Меню

Мощность поглощаемого дозы формула

РАЗДЕЛ 3
ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ

Автор-составитель:к.ф.-м.н. Л.И. Клочкова

3.1. Система дозиметрических величин

Результат воздействия ионизирующих излучений на исследуемые объекты заключается в физико-химических или биологических изменениях в этих объектах. Цель дозиметрии — измерение и теоретические расчеты дозиметрических величин для оценки радиационного эффекта. Главная цель радиационной безопасности — обеспечить условия использования источников ионизирующего излучения, при которых вред для человека от возможных радиационных эффектов был бы приемлемым.

В Нормах радиационной безопасности НРБ–99 [1] и Основных санитарных правилах ОСПОРБ–99 [2] сформулированы общие требования к организации и проведению дозиметрического контроля облучения персонала. При этом система контроля обеспечения радиационной безопасности персонала должна отвечать требованиям, которые выработаны международным сообществом [3–23].

Методология контроля радиационной безопасности опирается на современную систему дозиметрических величин [24–40], которая включает:

физические величины, являющиеся характеристиками источников, полей ионизирующего излучения и их взаимодействия с веществом;

нормируемые величины, являющиеся мерой ущерба (вреда) от воздействия излучения на человека;

операционные величины, являющиеся величинами, однозначно определяемыми через физические характеристики поля излучения в точке или через физико-химические характеристики аэрозоля в точке; эти величины максимально приближены к соответствующим нормируемым величинам в стандартных условиях облучения и предназначены для консервативной оценки нормируемых величин при дозиметрическом контроле.

3.1.1.Физические величины

Основной величиной в дозиметрии является поглощенная доза. Поглощенная доза D равна отношению средней энергии , переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm этого вещества:

В системе СИ единицей поглощенной дозы является Гр (грей). 1 Гр = 1Дж/кг. Внесистемная единица поглощенной дозы — рад * . 1 рад = 10 –2 Гр.

Средняя доза. Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии e, переданной объему, деленной на массу этого объема m:

Мощность поглощенной дозы D равна производной от поглощенной дозы по времени:

где dD — приращение поглощенной дозы за интервал времени dt.

В системе СИ единицей мощности поглощенной дозы является Гр/с.

Экспозиционная доза X рентгеновского или g -излучения равна отношению суммарного заряда D Q всех ионов одного знака, создаваемых корпускулярным излучением (сопряженным с электромагнитным) в элементарном объеме воздуха при нормальных условиях, к массе D m воздуха в этом объеме:

Если выполняется условие «электронного равновесия», то экспозиционная доза в воздухе эквивалентна поглощенной дозе. Под электронным равновесием понимается такое взаимодействие излучения со средой, при котором энергия излучения, поглощенная в некотором объеме среды, равна суммарной кинетической энергии электронов, образовавшихся в результате взаимодействия g -излучения с веществом. Электронное равновесие может иметь место при облучении потоком g -квантов неограниченно протяженной, однородной по атомному составу и плотности среды (например воздуха).

В системе СИ единицей экспозиционной дозы является Кл/кг (кулон на килограмм). В условиях электронного равновесия дозе 1 Кл/кг соответствует поглощенная доза 33,85 Гр в воздухе или 36,9 Гр в биологической ткани (различные коэффициенты поглощения).

Внесистемная единица экспозиционной дозы — Р * (рентген). 1 Р = 2,58 × 10 –4 Кл/кг. Поскольку 1 Р соответствует образованию 2,08 × 10 9 пар ионов в 1 см 3 воздуха, то, принимая энергию образования пары ионов в воздухе равной 34 эВ, получим, что 1 Р = 8,8 × 10 –3 Гр.

В процессе перехода на единицы СИ экспозиционная доза подлежит изъятию из употребления [41]. Причины такого решения следующие:

экспозиционная доза была введена только для фотонного излучения, поэтому она не может использоваться в полях смешанного излучения;

область использования экспозиционной дозы ограничена энергией Е g £ 3 МэВ;

нецелочисленные коэффициенты связи между внесистемными единицами и единицами СИ могут быть причиной многочисленных ошибок.

Мощность экспозиционной дозы равна производной от экспозиционной дозы по времени

где dX — приращение экспозиционной дозы за интервал времени dt.

В системе СИ единицей мощности экспозиционной дозы является А/кг.

3.1.1.3. Линейная передача энергии

Линейная передача энергии L (ЛПЭ) равна отношению средней энергии , переданной веществу заряженной частицей при столкновении с электронами на элементарном пути dx, к длине этого пути:

Единица ЛПЭ — кэВ/мкм.

