Активность (А) – мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени:
А = dN/dt,
где dN – ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt. В системе СИ единицей измерения активности является обратная секунда (с-1), имеющая специальное название беккерель (Бк). 1 Бк = 1 распад/с.
Используется и внесистемная международная единица активности кюри (Ки). Кюри – это такое количество радиоактивного изотопа, в котором число радиоактивных распадов в секунду равно 3,7?1010. Единица кюри соответствует радиоактивности одного грамма радия. В единицах беккерель и кюри выражают а - и b - активность.
Для характеристики g-активности введена другая единица – эквивалент одного миллиграмма радия (226Ra). Миллиграмм эквивалент радия – это активность любого радиоактивного препарата, g-излучение которого создает такую же мощность экспозиционной дозы, как g-излучение одного миллиграмма радия Государственного эталона РФ при платиновом фильтре 0,5 мм. Точечный источник в один миллиграмм (1мКи) радия, после начальной фильтрации через 0,5 мм платины, создает в воздухе на расстоянии 1 см мощность дозы 8,4 Р/ч. Эта величина называется ионизационной g-постоянной радия (К), которая принята за эталон мощности дозы излучения. С ней сравнивают К других радиоактивных изотопов. G - эквивалент изотопа М связан с его активностью А через ионизационную g - постоянную соотношением:
М = А * К /8,4 ,
которое позволяет сделать перерасчет от активности радиоактивного вещества, выраженной в мг-экв. радия, к активности, выраженной в Ки и наоборот.
Для характеристики рентгеновского и g - излучения устанавливают так называемую экспозиционную дозу (Х) ионизирующих излучений. Она характеризует ионизирующую способность рентгеновских и g-излучений в воздухе. На практике применяются внесистемная единица – рентген. Это такое количество излучения, при котором в одном см3 воздуха (0,001293 г) при атмосферном давлении 760 мм.рт.ст и температуре 0оС, образуется 2,08х109 пар ионов.
За единицу экспозиционной дозы в международной системе единиц (СИ) принят кулон на кг (Кл/кг), т.е. такое количество энергии рентгеновского и g - излучения, которое в кг сухого воздуха образует ионы, несущие суммарный заряд в 1 кулон электричества каждого знака. 1 Р = 2,58х10-4 Кл/кг, 1 Кл/кг = 3880 Р.
Экспозиционная доза не учитывает энергию ионизирующих излучений, которая поглощается облучаемым объектом. Для определения эффекта воздействия ионизирующих излучений в веществе введено понятие поглощенная доза (D) – фундаментальная дозиметрическая величина, определяемая в виде:
D = de / dm,
где de – средняя энергия, передаваемая ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме; dm – масса вещества в элементарном объеме.
В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название – грей (Гр).
Внесистемной единицей измерения поглощенной дозы является рад. Единица рад (rad – radiation absorbed dose) – это такая доза, при которой в одном грамме массы облучаемого вещества поглощается энергия любого вида излучения равная 100 эрг.
Поскольку, при одной и той же дозе энергии g-квантов и частиц в одном грамме разной по составу биологической ткани поглощается различное количество энергии, поглощенную дозу в таких случаях находят расчетным путем:
D = Х*f,
где D – поглощенная доза; Х – экспозиционная доза Р в той же точке; f – переходный коэффициент.
Если в воздухе доза излучения 1 Р эквивалентна 88 эрг/г, то поглощенная энергия для этой среды составит 88 /100 = 0,88 рад. Таким образом, для воздуха поглощенная доза равная 0,88 рад соответствует экспозиционной дозе в 1 Р.
Переходный коэффициент f обычно определяют опытным путем на фантоме. Для воды и мягких тканей коэффициент f округленно принят за единицу (фактически он составляет 0,93). Следовательно, поглощенная доза в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Для костной ткани коэффициент f изменяется от 2 до 5.
Биологическое действие одних и тех же доз различного вида излучений не одинаково. Это связано с удельной ионизацией излучения. Чем выше удельная ионизация, тем больше коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или взвешивающий коэффициент (WR). Этот коэффициент показывает во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения выше рентгеновского или g-излучения при одинаковой поглощенной дозе в тканях.
Для оценки биологического действия излучения введено понятие эквивалентной дозы – это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения WR:
HTR = WR*DTR,
где DTR – средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, а WR – взвешивающий коэффициент для излучения R.
Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий специальное название – зиверт (Зв). Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада – бэр.
4.Действие ионизирующего излучения на организм человека
В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биологические процессы.
Первичным физическим актом взаимодействия ионизирующего излучения с биологическим объектом является ионизация. Именно через ионизацию происходит передача энергии объекту.
Известно, что в биологической ткани 60-70 % по массе составляет вода. В результате ионизации молекулы воды образуют свободные радикалы Н- и ОН-
В присутствии кислорода образуется также свободный радикал гидроперекиси (H2O-) и перекись водорода (H2O), являющиеся сильными окислителями..
Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белков, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биологических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму - токсины. Это приводит к нарушениям жизнедеятельности отдельных функций или систем организма в целом. В зависимости от величины поглощенной дозы и индивидуальных особенностей организма, вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми.
Некоторые радиоактивные вещества накапливаются в отдельных внутренних органах. Например, источники альфа - излучения (радий, уран, плутоний), бета - излучения (стронций и иттрий) и гамма-излучения (цирконий) отлагаются в костных тканях. Все эти вещества трудно выводятся из организма.
Особенности воздействия ионизирующего излучения при действии на живой организм
При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:
- высокая эффективность поглощенной энергии. Малые количества поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме;
В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биологические процессы.
Известно, что две трети общего состава ткани человека составляют вода и углерод. Вода под воздействием ионизирующего излучения расщепляется на Н и ОН, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел НО2 и перекись водорода Н2О2. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее.
В результате воздействия ионизирующего излучения нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен в организме.
Поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, а затем смерть, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для всего тела следующие: голова - 2 000 рад, нижняя часть живота - 5 000 рад, грудная клетка - 10 000 рад, конечности - 20 000 рад.
Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию излучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки.
Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни. При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 50 рад через день после облучения может резко сократиться число лимфоцитов, уменьшится также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечению двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 1014 красных кровяных телец при ежедневном воспроизводстве 1012, а у больного такое соотношение нарушается.