Ризик розвитку стохастичних наслідків опромінення організму людини залежить не тільки від еквівалентної дози, але і від радіочутливості тканин або органів, які зазнали опромінення. Величина впливу іонізуючого випромінювання, яка застосовується як міра ризику виникнення віддалених наслідків опромінення всього тіла людини та окремих його органів з урахуванням їх радіочутливості, називається Ефективна доза (E). E являє собою суму добутків еквівалентних доз в тканинах і органах тіла на відповідні вагові коефіцієнти і виражається співвідношенням:
,
де HT - еквівалентна доза в тканині або органі T; WT - ваговий коефіцієнт для органу або тканини T.
Системна одиниця ефективної дози - зіверт (Зв, Sv); позасистемна одиниця - бер. Один Зв дорівнює 100 бер (табл. 1-4).
Вагові коефіцієнти для тканин і органів при розрахунку ефективної дози (wt)
Тканина або орган
Тканина або орган
Червоний кістковий мозок
Клітини кісткових поверхонь
* «Останнє» включає наднирники, головний мозок, екстраторакальний відділ органів дихання, тонкий кишечник, нирки, м'язову тканину, підшлункову залозу, селезінку, вилочкової залози і матку.
Співвідношення між системними і позасистемна одиниця доз
Величина і її символ
Експозиційна доза, X
1 Кл / кг = 3.88 ∙ 10 3 Р
1 Р = 2.58 ∙ 10 -4 Кл / кг
Поглинена доза, D
Еквівалентна доза, H
Ефективна доза, E
Для оцінки ефектів опромінення групи людей використовують колективні дози:
а) колективна еквівалентна доза (ST) в тканини T застосовується для вираження загального опромінення конкретної тканини або органу у групи осіб; вона дорівнює добутку числа опромінених осіб на середню еквівалентну дозу в органі чи тканині;
б) колективна ефективна доза (S) відноситься до облученной популяції в цілому; вона дорівнює добутку середньої ефективної дози на число осіб у облученной групі.
У визначенні колективної еквівалентної і колективної ефективної доз не вказано час, за яке отримана доза. Тому при розрахунку колективних доз завжди має бути чітка вказівка на період часу і групу осіб, за якими проводився даний розрахунок.
Колективні дози використовують для оцінки променевого навантаження на популяцію і ризику розвитку стохастичних наслідків дії іонізуючого випромінювання здійснюватиме. Одиниці колективних доз - людино-зіверт і людино-бер.
Значення колективної дози, розділене на число членів облученной групи називається «подушне доза» (per caput dose, Зв).
Лінійна щільність іонізації (питома іонізація) - це число пар іонів, утворених зарядженою часткою на мікрометр пробігу в речовині.
Лінійна передача енергії (ЛПЕ) - середня енергія, що втрачається зарядженою часткою на одиниці довжини її пробігу в речовині. За одиницю виміру приймається кілоелектрон-вольт на мікрометр шляху (кеВ / мкм). Для електрично нейтральних видів випромінювання ЛПЕ не застосовується, але використовується значення ЛПЕ вторинних заряджених частинок, що утворюються в речовині. Залежно від ЛПЕ все випромінювання діляться на редкоіонізірующіе (ЛПЕ <10 кэВ/мкм) и плотноионизирующие (ЛПЭ> 10 кеВ / мкм) (прикордонна величина 10 кеВ / мкм). До редкоіонізірующім випромінюванням відносять бета-, гамма- і рентгенівське випромінювання, до плотноіонізірующім відносять альфа- і нейтронне випромінювання. ЛПЕ заряджених частинок зростає в міру зниження їх швидкості, тому в кінці пробігу віддача енергії зарядженою часткою максимальна.
Таким чином, фізичні механізми, за допомогою яких частинки викликають іонізацію атомів, різні і залежать від виду частинок і їх енергії.
Розглянемо особливості взаємодії з речовиною різних видів випромінювань.
Графік, що відображає залежність ЛПЕ альфа-випромінювання від пройденого в речовині шляху, носить назву кривої Брегга.
Цю особливість взаємодії використовують при лікуванні пухлин, т. К. Вона дозволяє зосередити значну енергію на глибині ураженої тканини при мінімальному розсіянні в здорових тканинах. Траєкторії альфа-частинок в речовині прямолінійні, що пов'язано з їх великою масою. Пробіг в повітрі становить кілька сантиметрів, в рідинах і біологічних тканинах - від 10 до 100 мкм. Незважаючи на невелику глибину проникнення альфа-частинок в живу тканину, їх руйнівну дію вельми значно через високу іонізуючої здатності. Елементарної захистом від зовнішнього -випромінювання може служити будь-який щільний матеріал навіть незначної товщини, наприклад, аркуш паперу.