Флюенс частиц Ф равен отношению числа частиц dN, проникающих в элементарную сферу, к площади центрального сечения dS этой сферы:

Читайте также:  Падение производства недогрузка производственных мощностей рост безработицы это

В системе СИ единица флюенса — м –2 .

3.1.1.5. Плотность потока частиц

Плотность потока частиц j равна флюенсу за единицу времени:

В системе СИ единица плотности потока — м –2 × с –1 .

3.1.2. Нормируемые величины

3.1.2.1. Доза в органе или ткани

Доза в органе или ткани DT равна средней поглощенной дозе в определенном органе или ткани человеческого тела:

где D — поглощенная доза в элементе массы dm; mT — масса органа или ткани.

3.1.2.2. Эквивалентная доза в органе или ткани

Найдено, что одинаковые поглощенные дозы от различных видов излучений оказывают различное биологическое воздействие на живой организм. Для того, чтобы учесть эти различия, вводят понятие эквивалентная доза в органе или ткани.

Эквивалентная доза HT, полученная органом или тканью Т, равна поглощенной дозе DT,R в органе или ткани T, умноженной на соответствующий взвешивающий коэффициент WR для данного вида излучения R. При воздействии на тело человека различных видов излучения с различными взвешивающими коэффициентами WR эквивалентная доза в органе или ткани определяется как сумма эквивалентных доз в органе или ткани для этих видов излучения:

Взвешивающие коэффициенты WR (табл. 3.1) не зависят от облучаемого органа или ткани. Значения WR определены в зависимости от вида и энергии излучения и характеризуют источник излучения. Взвешивающие коэффициенты WR предназначены для определения нормируемых величин.

Взвешивающие коэффициенты WR для основных видов излучения

от 10 до 100 кэВ

от 100 кэВ до 2 МэВ

В табл. 3.1 приведены значения WR для излучения, падающего на тело, а в случае внутреннего облучения — испускаемого при ядерном превращении. Облучению с равными эквивалентными дозами в органе или ткани соответствуют равные ущербы.

В системе СИ единицей эквивалентной дозы является Зв (зиверт). 1 Зв = 1 Дж/кг.

Мощность эквивалентной дозы в органе или ткани равна производной от эквивалентной дозы по времени

где dH Т — приращение эквивалентной дозы в органе или ткани за интервал времени dt.

В системе СИ единицей мощности эквивалентной дозы является Зв/с (зиверт в секунду).

3.1.2.3. Ожидаемая эквивалентная доза при внутреннем облучении

Ожидаемая эквивалентная доза H Т( t ) при внутреннем облучении человека равна

где мощность эквивалентной дозы в органе или ткани Т к моменту времени t; t — момент поступления радиоактивного вещества в организм; t — время, прошедшее после поступления радиоактивного вещества в организм.

Значение t соответствует ожидаемой оставшейся продолжительности жизни человека. Принято, что t = 50 лет для взрослых лиц старше 20 лет. Когда время t не определено, его следует принять равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей.

В системе СИ единицей ожидаемой эквивалентной дозы является Зв (зиверт).

Эквивалентная доза в органе или ткани равна сумме эквивалентной дозы внешнего облучения и ожидаемой эквивалентной дозы внутреннего облучения.

Мощность эквивалентной дозы внутреннего облучения в органе (ткани) T от радионуклида V, содержащегося в органе (ткани)-источнике S, равна [31]:

где S орган, являющийся источником излучения; V ¢ — радионуклиды цепи распада материнского радионуклида V; a(t|S)V ¢ — активность в момент времени t радионуклида V ¢ , содержащегося в органе-источнике S; R — вид ионизирующего излучения, испускаемого при превращении радионуклида, содержащегося в органе-источнике S; YR,V — выход излучения вида R на одно ядерное превращение радионуклида V; e R — энергия излучения типа R; f(t, e R|T ¬ S)R — поглощенная в органе (ткани) Т доля энергии e R, выделившейся в органе-источнике S к моменту времени t; WR — взвешивающий коэффициент; mT(t) — масса органа (ткани) Т к моменту времени t.

Суммирование производится по всем органам-источникам S; по всем радионуклидам V ¢ цепи распада материнского радионуклида V, возникающим в органах-источниках в результате превращения и перемещения материнского радионуклида; по всем видам ионизирующих излучений R, испускаемых при превращениях радионуклидов, содержащихся в органе-источнике S. Зависимость от времени функций f(t, e R|T ¬ S)R и mT(t) в выражении (3.13) определяется изменением с возрастом размеров и массы органов тела человека.

