|
|
Взаимодействие Ионизирующего излучения с веществом. Основы Дозиметрии. Ермоленко 19. Реферат по теме Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом и основы дозиметрии (19)
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ
КАФЕДРА ВЕТЕРИНАРНОЙ РАДИОБИОЛОГИИ И БЖЧС
РЕФЕРАТ
по теме: «Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом и основы дозиметрии » (19)
Выполнил:
студент 3 курса ФВМ, группа № 21
Ермоленко Божена Романовна
Проверил:
Заведующий кафедрой, д.б.н., профессор Трошин Е.И.
Дата сдачи:
Санкт-Петербург,
2020
Содержание
Введение…………………………………………………………………...………3
1.Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом……………………4
1.1.Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом……………….4
1.2.Взаимодействие электронов с веществом………………………………..…8
1.3.Взаимодействие фотонов с веществом………………………………………9
1.4.Взаимодействие рентгеновского излучения с атомами………………….…9
1.5.Взаимодействие нейтронов с веществом………………………..…………10
2.Основы дозиметрии……………………………………………………………13
Заключение…………………………………………………………………….…18
Список литературы……………………………………………………...……….20
Введение
Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разных знаков. Ионизирующее излучение способно выбивать электроны из атомов. К ионизирующему излучению не относится: видимый свет, ультразвук, ультрафиолетовое, лазерное, микроволновое излучения.
Ионизирующее излучение делится на непосредственное и косвенное. Непосредственное ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц, например, из электронов, протонов, α-частиц, имеющих кинетическую энергию, достаточную для ионизации при столкновении, которые выбивают орбитальные электроны из атомов прямо при кулоновском взаимодействии.
Косвенное ионизирующее излучение состоит из незаряженных частиц, например, из нейтронов или фотонов, создающих непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывающих ядерные превращения. Энергия этих частиц передается вначале заряженной частице (электрону или протону), а затем эти вторичные частицы уже производят ионизацию атомов и/или вызывают ядерные превращения. К фотонному ионизирующему излучению относятся: γ-излучение, рентгеновское излучение.
Корпускулярное излучение представляет собой ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой, отличной от нуля, т.е. электроны, протоны, ионы, нейтроны и др. Частицы корпускулярного ионизирующего излучения, или фотоны принято называть ионизирующими частицами.
Определение дозы ионизирующего излучения как меры поглощенной энергии в разных сферах и особенно в тканях живого организма, в которых ионизирующие излучения вызывают различные радиационные эффекты, является важнейшей задачей дозиметрии.
1.Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом
1.1.Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом
Потери энергии тяжелой заряженной частицей в веществе происходят при взаимодействии с атомами среды. К тяжелым заряженным частицам относятся ядра всех стабильных атомов, начиная с водорода и вплоть до урана. H также считается тяжелой заряженной частицей. Протоны (ядра водорода) и другие тяжелые заряженные частицы — ионы — теряют энергию на взаимодействие с атомами среды по следующим каналам:
1. Упругое рассеяние. В этом случае сумма кинетических энергий налетающей частицы и частицы-мишени до и после взаимодействия остается постоянной.
2. Возбуждение атомов среды (один из видов неупругого рассеяния). При взаимодействии часть кинетической энергии налетающей частицы передается электрону атома-мишени, после чего этот электрон переходит на одну из вышележащих оболочек.
3. Ионизация атома среды (другой вид неупругого рассеяния). Аналогичный процесс, когда электрон получает количество энергии, достаточное для разрыва связи с атомом, и высвобождается. Если электроны получили столько энергии, что сами способны ионизировать соседние атомы, они называются δ-электронами.
4. Ядерные реакции. При попадании налетающей частицы непосредственно в ядро атома, происходит ядерная реакция, превращающая ядро мишени в ядро другого химического элемента. При этом из ядра могут вылететь другие частицы, так же способные ионизовать окружающие атомы.
5. Прочие каналы, имеющие гораздо меньший эффект воздействия на облучаемое вещество.
