Единицы измерения ионизирующих излучений.

Все ионизирующие излучения (α, β, γ, n, a также рентгеновские лучи) обладают способностью вызывать возбуждение и ионизацию атомов и молекул веществ, через которые проходят, поэтому они получили название ионизирующие излучения (ИИ). Возбуждением называется переход электронов на более высокоэнергетические орбиты. Ионизацией называется отрыв электронов от атома, при котором образуется пара ионов (+ и -). Именно ионизация является причиной лучевой болезни. На интенсивности ионизации и поглощения лучистой энергии различными веществами основывается измерение дозы ионизирующих излучений (дозиметрия).

Выявление ИИ и количественная оценка уровня радиационных воздействий называется дозиметрией. Для количественной характеристики уровня лучевого воздействия введено понятие дозы излучения. Применяются три основных вида дозы – экспозиционная, поглощённая и эквивалентная.

Экспозиционная доза (Х) – мера количества ИИ, физическим смыслом которой является суммарный заряд ионов одного знака, образующихся при облучении воздуха в его единичной массе:

Х = dQ/dm, где dQ – суммарный заряд всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, образовавшихся в малом объёме пространства, dm – масса воздуха в этом объёме.

В системе СИ единицей экспозиционной дозы является кулон, делённый на килограмм (Кл/кг). Более часто, однако, применяется внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р), соответствующая образованию 2,1 · 10⁹ пар ионов в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях. 1Кл\кг = 3876 Р; 1Р = 2,58 ·10^-4 Кл/кг.

Изменения, вызываемые излучением в воздухе и в других средах, количественно различны. Это связано с разным количеством энергии, передаваемой излучением одинаковым по массе количествам разных веществ. Учесть этот фактор можно, выражая количество ИИ в единицах поглощённой дозы (D). Физический смысл поглощённой дозы – количество энергии, передаваемой излучением единичной массе вещества:

D = dE/dm, где dE – энергия излучения, поглощённая малой массой вещества dm.

В системе СИ поглощённую дозу выражают в греях (Гр). 1Гр = 1Дж/кг. Часто пользуются внесистемной единицей поглощённой дозы – рад (аббревиатура «radiation absorbed dose»). Рад равен сантигрею (1рад = 10^-2 Гр).

Непосредственно измерить биологически значимые величины поглощённых доз не всегда возможно из-за незначительности соответствующей им энергии. Так, при общем облучении человека массой 76 кг в смертельной дозе 4 Гр его телу сообщается энергия 305 Дж. Её достаточно лишь для нагревания тела на 0,001^ОС. Поэтому непосредственно измеряется, как правило, экспозиционная доза ИИ, а поглощённая доза рассчитывается с учётом свойств облучаемой среды. В воздухе 1 рентген соответствует 0,89 рад, а в тканях организма, в среднем, 0,95 рад.

Для запоминания этих единиц приведем примеры. При однократном гамма-облучении человека развивается лучевая болезнь при облучении в дозах:

– 1-2 Гр (100-200 рад) – лучевая болезнь I (легкой) степени;

– 2-4 Гр (200-400 рад) – II (средней) степени;

– 4-6 Гр (400-600 рад) – III(тяжелой) степени;

– свыше 6 Гр (600 рад) – IV (крайне тяжелой) степени.

Облучение в дозах до 0,5-1 Гр не вызывает острой лучевой болезни.

Эквивалентная доза. Различные ИИ вызывают в биосистемах количественно различные эффекты даже при одинаковой поглощённой дозе. Это связано, главным образом, с такими характеристиками ИИ, как ЛПЭ (линейная передача энергии) и коэффициент ослабления m.. Для малоразмерных биологических объектов (например, для макромолекул, клеточных органелл и клеток), большему значению ЛПЭ воздействующего на них излучения соответствует большее число актов ионизации и возбуждения, возникающих в пределах конкретного биообъекта. Соответственно, большим оказывается и повреждающий эффект плотноионизирующих излучений в отношении клеток и субклеточных структур. Данное различие выражается величиной ОБЭ (относительная биологическая эффективность). Для рентгеновского и g-излучения её принимают равной 1, а для каждого из остальных ИИ значение ОБЭ рассчитывают как отношение равноэффективных поглощённых доз рентгеновского и рассматриваемого ИИ. Значения ОБЭ для некоторых видов ИИ представлены в таблице.