Эквивалентная доза

Эквивалентная доза — это дозиметрическая величина, предназначенная для оценки биологического эффекта ионизирующего излучения на ткани организма с учётом типа излучения. В отличие от поглощённой дозы, отражающей лишь количество энергии, переданной веществу, эквивалентная доза учитывает различную степень биологического повреждения, вызываемую разными типами излучения при одной и той же поглощённой дозе.

Эквивалентная доза обозначается символом H_T (где T — конкретный орган или ткань) и выражается в зивертах (Зв). Это производная единица в Международной системе единиц (СИ). 1 зиверт = 1 джоуль на килограмм (1 Зв = 1 Дж/кг), но в отличие от грей, единицы поглощённой дозы, зиверт не является чисто физической единицей, так как включает биологический фактор.

Формула расчёта эквивалентной дозы

Эквивалентная доза рассчитывается по формуле:

H_T = ∑_Rw_R ⋅ D_T, R

где:

• H_T — эквивалентная доза в ткани или органе T;
• D_T, R — поглощённая доза излучения типа R в ткани T;
• w_R — радиационно-взвешивающий коэффициент для излучения типа R.

Таким образом, для оценки эквивалентной дозы необходимо учитывать не только количество энергии, поглощённой тканью, но и биологическую эффективность излучения.

Радиационно-взвешивающие коэффициенты (w_R)

Разные типы излучения оказывают различное биологическое воздействие. Коэффициенты w_R отражают относительную биологическую эффективность (RBE) и устанавливаются международными рекомендациями, например, Международной комиссией по радиационной защите (МКРЗ). Ниже приведены типичные значения:

Тип излучения	Коэффициент wR
Фотонное (гамма, рентгеновское)	1
Электроны и мюоны	1
Нейтроны:	5–20 (в зависимости от энергии)
Протоны (кроме H-ядра)	2
Альфа-частицы, осколки деления, тяжёлые ионы	20

Наиболее значительное биологическое повреждение вызывается тяжёлыми заряжёнными частицами, такими как альфа-частицы, поэтому для них установлен максимальный весовой коэффициент.

Пример расчёта

Допустим, орган получил 0,05 Гр от гамма-излучения и 0,01 Гр от альфа-излучения. Тогда:

• w_R(γ) = 1, D_T, γ = 0, 05 Гр
• w_R(α) = 20, D_T, α = 0, 01 Гр

H_T = 1 ⋅ 0, 05 + 20 ⋅ 0, 01 = 0, 05 + 0, 2 = 0, 25 Зв

Назначение и значение эквивалентной дозы

Эквивалентная доза служит основой для:

• оценки индивидуального облучения персонала и населения;
• установления пределов доз облучения;
• планирования радиационной защиты;
• анализа аварийных ситуаций;
• сопоставления риска, вызванного воздействием разных источников ионизирующего излучения.

Поскольку эквивалентная доза не учитывает неодинаковую чувствительность различных органов, она далее служит основой для расчёта эффективной дозы, которая уже учитывает весовые коэффициенты органов.

Соотношение с другими дозиметрическими величинами

• Поглощённая доза (D) измеряется в греях (Гр) и отражает чисто физическую величину — количество энергии, поглощённой единицей массы.
• Эквивалентная доза (H) строится на базе поглощённой дозы и корректируется через радиационно-взвешивающие коэффициенты.
• Эффективная доза (E) строится на базе эквивалентной дозы и корректируется через тканевые весовые коэффициенты (учёт радиочувствительности тканей).

Таким образом, путь расчёта доз в системе радиационной защиты таков:

Поглощённая доза (Гр) → Эквивалентная доза (Зв) → Эффективная доза (Зв)

Пределы эквивалентной дозы по нормам радиационной безопасности

В соответствии с нормами радиационной безопасности (НРБ-99/2009, ICRP), устанавливаются годовые пределы эквивалентной дозы на определённые органы или ткани, где повышен риск локального поражения:

Орган/ткань	Годовой предел эквивалентной дозы
Хрусталик глаза	20 мЗв (усреднённо за 5 лет, не более 50 мЗв в год)
Кожа	500 мЗв
Конечности (кисти, ступни)	500 мЗв

Для облучения всего тела используется эффективная доза, предел которой составляет:

• 20 мЗв в год для работников, усреднённо за 5 лет (не более 50 мЗв в отдельный год);
• 1 мЗв в год для населения.

Особенности применения понятия эквивалентной дозы

• Эквивалентная доза применяется на локальном уровне, то есть для оценки воздействия излучения на конкретные органы и ткани.
• При внутреннем облучении (радионуклиды внутри организма) расчёт эквивалентной дозы усложняется, так как необходимо учитывать распределение радионуклидов и типы испускаемых ими излучений.
• При полевых измерениях дозиметрические приборы чаще измеряют эквивалентную дозу мощности (мкЗв/ч или мЗв/ч), то есть дозу в единицу времени, что особенно важно для оперативного контроля условий труда.

Связь с биологическим действием

Переход от поглощённой дозы к эквивалентной — это первый шаг к учёту качества излучения, то есть его способности вызывать радиационное повреждение. Даже при одинаковой энергии, излучения различной природы (например, гамма и альфа) по-разному воздействуют на ДНК, клетки и ткани организма. Альфа-частицы вызывают более тяжёлые и необратимые повреждения, так как обладают высокой линейной плотностью потери энергии (LET).

Историческая справка

Ранее для аналогичных целей использовалась величина под названием биологически эквивалентная доза, измерявшаяся в ремах (1 Зв = 100 рем). Однако с введением СИ во всех отраслях радиационной защиты была принята современная терминология и единица измерения — зиверт.