Л.В. Мисун, И.Н. Мисун, В.М. Грищук
Инженерная экология в АПК пособие / под ред. проф. Л.В. Мисуна. – Мн.: БГАТУ, 2007. – 302с.
3. Экологические проблемы сельскохозяйственного производства
3.6. Радиационно-экологическая обстановка
3.6.3. Основные радиометрические и дозиметрические величины и единицы их измерения
Единицы измерения основных
радиометрических и дозиметрических величин можно разделить на две группы:
- единицы, которые отражает количественное
содержание радионуклидов;
- единицы, отражающие качественное влияние
данного количества.
В качестве количественной меры
радиоактивности принята активность и ее производные.
За единицу активности в системе СИ
принимается активность в радиоактивном источнике, в котором за одну секунду
происходит один спонтанный переход из определенного ядерно-физического состояния
или один акт распада. Эту единицу называет беккерель
1 Бк = 1 pacп/с (3.4)
Внесистемной единицей активности является
кюри. Кюри – это активность такого радиоактивного источника, в котором за одну
секунду происходит 3,7·1010 актов распада
1 Ки = 3,7·1010
Бк (3.5)
1 Бк = 2,7·10-11
Ки (3.6)
Для удобства
определения содержания радиоактивного вещества применяются отношения активности
радионуклида в источнике к массе, объему (для объемных источников), площади
поверхности (для поверхностных источников) или к длине (для линейных
источников), которые называется удельной, объемной, поверхностной или линейной
активностью соответственно.
Удельной активностью называется
концентрация активности, выраженная в единицах активности к единице массы:
. (3.7)
Объемной активностью называется
концентрация активности, выраженная в единицах активности к единице объема:
. (3.8)
Плотность поверхностного загрязнения –
концентрация активности, выраженная в единицах активности на единицу площади
загрязненной поверхности:
. (3.9)
Линейной активностью называется концентрация
активности, выраженная в единицах активности к единице длины:
. (3.10)
Выбор рассмотренных
величин определяется конкретной практической задачей. Например, допустимую
концентрацию радионуклида (объемную активность) в воде удобнее выражать в
беккерелях на литр (Бк/л), а в воздухе – в беккерелях на кубический метр (Бк/м3),
так как суточное потребление человеком воды определяется обычно в литрах, а
расход воздуха – в кубических метрах.
Результат воздействия ионизирующих
излучения на объекты – это физико-химические или биологические изменения в этих
объектах. Например: нагрев тела, реакция рентгеновской пленки, изменение
биологических показателей организма и т. д. Наблюдаемый радиационный
эффект зависит от физических величин, характеризующих поле излучения или
взаимодействие излучения с веществом.
Степень, глубина и форма изменения в
биологических объектах при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую
очередь, зависят от величины поглощенной энергии излучения. Для характеристики
этого показателя, используется понятие поглощенной дозы.
Поглощенная доза – это энергия
радиоактивных излучений, поглощенная единицей массы облучаемого вещества. За
единицу поглощенной дозы в системе СИ принят грей (Гр).
Грей (Гр) равен
поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой один
килограмм (1 кг) передается энергия ионизирующего излучения любого вида в один
джоуль (1 Дж):
1 Гр = 1 Дж/кг (3.11)
В радиобиологии и радиационной гигиене
широкое применение получила внесистемная единица поглощенной дозы – рад:
1 Гр = 100 рад (3.12)
Значения поглощенной
дозы зависят от свойств излучения, свойств поглощающей среды и не определяют в
полной мере реакцию облучаемого объекта на воздействие излучения. Очень важно
учесть фактор времени, так как при получении биологическим объектом
определенной дозы эффект будет различным в зависимости от времени облучения. В связи
с этим введено понятие мощности поглощенной дозы, которая характеризует
скорость накопления дозы.
Мощность поглощенной дозы – это приращение
дозы в единицу времени. За единицу мощности поглощенной дозы в системе СИ принят
грей в секунду (Гр/с), внесистемной единицей является рад в секунду (рад/с):
1 Гр/с =100 рад/с. (3.13)
Измерить поглощенную дозу в человеческом
организме трудно. Для этого нужны тканеэквивалентные детекторы – органические
вещества, вода, сложные композиции, по составу подобные ткани человеческого
тела, которые размещают в моделях человеческого тела – фантомах. Поглощенная
доза рассчитывается по формуле:
Д = Дм t, (3.14)
где Д – поглощенная доза;
Дм – мощность дозы;
t – время.
Таким образом, измерив прибором мощность
дозы, можно рассчитать дозу, поглощенную человеком за определенное время.
Из-за разной
ионизирующей способности альфа, бета и гамма-излучений, даже при одной и той же
поглощенной дозе, они оказывают неодинаковое поражающее биологическое
воздействие. Для оценки радиационной опасности хронического облучения человека
в малых дозах, при значениях поглощенной дозы за календарный год не более пяти
предельно допустимых доз (ПДД) водится понятие эквивалентной дозы, позволяющей
учесть биологическую эффективность различных излучений. Эквивалентная доза –
это произведение поглощенной дозы данного вида излучения на соответствующий
коэффициент качества:
Н = Д К = Дм
t К , (3.15)
где Н – эквивалентная доза;
Д – поглощенная доза;
Дм – мощность дозы,
t – время;
К – коэффициент качества.
Коэффициент качества позволяет учитывать
зависимость выхода неблагоприятных биологических последствий облучения человека
в малых дозах от физических характеристик излучения. Принимаются следующие значения
коэффициента качества: для рентгеновского, γ и β-излучения К = 1; для
α-излучения К = 20.
Единицей эквивалентной дозы в системе СИ
принят зиверт (Зв), внесистемная единица – биологический эквивалент рада – бэр.