Эффективная доза Е равна сумме произведений взвешивающих коэффициентов WT для органов или тканей на эквивалентные дозы HT, полученные этими органами или тканями:

Эффективная доза Е является величиной, которая используется как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека или отдельных его органов и тканей с учетом их различной радиочувствительности. Облучению с равными эффективными дозами соответствуют равные ущербы. Числовые коэффициенты WT (табл. 3.2) установлены примерно равными отношению эквивалентной дозы равномерного облучения всего тела к эквивалентной дозе облучения органа, при которых ожидается один и тот же ущерб.

Читайте также:  Мощность двигателя киа серато

Взвешивающие коэффициенты WT для различных тканей и органов человека

Источник



МОЩНОСТЬ ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ, биологический эффект

МОЩНОСТЬ ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ — приращение дозы ионизирующего излучения, отнесенное к единице времени, за к-рую это увеличение произошло. М. д. и. (Р) вычисляют по формуле:

где dD — приращение дозы ионизирующего излучения, dt — промежуток времени, в течение к-рого оно происходит.

Мощность экспозиционной и поглощенной дозы излучения выражается соответственно в рентгенах и радах или кратных им единицах, отнесенных к единицам времени (р/сек, р/мин, рад/сек, мрад/сек, мкрад/сек, рад/мин и т. д.). По международной системе единиц (СИ) мощность поглощенной дозы излучения выражается в Гр/с (грей в секунду), мощность эквивалентной дозы излучения — в Зв/с (зиверт в секунду).

Многочисленные экспериментальные и клин, данные свидетельствуют о том, что изменение М. д. и. сопровождается изменениями в биол, эффекте, что учитывается в практике гиг. нормирования, при оценке радиационной опасности, а также при планировании и проведении лучевой терапии.

Основная закономерность влияния М. д. и. на биол, реакции проявляется в уменьшении биол, эффекта при снижении М. д. и. от сотен до долей рад/мин. В диапазоне М. д. и. от единиц до долей рад/мин ее уменьшение вызывает резкое снижение биол, эффекта, в диапазоне М. д. и. от сотен до десятков рад/мин — лишь незначительное его снижение. Нек-рое уменьшение биол, эффекта возможно по мере возрастания М. д. и. до тысяч рад/мин и при мощных импульсных воздействиях.

Диапазон абсолютных значений М. д. и., в к-ром происходит существенное изменение эффекта по сравнению с таковым при остром облучении, неоднозначен при использовании разных биол, объектов и различных критериев оценки поражения.

Уменьшение биол, эффекта при снижении М. д. и. выявляется, напр., при облучении микроорганизмов дрожжей, растений, насекомых, культур тканей. В эксперименте на лаб. животных при определенном уменьшении М. д. и. в нек-рых случаях доза так наз. половинной выживаемости может возрастать более чем в два раза. Критическое значение М. д. и., ниже к-рого начинает существенно снижаться поражающее действие ионизирующего излучения, смещается в сторону уменьшения для тех биол, видов, к-рым свойствен низкий темп восстановительных процессов.

Влияние М. д. и. отражается на величине дозы ионизирующего излучения, вызывающей, напр., лучевую реакцию кожи, нервной системы, кроветворных органов и др. Уменьшение М. д. и. приводит к менее выраженному снижению показателей иммунол, реактивности организма, к меньшему изменению биохим, показателей, характеризующих степень деструктивных изменений после облучения. При снижении М. д. и. от тысяч до единиц рад/мин уменьшается защитный эффект гипоксии, а при меньших М. д. и. гипоксия не сказывается на результатах воздействия ионизирующего излучения.

Степень различий в реакции отдельных тканей организма на изменение М. д. и. в определенных пределах связана с темпом их физиол, регенерации. При уменьшении М. д. и. и, следовательно, удлинении времени лучевого воздействия наибольшее снижение биол, эффекта по сравнению с эффектом при остром облучении происходит в активно обновляющихся тканях при близких по длительности сроках воздействия и циклах обновления клеточных элементов этой ткани. Неодинаковое влияние снижения

М. д. и. на опухолевые и нормальные клетки в связи с различиями в скорости их репопуляции используется в лучевой терапии для увеличения радиотерапевтического интервала (см.).

Влияние М. д. и. на биол, эффект проявляется неодинаково в зависимости от различной линейной передачи энергии (см. Линейная передача энергии); биол, эффективность ионизирующего излучения с высокой линейной передачей энергии (альфа-частицы, тяжелые ионы, нейтроны) мало зависит от М. д. и.

Библиография: Акоев И. Г. Проблемы постлучевого восстановления, с. 82, 183, М., 1970; Вопросы общей радиобиологии (экспериментальные и клинические данные), под ред. М. П. Домшлака, с. 147, М., 1971; Даренская Н. Г. ид р. Относительная биологическая эффективность излучений, с. 173, М., 1968; Нормы радиационной безопасности (НРБ-76), с. 6, М., 1978.

