении тела человека, которая равна эквивалентной дозе при равномерном облучении всего организма, при этом риск неблагоприятных последствий будет таким же, как при неравномерном облучении тела человека. Учет неравномерного облучения производится с помощью коэффициента радиационного риска WT (взвешивающий коэффициент), который учитывает радиочувствительность различных органов человека: E=Hi, где Hi -эквивалентная доза в данном i-том органе биологической ткани; WTi - взвешивающий коэффициент для тканей и органов, учитывающий чувствительность разных органов и тканей при возникновении стохастических эффектов в i-том органе; сумма рассматривается по всем тканям T (Таблица 2).

Таблица 2. Значение коэффициента радиационного риска для отдельных органов.

Взвешенные коэффициенты характеризуют отношение стохастического риска поражения какого-либо органа или ткани к риску поражения всего организма при равномерном облучении всего тела. Его устанавливают эмпирически и рассчитывают таким образом, чтобы их сумма для всего организма составляла единицу. Единицы измерения эффективной дозы совпадают с единицами измерения эквивалентной дозы. Она также измеряется в зивертах или бэрах.

5. Полувековая эквивалентная доза

Поглощенная доза при внешнем облучении формируется в то самое время, когда ткань или орган находятся в поле излучения. Однако при внутреннем облучении формирование суммарной поглощенной дозы растягивается во времени, и она накапливается постепенно по мере радиоактивного распада радионуклида и его выведения из организма. Распределение во времени поглощенной дозы зависит от типа радионуклида, его физико-химической формы, характера поступления в ткани, в которой он откладывается. Для учета этого распределения и введено понятие полувековая эквивалентная доза (коммитментная, ожидаемая доза). Она представляет собой временной интеграл мощности эквивалентной дозы в определенной ткани (органе). В качестве предела интегрирования МКРЗ установила 50 лет для взрослых и 70 лет для детей.

Применяется в радиационной защите и гигиене при расчёте поглощённых, эквивалентных и эффективных доз от инкорпорированных радионуклидов; имеет размерность соответствующей дозы.

Полувековая эффективная доза может быть получена, если умножить полувековые эквивалентные дозы в отдельных органах на соответствующие весовые множители WT и затем их просуммировать.

6. Интегральная доза

В лучевой терапии часто используют понятие интегральной дозы, т.е. энергии, суммарно поглощенной во всем объеме объекта (при локальном облучении); интегральная доза измеряется в джоулях, так как ее единица - «грей на килограмм» (1Гр кг=1Дж).

7. Групповые дозы

Подсчитав индивидуальные эффективные дозы, полученные отдельными людьми, можно прийти к коллективной дозе -- сумме индивидуальных эффективных доз в данной группе людей за данный промежуток времени. Коллективную дозу можно подсчитать для населения отдельной деревни, города, административно-территориальной единицы, государства и т. д. Её получают путем умножения средней эффективной дозы на общее количество людей, которые находились под воздействием излучения. Единицей измерения коллективной дозы является человеко-зиверт (чел.-Зв.), внесистемная единица -- человеко-бэр (чел.-бэр).

Кроме того, выделяют следующие дозы:

ь Коллективная -- расчётная величина, введенная для характеристики эффектов или ущерба для здоровья от облучения группы людей; единица -- Зиверт (Зв). Она определяется как сумма произведений средних доз на число людей в дозовых интервалах. Коллективная доза может накапливаться в течение длительного времени, даже не одного поколения, а охватывая последующие поколения.

ь Пороговая -- доза, ниже которой не отмечены проявления данного эффекта облучения.

ь Предельно допустимые дозы (ПДД) -- наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами (НРБ-99)

ь Предотвращаемая -- прогнозируемая доза вследствие радиационной аварии, которая может быть предотвращена защитными мероприятиями.

ь Удваивающая -- доза, которая увеличивает в 2 раза (или на 100%) уровень спонтанных мутаций. Удваивающая доза обратно пропорциональна относительному мутационному риску. Согласно имеющимся в настоящее время данным, величина удваивающей дозы для острого облучения составляет в среднем 2 Зв, а для хронического облучения -- около 4 Зв.

ь Биологическая доза гамма-нейтронного излучения -- доза равноэффективного по поражению организма гамма-облучения, принятого за стандартное. Она равна физической дозе данного излучения, умноженной на коэффициент качества.

ь Минимально летальная -- минимальная доза излучения, вызывающая гибель всех облученных объектов.

Заключение

Достоверные оценки доз ионизирующих излучений, получаемых пациентом при рентгеновской или радионуклидной диагностике, а также при лучевой терапии является весьма актуальной и достаточно сложной проблемой. В клинической практике необходимо рассчитывать разные поглощенные дозы: общую дозу, полученную пациентом, локальную дозы, полученную патологическим очагом и прилегающими к нему тканями, дозу, полученную участком кожи, через которую входит в тело излучение. Вычисления затруднены гетерогенностью объекта излучения, достаточно сложной томографии, плохой определенностью значений коэффициентов поглощения излучения в различных компонентах среды, трудностями учета рассеяния излучения различными органами и тканями. Для реальной среды, введение обоснованных параметров типа эффективного коэффициента поглощения излучения, дозового и энергетического факторов накопления, необходимых для восстановления пространственного распределения дозового поля, представляет собой весьма не простую задачу. Трудности дозиметрии связаны и с отсутствием единого алгоритма расчета для всех видов излучения: для рентгеновского, нейтронного излучения, электронов, протонов, дейтронов и т.п. требуются специальные методики вычислений. Дозиметрию приходится проводить для пациента, врача и для населения в целом.

Список используемой литературы

1. Дорожко С.В., Бубнов В.П., Пустоит В.Т. Защита населения и объектов в чрезвычай-ных ситуациях. Радиоактивная безопасность: пособие. - Мн.: Дикта, 2008. - 308 с.;

2. Белов А.Д., Киршин В.А., Лысенко Н.П., Пак В.В. и др.; Под ред. А.Д. Белова. - М.: Колос, 1999. - 384 с.;

3. Ярмоленко С.А. Радиобиология человека и животных: Учеб. для биол. спец. вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1988. - 424 с.;

4. http://profbeckman.narod.ru/MED8.htm#1;

5. http://nuclphys.sinp.msu.ru/radiation/rad_5.htm#5_1;

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Доза_излучения.

Размещено на Allbest.ru