Как перевести грей в рентген

«Взвешиваем» радиацию: о единицах измерения ионизирующего излучения

Если вы когда-нибудь искали в Гугле ответ на вопрос типа «безопасный уровень радиации», то вы наверняка сталкивались со множеством странных и непонятных терминов: кюри, рентгены, беккерели, зиверты, рады, греи и тому подобное. Попробуем разобраться в том, что они значат и как правильно трактовать те или иные цифры.

Как мы уже говорили, радиация, или более научно, ионизирующее излучение как правило возникает в результате тех или иных ядерных реакций, чаще всего – распадов нестабильных атомных ядер. Соответственно, наиболее естественной единицей измерения радиоактивности является число распадов, которые происходят в определённом образце радиоактивного вещества в единицу времени.

Исторически первой единицей измерения активности является кюри (Ки). В образце с активностью 1 кюри в секунду происходит столько же распадов, сколько и в кусочке чистого радия весом в 1 грамм, то есть 370 миллиардов актов распада. В реальности с такой единицей работать не очень удобно, и поэтому позже, в 1975 году придумали другую единицу измерения активности: беккерель. Один беккерель (Бк) – это активность образца, в котором происходит ровно 1 распад в секунду. Соответственно, 1 Ки = 37000000000 Бк.

Кюри и беккерели характеризуют радиоактивные свойства конкретного образца радиоактивного вещества с присущей ему массой и химическим составом. Поэтому часто используют производные величины: скажем, активность изотопов обычно измеряют в беккерелях (кюри) на грамм (килограмм), загрязнённость радиацией воздуха или жидкости – в беккерелях на литр (кубометр), для определения загрязнённости площади используют беккерель на метр (километр) квадратный. Например, средняя радиоактивность чистого атмосферного воздуха составляет около 10 беккерелей на кубометр. То есть, в каждом кубометре воздухе ежесекундно происходит 10 распадов (в основном обусловленных наличием в нём некоторого количества радиоактивного газа радона)

Довольно популярной в литературе «единицей измерения» является так называемый банановый эквивалент: активность обычного банана, вызванная наличием в нём радиоактивного изотопа калий-40. Оказывается, что банан весом в 150 грамм содержит около 19 беккерелей активности.

Для сравнения, активность природного урана составляет около 37 000 беккерелей на грамм (или, соответственно, 37 миллионов беккерелей на килограмм). И это ещё немного: так, активность 1 грамма плутония-239 составляет 2,3 миллиарда беккерелей на грамм.

Однако если вы читали предыдущую статью, то вам должно быть понятно, что одними только беккерелями и кюри ограничиться не получится. Как мы там говорили, различные ядерные реакции порождают разные продукты, обладающие различной энергией. К примеру, распад вышеупомянутого калия-40 приводит к образованию бета-частиц с энергией порядка 1,5·10-19 джоуля. А вот в результате распада атома плутния-239 рождаются альфа-частицы с энергией 8·10-16 джоуля – в 5 000 раз больше. Так что распад распаду – рознь, и беккерель беккерелю – тоже.

Собственно, предыдущий абзац как бы сам наводит нас на мысль, что важно не только количество распадов в единицу времени, но и «энергоёмкость» каждого из таких распадов. И даже не энергоёмкость самих распадов, а то, какую энергию получившиеся частицы передают веществу, которое подвергается облучению – то есть, какую дозу получило подвергнутое ему вещество.

Сначала физики рассуждали таким образом. Мы же говорим об ионизирующем излучении? Ну, так давайте померяем, насколько хорошо оно ионизирует! Так придумали единицу под названием рентген – пожалуй, самую распиаренную «единицу измерения радиации» на постсоветском пространстве. Суть такова: 1 рентген – это такое радиоактивное излучение, которое воздействует на 1 кубический сантиметр сухого воздуха при 0 градусов Цельсия так, что в нём образуются заряженные частицы с общим зарядом 3,33564 на 10 в минус 10 степени кулона. Почему столько? А потому, что 3,33564 на 10 в минус 10 степени кулона – это 1 франклин, единица измерения заряда в популярной (ибо удобно) в некоторых областях физики системе единиц СГС. Аналог рентгена в привычной нам системе СИ – кулон на килограмм, равный примерно 3876 рентгенам.