Для тяжелых заряженных частиц определяющий вклад в тормозную способность вещества дают неупругие столкновения частицы с атомами среды, приводящие к возбуждению и ионизации атомов. Все тяжелые заряженные частицы ведут себя в веществе схожим образом: они испытывают многократное рассеяние, но даже суммарное отклонение не сильно меняет направление полета частицы. Интересен тот факт, что доза (энергия излучения, переданная единице массы вещества) остается почти постоянной по мере прохождения тяжелых заряженных частиц через вещество. Ближе к моменту остановки ее величина возрастает и имеет четко оформленный максимум, известный под названием пик Брегга.
После пика дозная кривая не уходит в ноль. Это особенно хорошо видно у углерода. За наличие такого «хвоста» на графике зависимости дозы от глубины отвечают γ-кванты (продукты произошедших ядерных реакций).
Ионизационные потери тяжелых заряженных частиц. Ионизационные потери тяжелой заряженной нерелятивистской частицы на единице пути хорошо описываются формулой Бете-Блоха:
 , (1)
где z — заряд налетающей частицы, m — масса частицы, v — ее скорость на выбранном dx, Z — заряд атомов среды, I — потенциал ионизации атомов среды
Граница между ионизационными и упругими потерями энергии тяжелыми заряженными частицами размыта. Эти процессы происходят одновременно, но с разной вероятностью. Когда скорость частиц, тормозящихся в веществе, приближается к скорости орбитальных электронов, одновременно с ионизацией атомов происходит их неупругое возбуждение. В этом случае орбитальные электроны переходят на более высокие по энергии орбиты. Затем, возвращаясь на исходные энергетические орбиты, электроны испускают характеристические фотоны. При скоростях частиц, меньших орбитальной скорости электронов, все более значительную роль начинают играть упругие столкновения частиц. Сначала они происходят одновременно с неупругими столкновениями. При дальнейшем уменьшении скорости тяжелых заряженных частиц упругие столкновения становятся доминирующим процессом.
Минимальная энергия, при которой неупругими столкновениями можно пренебречь, определяется из эмпирического соотношения:
 ,(2)
где ε0,5 эВ независимо от тормозящейся среды, М — масса тормозящейся частицы.
М
инимальная энергия, при которой можно пренебречь неупругими потерями, для α-частиц, тормозящихся в алюминии, составляет 4 кэВ, а для протонов — 1 кэВ.
Рис.1
Потери энергии при упругом рассеянии тяжелых заряженных частиц. Если говорить об упругом рассеянии тяжелых заряженных частиц, то оно происходит в результате их взаимодействия с атомом как с целым. Потенциал взаимодействия зависит от расстояния сближения частицы с атомным ядром. Частица может пролететь вблизи атомного ядра (а), между электронными оболочками атома (б), пролететь вне атома или попасть в ядро (в). На рис.1 представлены перечисленные варианты пролета тормозящейся частицы через атом.
На расстояниях, соизмеримых с радиусом действия ядерных сил (r ≈ 10-15 м), частица кроме электростатического отталкивания испытывает притяжение в результате действия ядерных сил. При увеличении расстояния частицы от атомного ядра взаимодействие определяется кулоновским потенциалом (рис.1 а):
 (3)
При движении частицы между атомными оболочками происходит частичное экранирование ядра частью атомных электронов. Такой процесс получил название слабого экранирования ядра. На расстояниях, когда частица находится вне пределов атомной оболочки (r >  м), электрическое поле ядра экранируется всеми атомными электронами. Такой процесс получил название сильного экранирования ядра (рис.1 в).
Упругие потери энергии играют существенную роль при небольших энергиях частиц порядка единиц кэВ. Такие потери энергии происходят из-за того, что импульс перераспределяется при упругом взаимодействии двух частиц. Это приводит к передаче части энергии частице, с которой происходит взаимодействие.
Между этими границами ионизационные и упругие потери энергии сравнимы по величине. Так, например, в алюминии сечение захвата электронов атомами равно сечению их потери при энергии
25 кэВ для протонов, а для α-частиц сечения захвата и потерь становится одинаковыми при энергии
400 кэВ.
Ядерные реакции. Вклад вторичных частиц при прохождении пучков протонов и ионов через вещество является достаточно заметным. С целью учета вклада продуктов ядерных реакций под действием протонов в значение поглощенной дозы выполняется оценка сечений ядерных реакций с использованием различных теоретических моделей одновременно с данными экспериментальных измерений. Наиболее интенсивны парциальные каналы образованием в конечном состоянии одного-двух протонов и от одного до пяти нейтронов. Вклад этих каналов в суммарное сечение ядерных реакций составляет 72% (с образованием одного протона в конечном состоянии — 33%, двух — 39%). Реакции вида (p, xα) составляют 5.8%.