Бета-випромінювання являє собою потік -частинок. Бета-випромінювання має меншу іонізуючої здатністю в порівнянні з -випромінюванням. Бета-частинки утворює кілька десятків пар іонів на мікрометр пробігу в речовині. При цьому, крім іонізації за рахунок гальмування електронів в речовині (особливо в речовині, що складається з атомів з великим порядковим номером), виникає гальмівне рентгенівське випромінювання. Чим вище енергія випромінювання, тим жорсткішим буде гальмівне випромінювання. Це властивість потоку електронів використовується в рентгенівських трубках. Через малу масу -частинки при просуванні в речовині відхиляються на великі кути, тому траєкторія їх дуже звивиста. Проникаюча здатність -частинок в повітрі вимірюється метрами, а в біологічній тканині становить кілька сантиметрів. Елементарна захист від -випромінювачів - тонкий шар легкого металу (алюмінієва фольга).
Гамма-випромінювання представляє собою потік -квантів і є одним з найбільш проникаючих. Його проникаюча здатність залежить як від енергії -квантів, так і від властивостей речовини. В процесі проходження через речовина -кванти (фотони) взаємодіють з електронами атомів, електричним полем ядра, а також з нейтронами і протонами, що входять до складу ядра. В результаті цих взаємодій відбувається ослаблення щільності потоку випромінювання завдяки розсіюванню -квантів і передачі їх енергії атомам середовища. Гамма-кванти відносяться до побічно іонізуючого випромінювання. По відношенню до фотонного випромінювання говорити про довжину вільного пробігу невірно, так як, якою б товщини яким було середовище, дане випромінювання повністю не поглинається, а лише послаблюється в будь-який заданий число раз. Ослаблення гамма-випромінювання в речовині відбувається за рахунок різних ефектів взаємодії: фотоефекту, ефекту Комптона, ефекту освіти пари «електрон-позитрон».
При фотоелектричному поглинанні (фотоефекті) фотони (-кванти) повністю передають свою енергію електронам внутрішньої орбіталі атома. При цьому фотон поглинається, а його енергія, що дорівнює енергії його оболонки (орбіталі), витрачається на відрив електрона і повідомлення йому кінетичної енергії. В результаті електрон виривається з поля атома і виробляє в подальшому іонізацію речовини (рис. 1-7).
Місце вибитого фотоелектрон займає інший електрон з більш високою орбіталі, що супроводжується випусканням низькоенергетичного характеристичного рентгенівського випромінювання або Оже-електронів. Чим більше енергія зв'язку електрона, чим ближче він знаходиться до ядра, тим більша ймовірність передачі йому всієї енергії -кванта. З цієї ж причини з ростом номера елемента або його заряду ймовірність фотоефекту зростає. Очевидно в той же час, що зі збільшенням енергії випромінювання вона швидко падає.
Виникнення фотоефекту найбільш характерно для м'якого -випромінювання (до 0,5 МеВ). З огляду на той факт, що для біологічних тканин енергія вибивання електрона не перевищує 0,5 МеВ, можна говорити про найбільшу ймовірність саме цього ефекту при споживанні м'якого -випромінювання.
Вибитий електрон виробляє надалі іонізацію. Потім вторинний фотон може знову зазнавати ефект Комптона і т. Д. Цей ефект найбільш імовірний при енергії -квантів 0,5-1 МеВ.
Освіта пари електрон-позитрон можливо тільки при значній енергії -кванта (> 1 МеВ). Такий квант взаємодіє з атомним ядром і в його поле перетворюється в пару частинок - електрон і позитрон (рис. 1-9).
Ці частинки виробляють надалі іонізацію. Позитрон, зустрічаючи на своєму шляху електрон, може з'єднатися з ним і перетворитися в 2 фотона (ефект анігіляції). Утворені фотони поглинаються середовищем в результаті ефекту Комптона або фотоефекту.
Нейтронне випромінювання являє собою потік нейтронів. Нейтрони не мають заряду, тому безперешкодно проникають всередину атомів, взаємодіючи безпосередньо з ядрами. При цьому можливі наступні ефекти взаємодії:
поглинання (радіаційний захоплення).
При пружному розсіянні нейтрон передає ядру частину своєї енергії і відхиляється від первинного напряму (рис. 1-10). Ядро, з яким взаємодіє нейтрон (так зване ядро віддачі), починає рухатися і іонізувати інші атоми і молекули.
При неупругом розсіянні частина кінетичної енергії нейтрона витрачається на збудження ядра віддачі, яке потім переходить в стабільний стан, випромінюючи гамма-квант (рис. 1-11).
Отже, в результаті радіаційного захоплення багато речовини стають радіоактивними з утворенням так званої «наведеної» активності. Цей ефект найбільш характерний для повільних нейтронів. Кращими поглиначами повільних нейтронів є кадмій і бор.