Радиационная безопасность и дозиметрия внешнего гамма-излучения методические указания к выполнению лабораторной работы №1 по курсу «Защита от излучений» Иваново 2009 (стр. 3 из 9)

Процесс размножения раковых клеток имеет случайный характер, хотя вследствие генетических и физиологических особенностей люди могут сильно различаться по чувствительности к вызываемому облучением раку. Некоторые люди с редкими генетическими болезнями могут быть значительно чувствительнее, чем средний человек.

При небольших добавках дозы к природному (фоновому) облучению вероятность вызвать дополнительные случаи возникновения рака, естественно, мала, и ожидаемое число случаев, которые можно приписать дополнительной дозе у облучаемой группы людей, может быть меньше 1 даже у очень большой группы лиц. Поскольку природный радиационный фон всегда существует, как существует и спонтанный уровень стохастических эффектов, то любая практическая деятельность, приводящая к дополнительному облучению, приводит и к увеличению вероятности стохастических эффектов. Вероятность их возникновения предполагается прямо пропорциональной дозе, а тяжесть проявления – не зависящей от дозы облучения.

Рис.1.2 иллюстрирует связь между облучением и частотой возникновения раковых заболеваний у населения. Она характеризуется значительным уровнем спонтанных раков в популяции и относительно небольшой вероятностью возникновения дополнительных заболеваний под действием излучения. К тому же по данным НКДАР ООН[2] спонтанный уровень заболеваемости и смертности от раковых заболеваний значительно варьирует и от страны к стране и от года к году в одной отдельно взятой стране. Это означает, что, анализируя последствия воздействия излучения на большую группу людей, облученных с одинаковой дозой, можно установить вероятностную связь между дозой облучения и числом дополнительных раков, возникших вследствие облучения, однако невозможно указать, какое заболевание является следствием облучения, а какое возникло спонтанно.

На рис.1.3 приведена оценка численности группы одинаково облученных взрослых людей, необходимой для достоверного подтверждения связи между увеличением общего числа раковых заболеваний в группе и дозой облучения. Линия А-В на рисунке определяет теоретическую оценку численности группы, необходимой для выявления дополнительных стохастических эффектов излучения с доверительным интервалом 90 %. Выше этой линии расположена область, в которой теоретически возможно доказательство связи между увеличением числа стохастических эффектов в группе и облучением. Ниже этой линии доказать эту связь теоретически невозможно. Пунктир показывает, что для достоверного выявления дополнительных эффектов от равномерного облучения тела взрослых людей фотонами с дозой 20 мГр, равной пределу дозы профессионального облучения, необходимо обследовать не менее 1 млн человек с такой дозой.

Рис.1.2. Соотношение между дополнительным облучением, обусловленным практической деятельностью, и увеличением вероятности раковых заболеваний (так называемая зависимость «Доза-эффект»).

Рис.1.3. Численность группы одинаково облученных взрослых людей, необходимая
для достоверного подтверждения связи между дозой облучения и увеличением общего числа раковых заболеваний в группе

Таким образом, задача обеспечения радиационной безопасности сводится: 1) к предотвращению у работающих детерминированных эффектов путем контроля над источниками излучений; 2) к снижению дополнительного риска стохастических эффектов путем ограничения доз облучения и числа облучаемых лиц.

1.3. Основные дозиметрические величины и единицы их измерения

Активность (А) – мера количества радионуклида в источнике или в любом веществе, включая организм человека. Активность равна скорости радиоактивного распада ядер атомов радионуклида. Величина суммарной активности характеризует потенциальную радиационную опасность помещений, в которых ведутся работы с радиоактивными веществами.

Единица измерения СИ – Бк (беккерель), равный 1 распаду в секунду (с^–1).

Внесистемная единица – Ки (кюри); 1 Ки = 37 ГБк = 3,7×10¹⁰ с ^–1 .

Поток частиц (F) – число элементарных частиц (альфа, бета, фотонов, нейтронов), излучаемых источником или воздействующих на мишень в единицу времени. Единица измерения – част/с, фотон/с или просто с ^{– 1} .