Соответственно, для измерения мощности излучения использовали производную единицу – рентген в час.

Однако на практике рентген оказался не очень удобен по ряду причин, и решили пойти другим путём: ввели единицу под названием грей. 1 грей характеризует такое облучение, в результате которого вещество получает 1 джоуль энергии на каждый килограмм массы. В настоящее время именно грей, а не рентген, являются общепринятой единицей измерения воздействия излучения. Однако зачастую в литературе, в том числе справочной, можно столкнуться именно с величинами, выраженными в рентгенах. В этом случае следует помнить, что 1 грей для воздуха соответствует примерно 0,009 рентгена. Обычно на практике переводят рентгены в греи, просто деля их на 100: 100 рентген – 1 грей, 0,01 грея – 1 рентген.

Но и это ещё не всё. Для физиков посчитать количество переданной «мишени» энергии в принципе достаточно для того, чтобы считать поле измеренным. А вот у медиков и биологов, изучающих воздействие радиации на живые организмы, задача немного иная: им важно определить, какой вред получит организм, поймав ту или иную дозу радиации. И тут возникает проблема, о которой мы тоже говорили: разные виды излучения (альфа, бета, гамма, нейтроны и т.п.) вредят организму по-разному. Для того, чтобы это дело описать, вводят понятие относительной биологической эффективности излучения, причём под эффективностью здесь понимают способность данного вида облучения наносить вред живой ткани (разрушать клетки и т.п.). Например, поток альфа-частиц наносит организму примерно в 20 раз больший ущерб, чем поток гамма-квантов, передавший этому организму ту же энергию. Поэтому на стыке физики и биологии появляется понятие эквивалентной дозы облучения, измеряемой в зивертах. Это, грубо говоря, те же греи, но умноженные на специальный коэффициент («коэффициент качества»), экспериментально определённый для каждого вида излучения; за эталон (1) принято разрушительное воздействие фотонов (рентгеновских и гамма-квантов).

Для бета-частиц коэффициент качества оказывается также равен 1, для альфа-частиц – 20, для протонов – 2, для нейтронов – от 5 до 20 в зависимости от их энергии (скорости). Проще говоря, если биологический объект получил 0,1 грея гамма-излучения, 0,1 грея облучения альфа-частицами и 0,1 грея облучения медленными нейтронами, то поглощённая доза излучения составит 0,3 грея, а эквивалентная доза – 2,6 зиверта.

На практике, впрочем, в большинстве случаев поглощённую дозу облучения в греях и эквивалентную дозу в зивертах можно считать равной. Это связано с тем, что с нейтронными потоками у обывателя столкнуться шансов почти нет, а альфа-излучение и протоны из-за своей малой проникающей способности не пробиваются даже через внешний мёртвый слой кожи. Поэтому в расчёт при внешнем облучении идут преимущественно потоки бета и гамма-частиц, а для них, как мы говорили выше, коэффициент качества равен 1. В таком случае можно говорить, что 1 зиверт и 1 грей численно равны, но надо помнить, что так бывает не всегда.

Существует, впрочем, ещё один нюанс. Дело в том, что разные ткани по-разному реагируют на одну и ту же дозу облучения: наиболее уязвимы половые органы, тонкий кишечник и органы кроветворения; куда более устойчивы – головной мозг, кости и так далее. Так что в медицине вводят понятие эффективной дозы облучения, которая учитывает разницу в восприятии облучения разными типами тканей. Но это уже больше биология, чем физика, да и измеряется эффективная доза тоже в зивертах, так что в это мы углубляться не будем.

Давайте повторим для ясности: активность источника радиоактивного излучения измеряется в кюри или (чаще) беккерелях. В греях, реже – рентгенах измеряют физическое воздействие излучения, исходящего от этого источника на некую мишень, а в зивертах – аналогичное биологическое воздействие.

