Единицы измерения ядерного излучения

Основная физическая величина, которая характеризует радиоактивный источник, – это число происходящих в нем распадов в единицу времени. Такая величина была названа активностью. Активность того или иного вещества, например радиоактивного изотопа, определяется количеством атомов, распадающихся в единицу времени, а число испускаемых веществом радиоактивных частиц прямо пропорционально его активности.

В качестве единицы активности в Международной системе единиц СИ выбран беккерель (Бк, Bq). Активность в 1 Бк соответствует одному распаду в секунду. Однако в практической дозиметрии и радиационной физике часто используется другая единица – кюри (Ки, Ci): 1 Ки = 3, 7 ⋅ 10^10 Бк, т. е. соответствует 3, 7 ⋅ 10^10 распадов в секунду. Такое число распадов происходит в одном грамме радия226 – исторически первого вещества, в котором были изучены законы радиоактивного распада. Поскольку активность одного грамма чистого радия близка к 1 Ки, то ее часто выражают в граммах.

Экспозиционная доза. Эта величина характеризует рентгеновское и γ -излучение, и ее единицей является рентген (Р). Один рентген соответствует дозе облучения, которая приводит к образованию в 1 см^3 воздуха при нормальных условиях количества ионов с полным зарядом одного знака, равным одной электростатической единице заряда в системе СГСЭ, что соответствует 2, 1·10^9 пар ионов (1 кулон ≈ 3·10^9 ед. СГСЭ). В системе СИ единицей экспозиционной дозы служит Кл / кг. Экспозиционная доза в 1 Кл / кг означает, что суммарный заряд всех ионов одного знака (например, положительных), которые возникли под действием излучения в 1 кг воздуха, равен одному кулону.

Хотя однозначную связь между поглощенной дозой радиации и экспозиционной дозой, измеренной в рентгенах, можно установить лишь приближенно, практическое удобство единицы «рентген» бесспорно, так как ионизацию в воздухе можно легко измерить с помощью ионизационной камеры. По результатам таких измерений можно судить о поглощенной энергии в биологической ткани.

В современной дозиметрии рентген рассматривается не как единица, характеризующая поглощенную энергию и тем самым напрямую связанная с биологическим эффектом, а только как единица, определяющая ионизирующую способность рентгеновского и гамма-излучений в 1 см 3 воздуха. Физическая величина, которой соответствует единица «рентген», называется экспозиционной дозой рентгеновского и гамма-излучений.

Мощность экспозиционной дозы характеризует эффект, производимый в единицу времени (с, мин, ч), и выражается в Р / с, Р / мин, Р / ч. Для других видов излучения используется единица ФЭР (физический эквивалент рентгена) – это доза, создающая в воздухе такое же число пар ионов, что и облучение рентгеновским излучением дозой в 1 Р.

Энергию любого вида излучения, поглощенную в одном грамме вещества, называют поглощенной дозой. В качестве единицы поглощенной дозы был выбран рад (rad – по первым буквам английского словосочетания «radiation absorbed dose» – поглощенная доза излучения). Один рад соответствует такой поглощенной дозе, при которой количество энергии, которая выделяется в одном грамме любого вещества, равно 100 эрг независимо от вида и энергии ионизирующего излучения. Таким образом, 1 рад = 100 эрг / г = 10^–2 Дж / кг = 6, 25·10^7 МэВ / г для любого материала.

Поглощенная доза, образуемая в веществе в единицу времени, называется мощностью поглощенной дозы и измеряется в единицах рад / с, рад / мин, рад / ч и т. д.

Рад, так же как и кюри, – это внесистемная единица. Однако внесистемная единица поглощенной дозы рад используется гораздо чаще, чем соответствующая единица системы СИ – грей (Гр, Gy), который соответствует поглощению одного джоуля энергии одним 176 килограммом вещества. Соотношение между единицами поглощенной дозы составляет

1 Гр = 1 Дж / кг = 100 рад.

