4.7 Действие излучений на живую ткань и основы дозиметрии

Ядерные излучения оказывают поражающее воздействие на живые ткани. Особенности и интенсивность радиационных повреждений зависит от дозы и характеристик излучения. Поскольку доза излучения может характеризоваться разными величинами, приведенная таблица демонстрирует связь между единицами измерения доз.

ЕДИНИЦЫ ДОЗ И АКТИВНОСТИ.

НАИМЕНОВАНИЕ	ОПРЕДЕЛЕНИЕ	ЕДИНИЦЫ
Активность	число распадов в 1сек	1 Бк (Беккерель) = 1 Bq = 1 распад/сек; 1Ки(Кюри) = 1Сi = 3.7·1010Бк
Поглощенная доза, D	Средняя энергия, переданная излучением единице массы вещества, D = dE/dm.	1рад = 1rad (radiation absorbed dose) 1Гр = 1Gy = 100rad =1 J/kg = 1Дж/кг
Экспозиционная доза, X	Полный заряд ионов одного знака, врзникающих в массе воздуха при полном торможении всех вторичных электронов, образованных квантами эл.маг.излучения. X=dQ/dm.	1 Р(Рентген), 1 Кл/кг (Кулон/килограмм) 1Р = 0.258 мКл/кг = 88 эрг/г = = 0.88 рад.
Эквивалентная доза, H	Произведение поглощенной дозы на коэфициент качества. H=D·K	1 бэр = 1 rem (rad equivalent for men) 1 Зв = 1 Sv = 100 rem
Эффективная доза, Е	Сумма произведений эквивалентной дозы в органах на соответстенные весовые коэфициенты W для отдельных органов Е= H·W	1 Sv = 100 rem. 1 Зв = 100 бэр.

Значения коэфициента качества K

Вид излучения	Рентген. и -изл., -изл., е+,е-	Нейтроны, Екин.< 0.02 МэВ	Нейтроны, 0.1< Екин.< 10 МэВ; Протоны, Екин<10 МэВ	-частицы, Екин()< 10 МэВ; тяжелые ядра.
K	1	3	10	20

Пределы дозы

(Нормы радиационной безопасности –М.,1999, Департамент Госэпиднадзора России)

Защита от излучений

Проникающая способность гамма- излучений значительно выше проникающих способностей альфа- и бета -излучений. Поэтому задача защиты от внешних потоков альфа-, бета- и гамма-излучений решается созданием защиты от гамма-излучения . Защита от потоков нейтронов представляет собой отдельную задачу.
    Ослабление первичного параллельного моноэнегетического потока I₀ гамма-излучения при прохождении слоя вещества толщиной x при условии нормального падения на поверхность поглотителя происходит по экспоненциальному закону

    Здесь толщина поглотителя выражена в единицах длины. Защитные свойства материала характеризует линейный коэфициент ослабления τ.
    Защитные свойства материалов в отношении ослабления гамма-излучения можно охарактеризовать также массовым коэфициентом ослабления μ

μ = τ/ρ,

где ρ - плотность материала. При этом закон ослабления первичного потока гамма-излучения имеет вид:

Здесь d -поверхностная плотность материала d = ρx .
Линейный коэфициент ослабления связан с эффективным сечением ослабления гамма-излучения s :

Здесь σ - эффективное сечение ослабления гамма-излучения, рассчитанное на один атом поглотителя. N - число атомов в единице объема (1 см³ ).
N = N_Aρ/A, где N_A - число Авогадро, т.е. атомов в А граммах вещества (А -массовое число). Массовый коэфициент ослабления

Если размеры источника излучения много меньше расстояния от источника, поток излучения на расстоянии R от источника при толщине защиты d равен

Кратности ослабления доз радиации и факторы накопления.

    Рассчитанные на основании ядерно-физических данных или измеренные экспериментально коэфициенты ослабления τ и/или μ не являются полными характеристиками защитных свойств материала и изделий на их основе. Причиной этой неполноты являются физические процессы, приводящие наряду с ослаблением первичного гамма-излучения к появлению рассеянного и вторичных излучений.
    Эти компоненты наряду с первичным гамма-излучением, вышедшим за пределы защитного слоя, дают вклад в формирование потоков излучения и величину дозы облучения. В ряде практически важных случаев вклад рассеянных и вторичных излучений в формирование дозы облучения превышает долю ослабленного защитой первичного излучения на 1-2 порядка. Этот эффект учитывается введением в закон ослабления первичного пучка (формулы 4.34) фактора накопления В, зависящего от атомного номера Z, энергии γ-квантов Е_γ и величины μd
( или равной ей τх). Тогда закон ослабления для параллельного потока гамма-излучения принимает вид:

Влияние эффекта накопления дозы проявляется – при некоторых энергиях излучения и толщинах защит – в том, что доза за защитой оказывается выше дозы перед защитой.
   В случае сложного компонентного состава вещества защиты фактор накопления В является функцией эффективного атомного номера материала Z _эфф.
    Кратность ослабления дозы К зависит от отношения доз перед слоем защитного материала d и после его прохождения и от фактора
накопления В:

Средняя эквивалентная доза за год ( мЗв/год)

Важно подчеркнуть, что эти цифры - во-первых - приближенные, и во-вторых- усредненные по Земле. Отклонения от этих цифр очень велики! Например, один трансатлантический перелет добавляет к средней годовой дозе от космических лучей примерно такое же количество в мЗв. Некоторые места на земной поверхности имеют уровень радиации за счет излучений от грунта на один и даже два порядка выше указанной в таблице.(Это, например, территории в Бразилии и Индии, находящиеся на песках, богатых торием.)

Последовательность воздействия излучений на биоткани

1. Заряженные частицы при прохождении через вещество теряют энергию за счет электромагнитных взаимодействий с атомами вещества, что приводит к ионизации. Электромагнитные кванты (гамма, рентген) при взаимодействии с веществом передают энергию (частично или полностью) атомам и электронам вещества, итогом процесса взаимодействия также является появление ионов (положительных и отрицательных) вместо нейтральных атомов и молекул.
2. Свободные электроны и ионизированные атомы участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, в т.ч. чрезвычайно реакционноспособные “свободные радикалы”.
3. Свободные радикалы вызывают химическую модификацию молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
4. Гибель клеток или такие в них изменения, которые приводят к развитию рака.

Летальная доза: При дозе 3-5 Гр 50% облученных погибает в течение 1-2 месяцев.