Прохождение ионов через вещество характеризуется их взаимодействием с ядрами, в результате которого происходит распад ядер и ионов на фрагменты, число которых растет с ростом энергии. Их пробег больше пробега ионов исходного пучка, поскольку удельные потери энергии осколков иона ниже, чем целого ядра.
1.2.Взаимодействие электронов с веществом
Вследствие равенства массы электронов пучка и орбитальных электронов атомов среды при столкновениях сильно меняется направление движения и налетающие электроны быстро теряют энергию. Сначала электрон проходит в веществе некоторый отрезок прямолинейно, теряя энергию, но испытывая лишь незначительные отклонения за счет рассеяния. В результате кулоновского взаимодействия с атомными электронами происходит ионизация атомов, в результате которой он теряет энергию.
Взаимодействие электрона не высокой энергии с ядром происходит, в основном, упругим образом — меняется его направление движения, но не изменяется энергия. Если энергия электрона высока, то он может пролететь сквозь электронную оболочку и инициировать электро-ядерную реакцию, которая приводит к образованию вторичных протонов, нейтронов и других частиц. Поскольку при движении электрона в веществе его траектория сильно изменяется, вследствие малой массы электрона, он может рассеиваться в поле атома на большие углы, проходя даже на большом расстоянии от него. Электрон при торможении в электрическом поле ядра или электрона излучает тормозные фотоны. Если электрон движется по криволинейной траектории с постоянной скоростью, то он также испускает фотоны, поскольку движется с ускорением.
Таким образом, можно выделить следующие механизмы потери энергии электронами в веществе:
• ионизационные потери энергии (ионизационное торможение);
• радиационные потери энергии
1.3.Взаимодействие фотонов с веществом
При прохождении фотонного излучения через вещество главным процессом является образование вторичных электронов. Последние осуществляют ионизацию и возбуждение атомов и молекул среды, что в конечном итоге и приводит к радиационно-химическим превращениям и ионизации вещества. Полное сечение взаимодействия фотонов есть сумма сечений всех упомянутых выше сечений парциальных процессов:
 (4)
Однако в практике расчетов прохождения фотонов в среде чаще используется другая, упрощенная трактовка этого сечения, связанная с неучетом процессов, слабо влияющих на перенос фотонов, - когерентного рассеяния, ( ,n) - реакции и др. При этом, естественно, такие процессы не должны учитываться и в суммарном дифференциальном сечении рассеяния. Таким образом, учитываются лишь основные три процесса – фотоэффект ( ph ); Комптон-эффект ( c ); и образование электронпозитронных пар ( p ):
 (5)
В элементарных актах взаимодействия фотонов с веществом часть энергии первичного излучения преобразуется в кинетическую энергию электронов, а часть - в энергию вторичного фотонного излучения.
1.4.Взаимодействие рентгеновского излучения с атомами
Рентгеновское излучение — это электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную область между γ-излучением и ультрафиолетовой областью. Оно представляет собой фотоны низких энергий от единиц до сотен кэВ, длина волны которых лежит в диапазоне  м, а частота 1016–1020Гц. Рентгеновский спектр представляет собой сплошной спектр, на который накладываются узкие максимумы. При изменении энергии рентгеновских фотонов максимумы не смещаются, а соответствующие им длины волн характеризуют используемое вещество.
Рентгеновское излучение получают в рентгеновской трубке, представляющую собой электронную лампу диод. В ней электроны испускаются катодом, разогретым до высокой температуры. Они ускоряются электрическим полем, возникающим между катодом и анодом, к последнему подводится высокое напряжение. При соударении электронов с анодом, представляющим собой металлическую мишень, они тормозятся. Часть их энергии (порядка 1%), причем для каждого электрона различная, превращается в излучение. Большая часть энергии электронов (99%) рассеивается в виде тепла. Поэтому анод необходимо искусственно охлаждать. Анод в рентгеновской трубке делается из металла, имеющего высокую температуру плавления, например, из вольфрама.