Читайте также:  Изменится ли общая мощность двух одинаковых электроплиток при переключении

Источник

3. Поглощённая доза излучения. Мощность поглощённой дозы. Единицы измерения.

Поглощённая доза излучения Dопределяется отношением средней энергииdW, переданной ионизирующим излучением веществу в элементе объёма к массеdmвещества в этом объёме:

D= dW / dm;

Единица поглощённой дозы в СИ – джоуль на килограмм (Дж/кг), что соответствует поглощению 1 Дж энергии любого вида ионизирующего излучения в 1 кг облученного вещества. Эту единицу дозы принято называть грэй (Гр). Внесистемной единицей поглощённой дозы излучения является рад; 1 рад соответствует поглощению 100 эрг энергии любого вида ионизирующего излучения в 1 г облученного вещества. Т.о. 1 Дж/кг = 1 Гр = 100 рад.

Энергия W, переданная веществу ионизирующим излучением в некотором его объёме, равна разности между суммой энергий (ΣЕвх) всех вошедших в объём непосредственно или косвенно ионизирующих частиц (исключая энергию покоя частиц) и суммой энергий (ΣЕвых) всех покидающих объём непосредственно или косвенно ионизирующих частиц (исключая энергию покоя частиц) плюс– сумма всех выделяемых энергий в любых ядерных реакциях, превращениях и процессах с элементарными частицами, имевших место внутри объёма, за вычетом суммы всех энергий, затраченных в этих реакциях, превращениях и процессах в том же объёме.

Если в элементарном объёме за счёт превращения ядер или элементарных частиц происходит изменение массы покоя, то этот эффект учитывается соответствующим энергетическим эквивалентом в члене , причёмберётся со знаком плюс при уменьшении массы покоя и со знаком минус при её увеличении. Т.о.,

.

Мощность поглощённой дозы в системе СИ имеет размерность. Внесистемная единица –..

Поглощённая в 1 г ткани в условиях равновесия заряженных частиц энергия при составляет. В воздухе в условиях равновесия заряженных частиц энергии, соответствующей экспозиционной дозе в 1 р, отвечает поглощённая доза 0,877 рад.

Такое состояние взаимодействия фотонного излучения с веществом, при котором вносимая в некоторый объём энергия освобождённых фотонами электронов равна энергии, уносимой электронами из того же объёма, называется электронным равновесием. Условие электронного равновесия:

,

где – вектор энергии излучения, зависящий от координат. При этом условии по формуле, в которойB– энергия тормозного излучения,– плотность,K– керма (отношение суммы первоначальной кинетической энергиивсех заряженных частиц, созданных косвенно ионизирующим излучением в элементарном объёме вещества, к массе веществав этом объёме:, измеряется в СИ в грэях),D– поглощённая доза, определяется условие абсолютного электронного равновесия, если. В общем случае, где– доля энергии электронов, преобразованной в энергию тормозного излучения.

4. Эквивалентная доза. Относительная биологическая эффективность (обэ). Коэффициент качества излучения. Единицы эквивалентной дозы.

Для оценки биологического эффекта воздействия излучения произвольного состава потребовалось введение новой характеристики дозы. В задачах радиационной безопасности при облучении в малых дозах (меньше

0,1 Гр) это эквивалентная доза с единицей измерения в СИ – зиверт (Зв). Зиверт – единица эквивалентной дозы любого вида излучения в биологической ткани, которое создаёт такой же биологический эффект, как и поглощённая доза в 1 Гр образцового рентгеновского излучения (излучение с граничной энергией 200 КэВ). Внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рада). Бэр – единица эквивалентной дозы любого вида излучения в биологической ткани, которое создаёт такой же биологический эффект, как и поглощённая доза в 1 рад образцового рентгеновского излучения. Т.о., 1 Зв = 100 бэр.

Для сравнения биологических эффектов, производимых одинаковой поглощённой дозой различных видов излучения, используют понятие «относительная биологическая эффективность» (ОБЭ). Под ОБЭ излучения понимают отношение поглощённой дозы образцового рентгеновского излучения к поглощённой дозе данного рассматриваемого вида излучения, при условии, что эти дозы вызывают одинаковый биологический эффект. Регламентированные значения ОБЭ, установленные для контроля степени радиационной опасности при хроническом облучении, называют коэффициентом качества излучения K. Этот безразмерный коэффициент определяет зависимость неблагоприятных биологических последствий облучения человека в малых дозах от полной линейной передачи энергии (ЛПЭ) излучения (табл. №10)

Табл. 10. Зависимость коэффициента качества от ЛПЭ.

3,5

Источник

Adblock
detector