Характеристики іонізуючого випромінювання

Іонізуючим називаються випромінювання, які при взаємодії з середовищем приводять до утворення електричних зарядів різних знаків, тобто до його іонізації.

Джерелами іонізуючого випромінювання в приладобудуванні можуть бути радіаційні дефектоскопи, товстоміри, густоміри, вологоміри, вимірювачі та сигналізатори рівня рідини, радіоізотопні термоелектричні генератори, установки рентгеноструктурного аналізу, а також високовольтні електровакуумні прилади.

До іонізуючого випромінювання відноситься як корпускулярне так і електромагнітне випромінювання:

- гама-випромінювання (електромагнітне фотонне випромінювання, що випромінюється при ядерних перетвореннях);

- характеристичне випромінювання (фотонне випромінювання, що випромінюється при зміні енергетичного стану атома);

- гальмівне випромінювання (фотонне випромінювання, що випромінюється при зміні кінетичної енергії зарядженої частинки); воно утворюється в середовищі, що оточує джерело -випромінювання, в рентгенівських трубках, в прискорювачах електронів і т.д.;

- рентгенівське випромінювання (сукупність гальмівного і характеристичного випромінювання, діапазон енергій фотонів яких складає від 1 до 1000 кеВ);

- корпускулярне випромінювання (випромінювання, що складається з частинок з масою спокою відмінною від нуля: альфа- і бета-частинок, протонів, нейтронів і ін.).

Дія іонізуючого випромінювання характеризується наступними основними показниками: експозиційною дозою Х; поглинутою дозою Д та еквівалентною дозою Н.

Для кількісної оцінки іонізуючої дії рентгенівського та - випромінювання в сухому атмосферному повітрі використовуються поняття експозиційної дози.

Експозиційною дозоюХ називається відношення повного заряду іонів одного знаку, що виникають у малому об’ємі повітрі під дією випромінювання, до маси повітря в цьому об’ємі:

. (7.1)

Одиниця експозиційної дози – кулон на кілограм (Кл/кг). Позасистемна одиниця – рентген (Р); . 1 рентген – це доза, яка в 1 сухого повітря утворює іони, несучі заряд кожного знаку в 1 одиницю СГСЕ.

Потужність експозиційної дози Р_експ – це приріст експозиційної дози за малий проміжок часу , поділений на цей проміжок:

. (7.2)

Одиниця вимірювання: кулон на кілограм в секунду, Кл / (кг×с) або Р/с.

Біологічна дія іонізуючих випромінювань на живий організм в першу чергу залежить від поглинутої енергії випромінювання.

Поглинута доза випромінювання Д – це середня енергія , переда-на випромінюванням речовині в деякому елементарному об’ємі, поділена на масу речовини в цьому об’ємі:

. (7.3)

Одиниця поглинутої дози – грей (Гр), рівний 1 джоулю на кілограм (Дж/кг). Позасистемна одиниця – рад: 1 рад = 0,01 Гр.

Потужність поглинутої дози – це приріст поглинутої дози за малий проміжок часу , поділений на цей проміжок:

. (7.4)

Одиниця потужності поглинутої дози – Грей в секунду (Гр/с), або рад/с.

Багаточисельні дослідження показали, що дія іонізуючого випромінювання на організм залежить не лише від поглинутої дози, але і від типу (виду) випромінювання: різні види випромінювання при однакових значеннях поглинутої дози викликають різний біологічний ефект.

Тому для оцінки радіаційної небезпеки хронічної дії випромінювання довільного складу введено поняття еквівалентної дози опромінення Н (або Д_екв), яка визначається як добуток поглинутої дози Д на коефіцієнт якості випромінювання Q:

. (7.5)

Одиниця еквівалентної дози – Зіверт (Зв); 1 Зв = 1 Гр Q. Позасистемна одиниця еквівалентної дози – бер (біологічний еквівалент рада): 1 бер = 1 рад Q. Отже 1 бер = 0,01 Зв

– коефіцієнт якості, що визначає залежність біологічного ефекту хронічної взаємодії випромінювання з організмом від його виду. – безрозмірна величина, що визначає ефективність даного опромінення по відношенню до рентгенівського з енергією 250 кеВ. Значення для деяких видів випромінювання при довгочасному опроміненні всього тіла приведені в табл. 7.1.

Таблиця 7.1

Активність А радіоактивної речовини – це міра кількості радіоактивної речовини, яка виражається числом спонтанних ядерних перетворень в цій речовині за малий проміжок часу , поділеним на цей проміжок:

. (7.6)

Одиниця вимірювання активності є Бекерель (Бк), який дорівнює одному розпаду за секунду (1 Бк = 1 розп/с). Позасистемна одиниця активності – Кюрі, . .

Під питомою активністю радіоактивної речовини розуміють активність А, віднесену до одиниці маси або об’єму, наприклад: Кі/г, Кі/л, Бк/г, Бк/л, ...

В дозиметричній практиці часто порівнюють радіоактивні препарати (речовини) за їх гамма-випромінюванням. Якщо два препарати при тотожних умовах вимірювання створюють одну й ту ж потужність експозиційної дози, то говорять, що вони мають однаковий гамма-еквівалент. В якості одиниці гамма-еквіваленту використовують міліграм-еквівалент радію (мг-екв Ra).

1 мг-екв Ra– це гама-еквівалент радіоактивного препарату, гама випромінювання якого при тотожних умовах вимірювання створює таку ж потужність експозиційної дози, що й гамма-випромінювання 1 мг радію державного еталону радію при платиновому фільтрі товщиною 0,5 мм.

Звичайно приймають, що 1 мг радію при платиновому фільтрі товщиною 0,5 мм створює потужність експозиційної дози 8,4 Р/год на віддалі 1 см від джерела, яке вважається точковим.

Експозиційну дозу випромінювання (Р) на робочому місці можна розрахувати за формулою

, (7.7)

де А – активність джерела мКі; – гамма-постійна ізотопу, яка береться із таблиць (Р·см²/год·мКі); t – час опромінення, год; R – віддаль, см.