Рентгеновское излучение имеет широкий сплошной спектр энергий фотонов и поэтому его относят к тормозному виду излучения. Спектр тормозного рентгеновского излучения не зависит от природы вещества анода. С веществом рентгеновское излучение взаимодействует либо в результате когерентного рассеяния, либо в результате фотоэффекта, и в меньшей степени — комптоновского рассеяния фотонов. При поглощении фотона атом испускает электрон с одной из своих внутренних оболочек. Оказываясь в возбужденном состоянии, атом может при переходе с внешних на внутренние оболочки испустить фотоны, которые называют характеристическим рентгеновским излучением.
1.5.Взаимодействие нейтронов с веществом
При прохождении нейтронов через вещество они взаимодействуют, в основном, с ядрами благодаря действию ядерных сил. При низких энергиях преобладает упругое рассеяние нейтронов на ядрах. Нейтроны проходят через вещество, например свинец, меняют направление движения, почти не меняя своей энергии. С ростом энергии нейтронов увеличивается вклад неупругого рассеяния, когда ядро оказывается в возбужденном состоянии. Существенным оказывается вклад ядерных реакций, в результате которых возникают нейтроны, заряженные частицы и ядра отдачи.
Среди ядерных реакций выделяются процессы деления тяжелых ядер под действием нейтронов. В результате упругого рассеяния кинетическая энергия первичного нейтрона перераспределяется между ним и ядром.
Упругое рассеяние нейтронов может осуществляться при взаимодействии непосредственно с силовым полем без проникновения частицы в ядро (потенциальное рассеяние) и с проникновением (резонансное рассеяние).
Потенциальное рассеяние возможно при любой энергии нейтронов, резонансное рассеяние происходит, когда энергия нейтрона близка к энергии одного из уровней ядра. Если нейтроны имеют большую энергию, то они либо осуществляют ядерные реакции, либо рассеиваются по всей глубине вещества. В результате ядерных реакций возникают вторичные заряженные частицы, ядра отдачи, фотоны и электроны. Число нейтронов в зависимости от глубины проникновения пучка уменьшается экспоненциально, поэтому и количество образовавшихся вторичных частиц быстро уменьшается.
Пробег вторичных заряженных частиц составляет, как правило, не больше нескольких миллиметров. Вторичные фотоны взаимодействуют с веществом в результате фотоэффекта и комптоновского рассеяния. Небольшой вклад будут давать фотоядерные реакции. Под действием нейтронов, вторичных заряженных частиц и фотонов возникают вторичные электроны, которые, в основном имеют небольшие энергии и останавливаются в тех же точках, где и возникли.
Таким образом, часть первичных нейтронов выходит из пучка, поглощаясь ядрами. Другая часть нейтронов в результате рассеяния постепенно теряет энергию в каждом акте рассеяния. При этом возникают ядра отдачи, ионизирующие вещество. Когда энергия нейтронов становится сравнимой с энергией теплового движения атомов в веществе, нейтроны называют тепловыми. Они дальше не уменьшают свою энергию и распространяются в веществе благодаря процессу диффузии.
В качестве источника нейтронов применяются реакторы, а также ускорители — циклотроны и высоковольтные ускорители трансформаторного типа, которые часто называют генераторами нейтронов.
2.Основы дозиметрии
Дозиметрия - раздел прикладной ядерной физики, изучающий радиационноиндуцированные эффекты, т.е. изменения в структуре и свойствах веществ, составляющих объекты живой и неживой природы. Дозиметрия является основой для выработки мер радиационной безопасности при работе с ионизирующими излучениями.
Дозиметрические величины. Прохождение ионизирующего излучения через вещество приводит к взаимодействию частиц и фотонов с атомами, в процессе которого происходит передача энергии излучения веществу. Результат передачи энергии рассматривается с двух сторон. С одной стороны, происходит изменение энергии излучения вследствие ее поглощения веществом. Применительно к веществу происходит абсорбция энергии и изменение его состояния вследствие передачи энергии излучением. Таким образом, целесообразно рассматривать два аспекта передачи энергии излучения веществу: – энергия излучения, поглощенная веществом, которая характеризует поле излучения по передаче энергии веществу; – энергия излучения, переданная ограниченному объему вещества, которая характеризует изменение состояния вещества.
