Единицы измерения радиации

Для количественной характеристики радиации введено большое количество единиц, основные из которых рассмотрим в лекции:

Поскольку радиоактивные элементы все время распадаются, их концентрация в объекте среды (образце) все время уменьшается. Важнейшей характеристикой для определения времени существования радиоактивного элемента является Период полураспада (Т1/2), промежуток времени, в течение которого количество радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Период полураспада позволяет оценить очень важный для нормирования защиты окружающей среды период, а именно – через какое время распадется такое количество конкретного радиационного материала, после которого радиация не будет представлять угрозы для объектов окружающей среды и человека. Расчетами и эмпирическим путем доказано что это время равно 10 Т1/2. Рассмотрим этот критерий в применении к катастрофе на Чернобыльской АЭС (26.04.1986 года), где наибольший экологический вред наносят изотопы цезий – 137 и стронций – 90, для которых Т1/2 составляет около 30 лет, т.е 10 Т1/2 составит 300 лет, что обезопасит загрязненную зону к 2286 году!!!!

Другой важнейшей количественной характеристикой радиации является Активность радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). имеет единицу измерения Беккере́ль (русское обозначение: Бк; международное: Bq) —Один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад.

Беккерель — производная единица, имеющая специальные наименование и обозначение, через основные единицы СИ выражается следующим образом:

Бк = с⁻¹.

Беккерель — очень маленькая единица измерения, на практике, как правило, используются кратные единицы, образованные с помощью десятичных приставок. Однако в исследованиях крайне редких радиоактивных процессов используются и дольные единицы (милли- и микробеккерели).

Для измерения активности используется также внесистемные единицы измерения кюри:

1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк (точно).

1 Бк ≈ 2,703·10⁻¹¹ Ки.

1 Рд = 1·10⁶ Бк (точно) = 1 МБк.

Для измерения удельной (массовой), объёмной и поверхностной активности используются соответственно единицы беккерель на килограмм (Бк/кг), беккерель на кубический метр (Бк/м³), беккерель на квадратный метр (Бк/м²), а также их различные производные (Бк/г, Бк/т; Бк/л, Бк/см³; Бк/м² и т. д.).

Для понимания степени опасности радиации на живые организмы и нормирования порога допустимого воздействия воздействие на живые организмы радиация измеряется в единицах энергии, которая поглощается веществом (выделяется в веществе) при прохождении через него ионизирующего излучения. Поглощённая доза измеряется в грэях (Гр), считается, что вещество получило дозу облучения в 1 грэй (Гр), если в результате облучения 1 кг вещества (организма) получил 1 Дж энергии. До перехода к международным единицам использовалась единица Рад, 1 Гр = 100 Рад. Для понимания насколько мала эта доза энергии можно, условно, перевести ее в температуру. Оценка показывает, что мгновенно поглощенная смертельная доза нагреет тело человека всего на 0,01 градуса. Это доказывает, насколько уязвима жизнь для энергии, преобразованной в радиацию.

Практические примеры для усвоения материала:

Лампочка 100 Ватт за 1 час совершает работу = 100 * 3600 = 360 кДж.

Взрослому человеку в среднем требуется 2500 калорий в день. Одна калория = 4,1868 Дж. Следовательно один человек потребляет 10467 Джоулей в день.

Для того, чтобы подняться человеку массой 80 кг на высоту 3 метра (один этаж) нужно потратить минимум 2400 Джоулей.

…………………………

Применяется, также такое понятие, как экспозиционная доза излучения – величина, показывающая, какой заряд создаёт гамма- или рентгеновское излучение в единице объёма воздуха (степень ионизации). В международной системе СИ, единицей измерения является "кулон на кг" (Кл/кг),

…………………………..