Вид и количество излучаемых при ядерных превращениях частиц (фотонов) определяются типом распада ядер радионуклида. Так как направление вылета частицы случайно, поток распространяется по всем направлениям от источника. Полный поток излучения источника связан с его активностью соотношением

,

где v, % – коэффициент выхода частиц на 100 распадов (приводится в справочниках по радионуклидам; для разных радионуклидов выход значительно различается, v = 0,01% - 200% и более).

Флюенс частиц (Ф) – отношение числа элементарных частиц (альфа, бета, фотонов, нейтронов), проникающих в элементарную сферу, к площади центрального сечения этой сферы. Флюенс, так же как и доза, есть величина аддитивная и неубывающая – ее значение всегда накапливается со временем. Единица измерения – част/ см², фотон/ см² или просто см ^–2 .

Плотность потока частиц (j ) – флюенс за единицу времени. Единица плотности потока частиц или квантов – см^–2·с^–1. Плотность потока характеризует уровень (интенсивность) радиации в данной точке пространства (или радиационную обстановку в данной точке помещения).

Энергия (Е_R) – является важнейшей характеристикой ионизирующего излучения. В ядерной физике используется внесистемная единица энергии – электронвольт (эВ). 1 эВ = 1,6020×10^-19 Дж.

Экспозиционная доза (Х) – мера количества ионизационных разрушений атомов и молекул тела за время облучения. Равна отношению суммарного заряда всех ионов одного знака, созданных фотонным излучением в воздухе, к массе облученного объема воздуха. Экспозиционная доза используется только для фотонного излучения с энергией до 3 МэВ. В сфере радиационной безопасности она выведена из употребления с 1996 г.

Единица измерения СИ – Кл/кг (кулон на килограмм).

Внесистемная единица – Р (рентген); 1 Р = 2,58×10^-4 Кл/г; 1 Кл/кг = 3872 Р.

Поглощенная доза, или просто доза (D) – мера физического воздействия ионизирующего излучения на вещество (на молекулярном уровне). Равна отношению энергии излучения, поглощенной в веществе на образование ионов, к массе облученного вещества.

Единица измерения СИ – Гр (грей); 1 Гр = 1 Дж/кг.

Внесистемная единица – рад (rad – radiation absorbed dose);

1 рад = 0,01 Гр = 10 мГр.

Экспозиционной дозе фотонного излучения X = 1Р соответствует поглощенная доза в воздухе D = 0,87 рад (8,7 мГр), а в биоткани D = 0,96 рад (9,6 мГр) из-за разной работы ионизации молекул. Для практических целей радиационной безопасности можно считать, что 1 Р соответствует 1 рад или 10 мГр.

Эквивалентная доза (Н) – мера биологического воздействия излучения на орган или ткань (на уровне живых клеток, органов и тканей). Равна произведению поглощенной дозы на взвешивающий коэффициент радиации W_R , который учитывает качество излучения (линейную ионизирующую способность). Для смешанного излучения эквивалентная доза определяется как сумма по видам радиации «R» :

Н = å D_R × W_R

Значения взвешивающих коэффициентов радиации W_R приняты в НРБ-99. Для альфа-, бета-, фотонного и нейтронного излучений они равны:

W_a = 20; W_b = W_g = 1; W_n = 5 – 20 (W_n зависит от энергии нейтронов).

Единица измерения СИ – Зв (зиверт); для гамма-излучения 1 Зв = 1 Гр.

Внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рада);

1 бэр = 0,01 Зв = 10 мЗв.

Связь с другими дозовыми единицами:

- для рентгеновского, бета- и гамма-излучения 1 Зв = 1 Гр = 100 бэр »100 Р;

- для альфа-излучения (W_R=20) 1 Гр = 20 Зв или 100 рад = 2000 бэр;

- для нейтронного излучения поглощенная доза 1 рад (10 мГр) будет соответствовать эквивалентной дозе 5–20 бэр (50–200 мЗв), в зависимости от энергии нейтронов.

Эффективная доза (Е) – мера риска возникновения отдаленных стохастических эффектов (при малых дозах облучения) с учетом неодинаковой радиочувствительности органов и тканей. При равномерном облучении всего тела эффективная доза совпадает с эквивалентной: Е = Н, где Н – одинаковая эквивалентная доза на все органы и ткани.