Доза излучения

По аналогии с понятием, используемым в фармакологии, для оценки уровня лучевого воздействия было введено понятие дозы излучения.

Исторически первым критерием, примененным для измерения ИИ, стал суммарный заряд частиц с электрическим зарядом одного знака, образовавшихся в единичном объеме воздуха вследствие его ионизации излучением. Именно таков физический смысл экспозиционной дозы (Х), определяемой по формуле: Х = dQ / dm,,

где: dQ – суммарный заряд всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при облучении его ионизирующим излучением (ИИ) в малом объеме пространства, dm – масса воздуха в этом объеме.

В системе СИ единицей экспозиционной дозы является Кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Более часто, однако, применяется внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р), соответствующая образованию 2,1 × 10⁹ пар ионов с зарядом, равным по абсолютной величине заряду электрона, в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях.

1 Кл/кг = 3876 Р и наоборот 1 Р = 2,58 × 10^-4 Кл/кг.

Изменения, вызываемые излучением в воздухе и в других средах (в том числе в тканях организма), количественно различны. Это связано с разным количеством энергии, передаваемой излучением одинаковым по массе количествам разных веществ. Учесть этот фактор можно, выражая количество ИИ в единицах поглощенной дозы (D). Физический смысл поглощенной дозы – количество энергии dE, переданной излучением единичной массе вещества dm:

D = dE / dm, dm ® 0.

В системе СИ поглощенную дозу выражают в греях (Гр):

1 Гр = 1 Дж/кг. Часто применяют внесистемную единицу поглощенной дозы – рад (аббревиатура “radiation absorbed dose”). Рад равен сантигрею (1 рад = 10^-2 Гр).

Если поглощенная доза распределяется в каком-то одном участке тела говорят о локальном облучении, а если облучению подвергается все тело или большая его часть – о тотальном облучении. Вариантами тотального облучения являются равномерное (неравномерность по дозе на отдельные части тела не превышает 10 %) и неравномерное облучение.

Непосредственно измерить все биологически значимые величины поглощенных доз трудно из-за незначительности энергии, передаваемой организму излучением. Так, при облучении человека массой 76 кг в дозе 4 Гр его телу будет передана энергия 305 Дж. Ее достаточно лишь для подъема тела на высоту 40 см или для его нагревания на 0,001˚С. Поэтому непосредственно измеряется, как правило, экспозиционная доза ИИ, а поглощенная доза рассчитывается с учетом свойств среды, на которую действует облучение. В воздухе 1 Р соответствует 0,89 рад, а в тканях организма в среднем составляет 0,95 рад.

Различные ИИ вызывают в биосистемах количественно различные эффекты даже при одной поглощенной дозе. Это связано, главным образом, с такими характеристиками излучений, как линейная передача энергии (ЛПЭ) и коэффициент ослабления m. Для малоразмерных биологических объектов (например, для клеток) при одной и той же поглощенной дозе излучения его биологический эффект тем больше, чем больше величина ЛПЭ. Однако для крупных организмов такая зависимость нарушается, поскольку проникающая способность излучения находится, как правило, в обратной зависимости от ЛПЭ, и при высоких значениях последней распределение энергии ИИ внутри облучаемого объема оказывается неравномерным. Для сравнительной оценки биологического действия различных видов ИИ введено понятие эквивалентной дозы (Н). Она определяется как поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвевающий коэффициент для данного вида излучения: H = D × Q,

где: D – поглощенная доза в данной точке ткани, а Q – средний коэффициент качества излучения, который устанавливается для каждого вида излучения в зависимости от его ЛПЭ. Эквивалентную дозу, как правило, используют для оценки опасности хронического лучевого воздействия на организм.

В системе СИ единицей эквивалентной дозы служит зиверт (Зв), а внесистемной единицей является бэр (аббревиатура слов биологический эквивалент рада). 1 Зв = 100 бэр. Для рентгеновского, g- и b-излучений 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1Гр.

При кратковременных лучевых воздействиях эквивалентную дозу можно рассчитать по формуле:

H = D × ОБЭ,

где Н – эквивалентная доза, бэр; D – поглощенная доза, рад; ОБЭ – коэффициент относительной биологической эффективности ИИ, который для рентгеновского и g-излучения обычно принимают равным единице. Величина ОБЭ для других ИИ зависит от их природы и от выбранного критерия оценки биологической эффективности излучения. ОБЭ>1 у излучений, более эффективных по конкретному критерию, чем рентгеновское или g-излучения.

Следует также учитывать, что одни органы и ткани более чувствительны к действию радиации, чем другие. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения вероятность возникновения рака в легких больше, чем в щитовидной железе. Облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических последствий. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с различными коэффициентами. Это положение положено в основу определения эффективной дозы, которая также измеряется в зивертах (Зв). Эффективная доза – это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности.

Мощности дозы излучения.

Для характеристики интенсивности ИИ используют величину мощности дозы излучения. Мощность дозы понимают как дозу (экспозиционную, поглощенную или эквивалентную), регистрируемую за единицу времени. Непосредственно измеряют, как правило, мощность экспозиционной дозы. Ее единицей в системе СИ является Кл / (кг × с), то есть А/кг. Весьма часто пользуются внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы – Р/ч и ее производными (мР/час, мкР/ч). Единицами мощности поглощенной дозы служат Гр/с, рад/с и их производные. При хронических воздействиях недифференцированных потоков ИИ используют внесистемные единицы мощности эквивалентной дозы: Зв/год и бэр/год.