Поглощенная доза излучения (D) - это величина определяемая энергией излучения (Дж) поглощаемой единицей массы (кг) облучаемого вещества. За единицу дозы в системе СИ принят грей (Гр):
D = 1Дж/1кг=1 Гр.
Грей это такая доза ионизирующего излучения, при которой участку вещества массой 1 кг передается энергия 1 Дж. Внесистемной единицей является "рад". 1 рад = 0,01 Гр.
Поглощенная доза характеризует не само излучение, а степень воздействия его на среду. В принципе один и тот же поток излучения в различных средах и даже в различных участках одной среды может сформировать различную величину поглощенной дозы. Поэтому, когда говорят о поглощенной дозе, необходимо указывать, в какой среде она сформирована: в воздухе, воде или мягкой биологической ткани.
Для характеристики распределения дозы облучения во времени используют величину мощности поглощенной дозы, или интенсивности облучения. Под этим понимают количество энергии излучения, поглощаемое в единицу времени единицей массы облучаемого вещества (Гр/час; Гр/год).
При практическом использовании излучений человек, исключая специальные случаи медицинских воздействий и радиационные аварии, подвергается воздействию малых доз облучения. Условия работы профессионалов в настоящее время чаще всего отвечают ситуации, когда чувствительные мишени клеток их организма единичных треков ионизирующих частиц, формирующих дозу облучения, существенно больше того времени, на протяжении которого работают репаративные (восстановительные) системы клеток, устраняющие нарушения, вызванные прошедшей частицей.
В этих условиях индуцируемые биологические эффекты не зависят от таких факторов, как мощность дозы, ее распределение, условия и ритм облучения. Выход эффектов определяется только суммарной накопленной дозой (независимо от времени облучения), т.е. последствия облучения будут одинаковыми при однократном облучении данной дозой, либо при ее получении в течение нескольких дней, месяцев и даже года. На степень выраженности эффекта будет влиять только пространственное распределение актов ионизации и возбуждения, создаваемых в треках, т.е. линейной передачи энергии (ЛПЭ) ионизирующего излучения. Поэтому, для таких условий введена специальная величина дозы, учитывающая оба этих фактора - эквивалентная доза. Этой величиной можно однозначно связать выход радиационных последствий облучения с дозой облучения.
Эквивалентная доза (Н) определяется как произведение поглощенной дозы (D) данного вида излучения на среднее значение взвешивающего фактора (коэффициента качества) ионизирующего излучения (WR) в данном элементе- объема биологической ткани. Значения WR для различных видов излучений представлены в таблице 1. Эта доза есть мера выраженности стохастических эффектов облучения. Она применима для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава (и острого облучения дозой, менее 0,25 зиверт) и определяется по формуле:
Н = D • WR
За единицу эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв). Зиверт равен такой эквивалентной дозе, при которой, величина произведения поглощенной в биологической ткани дозы ионизирующего излучения на среднее значение взвешивающего фактора для этого излучения равна 1 Дж/кг. Внесистемной единицей является "бэр" (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр = 0,01 Зв.
Из определения следует, что для излучения с WR = 1, эквивалентная доза 1 Зв реализуется при поглощенной дозе 1 Гр, т.е. для этого случая 1 Зв = 1 Гр. Если же WR отлично от 1, то эквивалентная доза 1 Зв будет сформирована в биологической ткани при величине поглощенной дозы в ней равной (1/ WR) Гр. Допускается суммирование эквивалентных доз для оценки общего уровня облучения за длительный промежуток времени, если каждая разовая доза, имевшая место при фракционированном остром облучения за это время не превышала 0,25 Зв.
Вид излучения и диапазон энергии
|
WR
|
Фотоны, все энергии (включая гамма- и рентгеновское излучение)
|
1
|
Электроны (позитроны) и мюоны, все энергии
|
1
|
Протоны с энергией > 2 МэВ
|
5
|
Нейтроны с энергией < 10 кэВ
|
5
|
Нейтроны с энергией от 10 кэВ до 100 кэВ
|
10
|
Нейтроны с энергией от 100 кэВ до 2 МэВ
|
20
|
Нейтроны с энергией от 2 МэВ до 20 МэВ
|
10
|
Нейтроны с энергией > 20 МэВ
|
5
|
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра отдачи
|
20
|
Таблица 1 - Значения радиационных взвешивающих факторов (WR )
Для смешанного излучения эквивалентная доза определяется как сумма произведений поглощенных доз отдельных видов излучений на соответствующие значения взвешивающих факторов этих излучений.