(1 Кл равен Заряду 6,24151·10¹⁸ электронов

Простой пересчет показывает:

1 г/моль нейтрального вещества содержит 6*10²³ молекул

Для того чтобы облучение привело к заряду 1 Кл должно получить отрицательный заряд 6*10¹⁸ молекул, т.е. 10^-5 часть 1 моля, или 1 молекула из 100 тысяч!

…………………….

Внесистемной единицей измерения является "рентген", или равная ей ещё одна внесистемная единица "бэр". 1 Кл/кг = 3880 рентген (Р).

Эквивалентная доза – доза, рассчитывается с учётом коэффициентов и зависит от вида излучения, например, рентгеновское, гамма, бета-излучения, имеют коэффициент 1, а альфа-частицы 20. Э.д. измеряется в Зивертах,

1 Зв = 1 Гр, или бэрах.

В Международной системе единиц (СИ) поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название — грэй (Гр). Для измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения в СИ используется зиверт (Зв). 1 зиверт — это количество энергии, поглощённое килограммом биологической ткани, равное по воздействию поглощённой дозе гамма-излучения в 1 Гр. Через другие единицы измерения СИ зиверт выражается следующим образом: 1 Зв = 1 Дж / кг = 1 м² / с².

Итого: 1 Гр = 1 Зв = 100 Бэр = 100 Рентген.

Эффективная доза – коэффициент, рассчитываемый индивидуально для каждого органа в зависимости от риска возникновения отдаленных последствий облучения. Э.д. кожи и щитовидной железы – 0.01, для половых органов – 0.2, для лёгких, желудка, кишечника – 0.12, для головного мозга – 0.025, для остальных тканей – 0.05.

Эффективная (эквивалентная) доза годовая – сумма эффективной (эквивалентной) дозы внешнего излучения, полученной за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год.

……

Для лучшего усвоения единиц:

Активность.Мерой активности радионуклида в соответствии с системой измерений СИ, является его активность, которая измеряется в Беккерелях (Бк). Один Бк равен 1 ядерному распаду в секунду. Кроме того, в качестве меры радиоактивности широко используется несистемная величина Кюри (Ки) – (это активность 1 г радия) и ее производные (милли кюри, микро кюри и т.д.). Численно 1 Кюри = 3.7*10¹⁰ Бк, а 1 Бк = 0.027нКи (нано Кюри).

Поглощенная доза –это количество энергии ионизирующего излучения, которое поглощено в элементарном объеме, отнесенной к массе вещества в этом объеме. Системной единицей является грей (Гр) - поглощенная доза излучения, соответствующая энергии 1 Дж ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному веществу массой 1 кг. Внесистемная единица – рад. Рад - соответствует поглощенной энергии 100 эрг (эрг – единица энергии в системе СГСЕ, 1 эрг=10⁷Дж) на 1 г вещества, 1 рад=10^-2 Гр.

Эквивалентная доза.Системная единица – зиверт (Зв). Зиверт – эквивалентная доза любого вида излучения, поглощенная в 1 кг биологической ткани и создающая такой же биологический эффект, что и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения; несистемная - бэр, энергия любого вида излучения, поглощенная в 1 г ткани, при которой наблюдается тот же биологический эффект, что и при поглощенной дозе в 1рад фотонного излучения, 1 бэр=1рад=10^-2Зв.

Мощность поглощенной дозы. Под мощностью поглощенной дозы следует понимать приращение дозы в единицу времени: Гр/с; Рад/с.

Период полураспада– время, в течение которого распадается половина ядер радионуклида. Эта величина, обозначаемая T_1/2, является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа). Величина T_1/2 наглядно характеризует скорость распада радиоактивных ядер и эквивалентна двум другим константам, характеризующим эту скорость: среднему времени жизни радиоактивного ядра (t) и вероятности распада радиоактивного ядра в единицу времени (λ).

Период полураспада может изменяться от миллиардных долей секунды до миллиона и миллиарда лет. Понятие периода полураспада можно применять и к элементарным частицам, испытывающим распад.

……………………………..