1 Зв = 100 бэр. (3.16)
Мощность эквивалентной дозы – это приращение
эквивалентной дозы в единицу времени. Единицы измерения мощности эквивалентной
дозы: в системе СИ – Зиверт в секунду (Зв/с), внесистемная – биологический
эквивалент рада в секунду (бэр/с).
Эквивалентная доза рассчитывается для
какой-то условной усредненной ткани человеческого тела. Однако различные органы
человека имеют неодинаковую восприимчивость к радиационному повреждению. Поэтому
для оценки воздействия ионизирующего излучения на весь организм вводится
понятие эффективной эквивалентной дозы облучения, которая определяется
соотношением:
Д экв.эф.
=, (3.17)
где (Дэкв)i – среднее значение эквивалентной дозы облучения в i-ом органе или ткани человека;
wi – взвешивающий
коэффициент, равный отношению риска облучения данного органа (ткани) к
суммарному риску при облучении всего тела.
Таблица 3.8 – Значения взвешивающих коэффициентов
Орган или ткань
|
wi
|
Половые органы
|
0,25
|
Молочные железы
|
0,15
|
Красный костный мозг
|
0,12
|
Легкие
|
0,12
|
Щитовидная железа
|
0,03
|
Поверхности костных тканей
|
0,03
|
Остальные ткани
|
0,3
|
Сумма взвeшивающих
коэффициентов для всего организма равны единице.
Проще всего измерить действие излучения по
количеству заряда, образовавшегося в результате ионизации вещества. Эффект ионизации
зависит как от характеристик излучения, так и от характеристик вещества. Поэтому
для измерения излучений сравнивают их действие на вполне определенный тип вещества,
в качестве которого удобнее всего выбрать воздух.
Для характеристики
радиоактивного источника γ и рентгеновского излучения по эффекту ионизации
воздуха применяют понятие экспозиционной дозы.
Экспозиционная доза – это количественная
характеристика рентгеновского и γ-излучений, основанная на их ионизирующем
действии и выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных
в единице объема воздуха в условиях электронного равновесия.
За единицу экспозиционной дозы в системе
СИ принят Кулон на килограмм (Кл/кг), внесистемная единица – рентген (Р):
Кл/кг
= 3,88·103 Р,
Р =
2,58·10-4 Кл/кг, (3.18)
Мощность
экспозиционной дозы – приращение экспозиционной дозы в единицу времени. Единица
измерения мощности экспозиционной дозы в системе СИ – ампер на килограмм
(А/кг), внесистемная единица – рентген в секунду (Р/с):
Р/с = 2,58·10-4
А/кг;
А/кг = 3,88 103
Р/с (3.19)
Таблица 3.9 – Связь между
единицами СИ и внесистемными единицами активности и характеристиками поля
излучения
Величина
и ее символ
|
Название
и обозначение единиц
|
Связь
между
единицами
|
Единица
СИ
|
Внесистемная
единица
|
Активность А
|
Бк
|
Беккерель, равный одному распаду в
секунду (расп/с)
|
Ки
|
Кюри
|
1Бк =1 расп/с=2,703·10-11
1 Ки = 3,7·10 10 расп/с =
= 3,7·1010Бк
|
Удельная активность Ауд
|
Бк
кг
|
Беккерель на килограмм
|
Ки
кг
|
Кюри
на килограмм
|
1 Бк/кг=2,703·10-11Ки/кг
1 Ки/кг=3,7·1010Бк/кг
|
Объемная активность Аоб
|
Бк
л
|
Беккерель на литр
|
Ки
Л
|
Кюри
на литр
|
1 Бк/л =2,703·10-11Ки/л
1 Ки/л=3,7·1010Бк/л
|
Плотность поверхностного загрязнения А5
|
Бк
м2
|
Беккерель на квадратный метр
|
Ки
км2
|
Кюри
на квадратный километр
|
1 Бк/м2=2,703·10-5Ки/км2
1 Ки/км2=3,7·10 4Бк/м2
|
Поглощенная доза Д
|
Гр
|
Грей, равный одному джоулю на килограмм
(Дж/кг)
|
рад
|
Рад,
равный поглощенной энергии 100эрг на 1г вещества
|
1 Гр=1 Дж/кг=100 рад
1 рад=100 эрг/г=1·10-2
Дж/кг=1·10-2Гр
|
Мощность поглощенной дозы Д
|
Гр/с
|
Грей в секунду, равный одному джоулю на
килограмм в секунду (Дж/кг.с)
|
рад/с
|
Рад в
секунду
|
1 гр/с=1 Дж/кг.с=1·102
рад/с
1 рад/с=1·10-2Дж/кг.с
=
=1·10-2 Гр/с
|
Эквивалентная доза Н
|
Зв
|
Зиверт, равный одному грею на коэффициент
качества (1Гр/К=1Дж/кг.К)
|
Бэр
|
Бэр
|
1 Зв=1Гр/К=1 Дж/кг.К=
=100 бэр
1 бэр=1 рад/К=1·10-2Гр/К
|
Мощность эквивалентной дозы Н
|
Зв
с
|
Зиверт в секунду
|
Бэр/с
|
Бэр в
секунду
|
1 Зв/с=100 бэр/с
1 бэр/с=1·10-2
Зв/с
|
Экспозиционная доза Х
|
Кл
кг
|
Кулон на килограмм
|
Р
|
Рентген
|
1 Р =2,58·10-4
Кл/кг
1 Кл/кг=3,88·10 3Р
|
Мощность экспозиционной дозы Х
|
Кл
кг·с
|
Кулон на килограмм в секунду
|
Р/с
|
Рентген
в секунду
|
1 Ки/кг.с=3,88·10.3
Р/с
1 Р/с=2,58·10-4
Ки/кг·с
|
|