При заданной эквивалентной дозе облучения вероятность выхода стохастических последствий зависит от облучаемой им ткани или органа. Поэтому, введен еще один коэффициент, учитывающий специфику различных тканей с точки зрения вероятности индукции в них стохастических последствий облучения - тканевый взвешивающий фактор ( ). Принятые в настоящее время значения представлены в таблице 2 и используются исключительно для расчета эффективной дозы. Тканевые взвешивающие факторы введены, исходя из концепции беспорогового действия излучений, а их величины соответствуют выходу стохастических последствий для различных органов и тканей, полученному на основе линейной экстраполяции имеющихся данных из области больших доз облучения (поскольку реальный выход стохастических последствий в области малых доз неизвестен).
Ткань или орган
|
|
Гонады (половые железы)
|
0.20
|
Красный костный мозг
|
0.12
|
Толстая кишка
|
0.12
|
Легкие
|
0.12
|
Желудок
|
0.12
|
Мочевой пузырь
|
0.05
|
Молочная железа
|
0.05
|
Печень
|
0.05
|
Пищевод
|
0.05
|
Щитовидная железа
|
0.05
|
Кожа
|
0.01
|
Костная поверхность
|
0.01
|
Остальные ткани и органы (надпочечники, почки, головной мозг, дыхательные пути внегрудной области и др.)
|
0.05
|
Все тело
|
1.00
|
Таблица 2 - Значения тканевых взвешивающих факторов ( )
В отличии от стохастических эффектов, не стохастические (детерминированные) проявляются только при получении определенных доз (табл.3).
Орган, ткань
|
Не стохастический
(детерминированный) эффект
|
Доза, Гр
|
Все тело
|
Рвота
|
0,5
|
Костный мозг
|
Смерть
|
1,0
|
Кожа
|
Ожог, временная эпиляция
|
3,0
|
Легкие
|
Пневмония
|
5,0
|
Легкие
|
Смерть
|
10
|
Щитовидная железа
|
Нарушения, деструкция железы
|
10
|
Таблица 3 - Значение доз, ниже которых исключено возникновение не стохастических (детерминированных) эффектов
Абсолютные значения факторов подобраны так, чтобы их суммарная величина равнялась единице. Это позволяет трактовать тканевые взвешивающие факторы как набор коэффициентов, определяющих относительные вклады соответствующих органов в суммарный выход стохастических последствий, возникающих при равномерном облучении всего организма. Самым радиочувствительным органом по критерию выхода этих последствий являются половые железы, полностью ответственные за генетические эффекты и часть соматических стохастических последствий облучения.
Физический смысл понятия эффективной дозы следующий: значение эффективной дозы (Е) соответствует такому уровню равномерного облучения всего организма, при котором суммарный выход стохастических последствий облучения у него будет таким же, как и в случае локального облучения органа (Т) эквивалентной дозой величины (Н):
За единицу эффективной дозы в системе СИ тоже был принят зиверт (Зв). При равномерном облучении - эффективная доза равна эквивалентной дозе. При неравномерном облучении - эффективная доза равна произведению эквивалентной дозы на тканевый взвешивающий фактор, или равна такой эквивалентной дозе (при равномерном облучении), которая создает такой же риск неблагоприятных последствий.
Измерить эффективную дозу облучения организма невозможно. Ее рассчитывают как сумму произведений эквивалентных доз (Н) в отдельных органах и тканях на соответствующие значения взвешивающих факторов ( ) указанных в таблице 2.
Эффективная доза представляет собой меру выхода стохастических последствий биологического действия малых доз облучения на данного индивида, т.е. она есть мера индивидуальной опасности, обусловленной действием на организм малых доз ионизирующих излучений.
Для фотонного излучения введена специфическая величина в дозиметрии - экспозиционная доза. Численно она равна абсолютному значению полного заряда ионов одного знака, образованных в единице массы воздуха при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонами (рентгеновским излучением). То есть, это воздухоэквивалентная единица дозы, которая не предназначена для дозиметрии в веществе.
Единицей измерения экспозиционной дозы в системе СИ является кулон/кг (Кл/кг), внесистемной единицей является рентген (Р).