Мощность поглощенной дозы измеряется в системе СИ в Гр / с, Гр / мин, Гр / ч и т. д. Рад (или грей) – единица чисто физической величины. По существу, это – энергетическая единица, не учитывающая биологические эффекты, которые производит проникающая радиация при взаимодействии с веществом. Однако тяжесть нарушений в организме сильно различается в зависимости от типа излучения. Поэтому ввели такую величину, которая учитывала бы не только выделение энергии, но и биологические последствия облучения.

Из соображений простоты и удобства биологические эффекты, вызванные любым ионизирующим излучением, принято сравнивать с воздействием на живой организм рентгеновского или гамма-излучения. Чтобы можно было сравнивать воздействие других типов излучений с биологическими эффектами от рентгеновского и гамма-излучения, вводится так называемая эквивалентная доза, которая определяется как произведение поглощенной дозы на некоторый коэффициент, зависящий от вида излучения.

Этот коэффициент, называемый «фактором качества» Q, приблизительно равен единице для гамма-лучей и протонов высокой энергии; для тепловых нейтронов Q ≈ 3, а для быстрых нейтронов значение Q достигает десяти. При облучении α частицами и тяжелыми ионами Q ≈ 20, а это значит, что даже сравнительно малые поглощенные дозы этих излучений могут вызвать серьезные биологические последствия. Эквивалентная доза измеряется в бэрах (бэр – биологический эквивалент рентгена). Иногда употребляется также наименование «рем» (от англ. аббревиатуры rem – roentgen equivalent for man, эквивалент рентгена для человека). Коэффициент качества излучения устанавливается на основе радиобиологических экспериментов и приводится в специальных таблицах.

В системе СИ единица эквивалентной дозы установлена недавно и называется зиверт (Зв, Sv): 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой произведение величины поглощённой дозы в греях (в биологической ткани) на коэффициент Q будет равно 1 Дж / кг. Эквивалентная доза в 4÷ 5 Зв (примерно 400÷ 500 бэр), полученная за короткое время, вызывает тяжелое лучевое поражение и может привести к смертельному исходу.

Предельно допустимая доза (ПДД) для персонала, работающего с радиоактивными веществами, установлена в 5 бэр / год (≈ 100 мбэр / неделя). При этом имеется в виду облучение всего тела, как говорят, тотальное облучение. Для населения установлен предел дозы за год в десять раз меньший – 500 мбэр / год. Подводя итог вышесказанному, перечислим основные величины в дозиметрии и единицы их измерения.

Активность – мера радиоактивности. Измеряется в беккерелях. 1 Бк = 1 распад / с. Также единицей активности является кюри (Ки): 1 Ки = 3, 7 ⋅ 10^10 Бк.

Экспозиционная доза – мера ионизационного воздействия на вещество. Измеряется в рентгенах (Р). На практике используют 1 мкР = 1 Р ·10^-6 или 1 мР = 1 Р ·10^-3.

Мощность экспозиционной дозы – измеряется в Р / с, Р / мин, Р / ч. На практике – в мкР / ч.

Доза – мощность дозы, умноженная на время.

Поглощённая доза излучения измеряется энергией ионизирующего излучения, переданного массе облучаемого вещества. Единица поглощённой дозы в системе СИ – грей (Гр), равный 1 джоулю, поглощённому 1 кг вещества (1 Гр = 1 Дж / кг). Внесистемная единица рад соответствует такой поглощенной дозе, которая соответствует поглощенной энергии 100 эрг в одном грамме любого вещества: 1 Гр = 100 рад.

Мощность поглощенной дозы – поглощенная доза, образуемая в веществе в единицу времени, измеряется в единицах рад / с, рад / мин, рад / ч или Гр / с, Гр / мин, Гр / ч.

Эквивалентная доза излучения – поглощённая доза излучения с учетом воздействия на организм человека (умноженная на «фактор качества» Q). Измеряется в бэрах. В системе СИ единица измерения зиверт (Зв): 1 Зв ≈ 100 бэр.

Мощность эквивалентной дозы – эквивалентная доза излучения за единицу времени. Измеряется в Зв / ч.