Поглощённая доза — это количество энергии, переданное ионизирующим излучением веществу в единице массы. Она обозначается символом D и измеряется в греях (Гр). Один грей равен передаче энергии 1 джоуль 1 килограмму вещества:
$$ 1 \, \text{Гр} = 1 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} $$
Поглощённая доза характеризует физическое взаимодействие излучения с веществом, но не учитывает биологический эффект, зависящий от вида излучения. Так, одинаковая поглощённая доза α- и γ-излучения оказывает разное воздействие на биологические ткани.
Эквивалентная доза (H) учитывает биологическую эффективность различных видов ионизирующих излучений. Она определяется как произведение поглощённой дозы D в определённом органе или ткани на взвешивающий коэффициент излучения wR:
H = D ⋅ wR
Единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв):
$$ 1 \, \text{Зв} = 1 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} $$
Коэффициенты радиационного взвешивания зависят от типа излучения:
| Вид излучения | wR |
|---|---|
| γ- и β-излучение | 1 |
| Нейтроны (зависит от энергии) | 5–20 |
| α-частицы | 20 |
Таким образом, если в ткани поглощена доза 1 Гр α-излучения, эквивалентная доза составит 20 Зв.
Эффективная доза (E) — это мера риска от воздействия ионизирующего излучения на организм в целом. Она суммирует эквивалентные дозы, полученные различными органами, с учётом их радиочувствительности:
E = ∑TwT ⋅ HT
где HT — эквивалентная доза в органе T, а wT — взвешивающий коэффициент ткани, показывающий её вклад в общий риск злокачественного новообразования или генетического ущерба.
Примеры значений wT:
| Орган/ткань | wT |
|---|---|
| Красный костный мозг | 0.12 |
| Лёгкие | 0.12 |
| Щитовидная железа | 0.04 |
| Кожа | 0.01 |
| Гонады | 0.08 |
Эффективная доза позволяет сравнивать влияние различных облучений на здоровье человека, несмотря на различие в локализации и природе воздействия.
Экспозиционная доза (X) применяется преимущественно для γ- и рентгеновского излучения в воздухе. Она определяется как полный электрический заряд ионов одного знака, образовавшихся в единице массы воздуха:
$$ X = \frac{dq}{dm} $$
Единица измерения — кулон на килограмм (Кл/кг). Вне системы СИ традиционно использовалась единица рентген (Р):
1 Р = 2, 58 ⋅ 10−4 Кл/кг
Экспозиционная доза имеет ограниченное применение, так как не учитывает поглощение в тканях и не применима к другим видам излучений, кроме фотонного.
Хотя активность не является дозиметрической величиной в строгом смысле, она тесно связана с оценкой дозового воздействия. Активность (A) — это количество ядерных превращений в единицу времени:
$$ A = \frac{dN}{dt} $$
Единица измерения — беккерель (Бк):
1 Бк = 1 распад в секунду
Для практических нужд используется также внесистемная единица кюри (Ки):
1 Ки = 3, 7 ⋅ 1010 Бк
Активность позволяет оценить потенциальную мощность ионизирующего излучения, испускаемого источником.
Для оценки радиационного воздействия во времени используют мощность поглощённой дозы — отношение дозы к времени облучения:
$$ \dot{D} = \frac{dD}{dt} $$
Аналогично определяются:
Единицы измерения: Гр/с, Зв/ч и др. Эти параметры важны при нормировании радиационного фона и обеспечении радиационной безопасности.
Связь между физическими и биологическими характеристиками излучения позволяет последовательно переходить от объективно измеряемых параметров (поглощённая доза) к величинам, отражающим потенциальный вред для человека (эффективная доза). Ниже приведена схема перехода:
Излучение → Поглощённая доза (Гр) → Эквивалентная доза (Зв) → Эффективная доза (Зв)
Каждый переход сопровождается применением соответствующего коэффициента:
Медицинская диагностика В рентгенодиагностике и радиотерапии важно знать не только поглощённую дозу в тканях, но и эквивалентную и эффективную дозы для оценки риска для пациента.
Радиационная защита При проектировании защитных экранов, планировании маршрутов в зонах с повышенным фоном, организации работы персонала и мониторинга окружающей среды применяются значения эффективной дозы и мощности доз.
Аварийное реагирование В условиях радиационной аварии быстрое определение мощности дозы и её прогнозирование позволяют оптимизировать эвакуацию, защитные меры и последующую реабилитацию.
Нормирование Установлены предельно допустимые значения доз облучения для работников (например, 20 мЗв/год в среднем за 5 лет) и населения (1 мЗв/год), которые определяются на основе эффективной дозы.
Для измерения дозиметрических величин используются различные устройства:
Влияние радиации на организм зависит от величины дозы:
| Эффективная доза | Воздействие |
|---|---|
| < 0.01 Зв | Незначительное, не требует вмешательства |
| 0.01–0.1 Зв | Лёгкие нарушения, допустимы в медицине |
| 0.1–1 Зв | Возможны временные биологические эффекты |
| 1–4 Зв | Лучевая болезнь лёгкой и средней степени |
| > 4 Зв | Тяжёлая лучевая болезнь, смертельна без лечения |
Таким образом, дозиметрические величины служат основой для объективной оценки радиационного воздействия, проектирования средств защиты, медицинского контроля и обеспечения безопасности в различных отраслях, связанных с применением источников ионизирующего излучения.