одиниці радіоактивності і дози випромінювання ( «Додаток №1» для самост.работи студентів *)
Для ознайомлення з деякими поняттями радіаційної дозиметрії, широко вживаними в цивільного захисту, особливо останнім часом, доцільно згадати їх опис та одиниці виміру. В останні роки в науковій літературі одиниці радіоактивності даються в Міжнародній системі (СІ). Проте, в науковій літературі минулих років в практиці ліквідації наслідків ядерних аварій, під час градуювання шкал дозиметричних приладів застосовують не тільки одиниці СІ. а й позасистемні одиниці. З огляду на це, для зручності користування в підручнику одночасно подаються одиниці в системі СІ і позасистемні.
Актівностьюрадіоактівного елемента є кількість атомних розпадів, які відбуваються в 1 секунду. Таким чином, активність радіоактивного елемента визначається числом розпадів за одиницю часу, вона характеризує абсолютну швидкість радіоактивного розпаду радіонукліда. Активність радіоактивної речовини пропорційна його кількості і обернено пропорційна періоду напіврозпаду. Кількість радіоактивної речовини свідчить про його активності, тобто про кількість атомів, які розпадаються за 1 секунду.
За одиницю активності (активність нукліда в радіоактивному джерелі) прийнята одиниця в системі СІ - бекерель (Бк, Bq) - це така кількість радіоактивної речовини, в якому відбувається 1 акт розпаду за 1 с; похідні одиниці: кілобеккерель (кБк) - 1000 Бк, мегобеккерель (МБк) - 1000000 Бк. Позасистемна одиниця активності - кюрі (Кі) - така кількість радіоактивної речовини, в якому відбувається 37 млрд. Актів розпаду за 1 с. і похідні одиниці: 1 мКи = 10 -3 Кі, 1 мкКі = 10 -6 Кі, 1 нКи = 10 -9 Кі.
Соотношеніемежду одиницями. Бк = 2,7 ∙ 10 -11 Кі; 1Бк = 1 роз / с; 1 Ки = 3,7 ∙ 10 10 Бк = 3,7 ∙ 10 10 роз / с.
За одиницю радіоактивності речовини (питому вагову активність) прийнята одиниця бекерель на кілограм (Бк / кг), а позасистемна - кюрі на кілограм (Кі / кг).
Одиницею радіоактівностіжідкой і газоподібного середовища - питомої об'ємної активністю - є одиниця в системі СІ - бекерель на літр (Бк / л), а позасистемна одиниця - кюрі на літр (Кі / л).
За одиницю радіоактівностіплощаді - питому щільність забруднення в системі СІ - прийнятий бекерель на квадратний кілометр (Бк / км 2), похідні: кБк / м 2; позасистемна одиниця -кюрі на квадратний кілометр (Кі / км2).
Іонізуюче властивість радіації в повітрі характеризують дозою випромінювання.
Доза випромінювання - це кількість енергії радіоактивних випромінювань, поглинутих одиницею об'єму середовища, яка опромінюється. Доза випромінювання (або опромінення) є мірою вражаючої дії радіоактивних випромінювань на організм людини, тварин і рослин. Вона може накопичуватися за різний час, а біологічне ураження від опромінення залежить від величини дози і від часу її накопичення.
Розрізняють експозиційну, поглинену та еквівалентну дози випромінювання.
Експозіціоннойдозой називають дозу випромінювання, яка характеризує іонізаційний ефект рентгенівського і гамма-випромінювань в повітрі. Це доза, яка характеризує джерело і створене ним радіоактивне поле. Експозиційну дозу випромінювання гамма-променів вимірюють позасистемної одиницею - рентгеном (Р, R). Один рентген - це така доза рентгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см 3 сухого повітря при температурі 0 ° С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд. пар іонів (або точніше 2,08 х 10 9). На практиці застосовують і похідні одиниці: мілірентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10 -3 Р) і мікрорентген (1 Р = 1000000 мкР; 1 мкР = 10 -6 Р). В системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм (Кл / кг, C / kg). Це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якій в кожному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорівнює 1 кулона.
Одиниця опромінення в системі СІ дорівнює 3876 Р. Експозиційна доза в рентгенах досить надійно характеризує небезпеку дії іонізуючих випромінювань при загальному і рівномірному опроміненні організму людини або тварини. Співвідношення між одиницею експозиційної дози системи СІ і позасистемної: 1 Кл / кг = 3876 Р або 1 Кл / кг = 3,88 ∙ 10 3 Р; 1 Р = 2,58 ∙ 10 -4 Кл / кг. Рентген визначає кількість енергії (дозу), яке отримує об'єкт, але не характеризує час, за яке вона отримана. Для оцінки дії іонізуючого випромінювання за одиницю часу застосовується поняття "потужність дози".
Потужність експозиційної дози (рівень радіації) - це інтенсивність випромінювання, яке виходить за одиницю часу і характеризує швидкість накопичення дози. Одиницею потужності експозиційної дози в системі СІ є ампер на кілограм (А / кг, A / kg), а позасистемної одиницею для вимірювання випромінювань в повітрі є рентген на годину (Р / год, R / h), рентген в секунду (Р / с , R / s) або похідні одиниці: мілірентген на годину (мР / год), мікрорентген на годину (мкР / год). Співвідношення між одиницею системи СІ і позасистемної одиницею потужності експозиційної дози: 1 А / кг = 1 Кл / (кг · с) = 3876 Р / с, 1 Р / с = 2,58 · 10 -4 А / кг = 2,58 · 10 -4 Кл / (кг · с). Рентген як одиниця вимірювання за своїм визначенням є кількісною характеристикою гамма-або рентгенівського випромінювання і нічого не говорить про кількість енергії, поглиненої обсягом, який опромінюється. Тому для оцінки ступеня впливу випромінювання на організм введено поняття "поглинена доза".