1 Р = 2,58 • 10-4 Кл/кг (точно).
Экспозиционную дозу можно использовать для приближенной оценки поглощенной и экспозиционной доз в веществе (табл. 4).
Величина
|
Система
|
Единица
|
Пересчет в:
|
Экспозиционная доза
|
СИ
|
Кл/кг
|
Поглощенную
1 P 0,0091 Гр 0,96 рад
|
Внесистемная
|
Р
|
Эквивалентную
1 Р 0,0091 Зв 0,91 бэр
|
Поглощенная доза
|
СИ
|
Гр
|
Экспозиционную
1Гр = 100 рад 110 Р
|
Внесистемная
|
рад
|
Эквивалентную
1 Гр = 1 Зв=100 бэр
|
Эквивалентная доза
|
СИ
|
Зв
|
Экспозиционную
1 Зв 110 Р
|
Внесистемная
|
бер
|
Поглощенную
1 Зв = 100 бэр = 1 Гр
|
Таблица 4 - Пересчет доз для гамма-излучения (мышцы)
Заключение
Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом — один из важнейших разделов ядерной физики. Пучки ионизирующих излучений можно получить из естественных радиоактивных веществ, из космических лучей, из ускорителей и реакторов. Обширные экспериментальные исследования позволили изучить характеристики, свойства и механизмы взаимодействия с веществом различных видов ионизирующих излучений, в том числе состоящих из античастиц.
В результате исследований стало известно соотношение различных механизмов взаимодействия частиц с веществом для разных энергий, величина и скорость передачи энергии единице массы вещества. Ионизирующие излучения нашли широкое применение в различных научных направлениях и отраслях народного хозяйства. Они эффективны в ускорительной масс-спектроскопии небольших концентраций изотопов в геологии, археологии; в ядерной астрофизике для исследования механизмов образования химических элементов во Вселенной; в космическом материаловедении; в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза.
В медицине ионизирующие излучения применяются в лучевой терапии (медицинских ускорителях), ядерной медицине, лучевой диагностике (ПЭТ-томографии, гамма-камерах, рентгеновских аппаратах).
Радиационные технологии, использующие ионизирующие излучения, стали неотъемлемой частью производств во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их применяют, например, для имплантации частиц в вещество, электронной сварки, радиационной химии, для получения прочных полимеров, в радиационной биологии и экологии, для создания новых материалов, для стерилизации в медицине. Установок, создающих или использующих ионизирующие излучения, в мире более десяти миллионов, причем с каждым годом это число быстро растет.
Список литературы
Батурицкий М.А., Дубовская И.Я. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом,. Минск: Университетское, 2010.
Бауманн, М. Основы клинической радиобиологии / М. Бауманн. - М.: Лаборатория знаний, 2010. - 549 c.
Бударков В.А., Радиобиология. Радиационная безопасность сельскохозяйственных животных / В. А. Бударков, А. С. Зенкин, В. Ф. Боченков и др.; Под ред. В. А. Бударкова, А. С. Зенкина. - М. : КолосС, 2013. - 351 с.
Гвай А. С., Аверьянова Л. А., Шалёпа О. Ю. Современные методы и средства дозиметрии ионизирующих излучений в медицине // ВЕЖПТ. 2012. №9 (57). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-metody-i-sredstva-dozimetrii-ioniziruyuschih-izlucheniy-v-meditsine (дата обращения: 11.10.2020).
Основы радиобиологии и радиационной медицины / А.Н. Гребенюк и др. - М.: Фолиант, 2012. - 232 c.
Радиационная защита персонала организаций атомной отрасли : учеб. пособие / В. А. Кутьков, В. В. Ткаченко, В. П. Романцов. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. - 400 с.
Семенов С.В. Ионизирующие излучения в нашей жизни // Энергобезопасность и энергосбережение. 2010. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ioniziruyuschie-izlucheniya-v-nashey-zhizni (дата обращения: 04.10.2020).
Черняев А.П., Белоусов А. В., Лыкова Е. Н. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом: Учеб.пособие — М.: ООП физического факультета МГУ, 2019.— 104 с.
Черняев А. П. Ионизирующие излучения / Изд.3, перераб. и доп. М.: ИД КДУ, 2014.
|
|
|
Скачать 69.09 Kb.