Поглощеннаядоза - це кількість енергії різних видів іонізуючих випромінювань, поглинутих одиницею маси речовини. Одиниця поглиненої дози випромінювання тканинами організму в системі СІ - джоуль на кілограм (Дж / кг, J / kg). Дж / кг - це кількість енергії будь-якого виду іонізуючого випромінювання, поглиненого 1 кілограмом тіла. Крім цього, одиницею виміру поглиненої дози є грей (Гр.). Ще застосовують позасистемна одиницю - радий (rad) (це скорочення від англ. Radіatіon absorbent dose) - поглинена доза будь-якого випромінювання, при якій кількість енергії, поглиненої 1 г речовини, яке опромінюється, відповідає 100 ерг; 1 рад = 0,01 Дж / кг = 100 ерг поглиненої речовини в тканинах. Співвідношення між одиницею поглиненої дози системи СІ і позасистемної одиницею: 1 Гр = 1 Дж / кг, 1 Дж / кг = 100 рад, 1 Гр = 100 рад, 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж / кг.
Для визначення дози опромінення біологічних об'єктів вимірюють дозу в повітрі в Р. а потім розрахунковим шляхом знаходять поглинену дозу в радах. Через те, що доза випромінювання 1 Р у повітрі енергетично еквівалентна 88 ерг / г, то поглинена енергія в радах для повітря становить 88/100 = 0,88 рад. Таким чином, якщо доза випромінювання в повітрі дорівнює 1 Р, то поглинена доза буде 0,88 радий.
Поглинена доза більш точно визначає вплив іонізуючого випромінювання здійснюватиме на біологічні тканини організму, які мають різні атомний склад і щільність. Є окрема залежність між поглиненою дозою і радіаційним ефектом: чим більше поглинена доза, тим більше радіаційний ефект. Поглинена доза характеризує радіаційний ефект для всіх видів органічних і хімічних тіл, крім живих організмів.
Одиницею потужності поглиненої дози в системі СІ є грей за секунду (Гр / с) і джоуль на кілограм за секунду (Дж / (кг · с), J / (kg · s)), а позасистемної-радіо в секунду (рад / с , rad / s); співвідношення між ними: 1 Гр / с = 1 Дж / (кг · с); 1 Гр / с = 100 рад / с, 1 рад / с = 0,01 Гр / с.
Але поглинена доза не враховує те, що вплив на організм такий же дози, але різних випромінювань неоднаково. Наприклад, альфа-випромінювання в 20 разів, а бета-випромінювання в 10 разів небезпечніше, ніж гамма-випромінювання. Знання величини поглиненої дози недостатньо для точного передбачення ні ступеня складності, ні ймовірності виникнення ефектів поразки. Через це введена еквівалентна доза.
Еквівалентнаядоза характеризує те, що різні види іонізуючого випромінювання під час опромінення організму однаковими дозами приводять до різного біологічного ефекту. Це пов'язано з неоднаковою питомою щільністю іонізації, викликаної різними видами випромінювань. Так, кількість іонів, які утворюються під дією випромінювання на одиниці шляху в тканинах, тобто щільність іонізації альфа-частками, в сотні разів вище, ніж гамма-променів. Тому введено поняття "відносна біологічна активність", яка показує співвідношення поглинених доз різних видів випромінювання, які викличуть однаковий біологічний ефект. Якщо умовно прийняти біологічну ефективність гамма і бета-променів за одиницю, то для альфа-частинок вона буде дорівнювати десяти, а для повільних і швидких нейтронів відповідно п'яти і двадцяти. Еквівалентна доза опромінення використовується для оцінки дії випромінювання на живі організми, перш за все людини і тварини.
Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв, Sv). Один зіверт дорівнює поглиненої дози в 1 Дж / кг (для рентгенівського, гамма- і бета-випромінювань).
Для обліку біологічної ефективності випромінювань введена позасистемна одиниця поглиненої дози - біологічний еквівалент рентгена (бер). Один бер - це доза будь-якого виду випромінювання, яка створює в організмі такий же біологічний ефект, як одиниця рентгенівського або гамма-випромінювання.
Доза в берах виражається тоді, коли необхідно оцінити загальнобіологічий ефект незалежно від типу діючих випромінювань. Співвідношення між одиницею еквівалентної дози в системі СІ і позасистемної одиницею: 1 Зв = 100 бер, 1 бер = 0,01 Зв. Щоб розрахувати нерівномірність ураження від різних видів випромінювань, введений "коефіцієнт якості", на який необхідно перемножити величину поглиненої дози від певного виду випромінювання, щоб отримати еквівалентну дозу. Всі міжнародні та національні норми встановлені в еквівалентній дозі опромінення.
Едініцеймощностіеквівалентнойдози в системі СІ є зіверт в секунду (Зв / с, Sv / s), а позасистемної одиницею є бер в секунду (бер / с) співвідношення між ними: 1 Зв / с = 100 бер / с, 1 бер / с = 0 , 01 Зв / с.
Величини і одиниці, що використовуються в дозиметрії іонізуючих випромінювань
Фізичні величини, символи