Конечно, между активностью источника и влиянием его излучения есть определённая связь, но простой «формулы перевода» беккерелей в зиверты нет и быть не может. Например, источник из цезия-137 с активностью излучения в 1 кюри на расстоянии метра от себя создаст излучение мощностью примерно в 0,004 грея/час. Для других изотопов эта цифра будет иной, но если очень надо прямо сейчас прикинуть на пальцах, то порядок чисел будет примерно таким.

При этом по мере удаления от источника мощность излучения будет убывать по формуле обратных квадратов: уже в 10 метрах она будет в 100 раз меньше.

Под фразой «радиационный фон составляет столько-то» следует понимать измеренную совокупную дозу излучения от всех источников, которую вы можете получить в данном месте за определённое время пребывания.

В литературе можно встретить и другие единицы измерения. Например, резефорд – устаревшая единица измерения активности источника, равная 1 миллиону беккерелей. Рад – «младший брат» грея, равный одной сотой от него. В советской литературе также встречается единица измерения «бэр», расшифровывается «биологический эквивалент рентгена» и соотносится с ним так же, как зиверт с греем. Как привести её к общему знаменателю с зивертом можно всё тем же способом: поделить примерно на 100.

В следующем материале мы поговорим о нормальных, повышенных, опасных и безопасных дозах радиации, о том, где вы с ними можете столкнуться и чего в этом смысле стоит бояться, а чего – не очень.

Источник

Основы радиационной безопасности,единицы

Теперь это актуально: 100 Бэр = 100 Рентген = 100 Рад = 1 Зиверту = 1 Грэю Микро(мк,µ)=0,000 001; Милли(м,m)=0,001 Нано(н)=0,000 000 001

1 Зв = 1 Гр = 100 рад

1 Зв = 100 рентген(вообще,

102) Чем «измеряется радиация» Активность вещества, то есть его мощность. Смысл величины — сколько полураспадов делается в 1 секунду. Измеряется в Бк (Беккерелях) на кг или м3. Например, нормальная вода имеет активность не выше 100 Бк\час. Международная норма по цезию от 1000 до 10 000 беккерелей на килограмм пищевых продуктов, в наших нормах радиационной безопасности они такие же. Так что японцам волноваться не стоит, а нам и подавно». Экспозиционная доза. Полураспады создают ионизационное излучение. Мерой ионизационного воздействия этого излучения на вещество и называется экспозиционной дозой. Измеряется в рентгенах. Просто в рентгенах, без «в час». Простыми словами, насколько сильно летит уран в атмосферу и портит вокруг себя воздух. Мощность экспозиционной дозы. А эта хрень имеет уже более практический смысл. Означает величину экспозиционной дозы за единицу времени – т.е. простыми словами «сколько радиации выдается в час». Измеряется рентгенами в час. Эквивалентная и эффективная доза. Несмотря на то, что это два разных понятия, я объединил их в один пункт. Простыми словами это не объяснить, но на пальцах эти величины обозначают биологическую воздействие «величины радиации» на организм человека. То есть, сколько радиации впитал организм. Измеряется в Зивертах. Есть еще внесистемная единица Бэр (равная 1бэр=0,01 Зв), чернобыльцам к примеру в военных билетах указывали сколько они получили в Бэрах. Мощность эквивалентной и эффективной доз – это сколько зивертов в час или год воспринимает наше тело. Данные Википедии 26 апреля 1986г произошла Чернобыльская катастрофа. город Припять-город Чернобыльских энергетиков,обслуживающих станцию.Расположен в 3 км от станции. 26 апреля к 21:00 гамма-фон на улицах Припяти (3км от станции) достигал 140 мР/ч (примерно 1,3 мЗв/ч), 27 апреля к 7:00 утра 360 мР/ч ( то бишь 3,4мЗ\ч) В Киеве (110км от станции) к 16 мая доходил до 0,8 мР/ч.. Общее число жителей Припяти составило 47 тыс. человек, из них 17 тыс. детей и 80 лежачих больных. 27 апреля утром эвакуация началась. К 18 часам эвакуация была завершена В первые дни аварию начали ликвидировать несколько тысяч человек Ликвидаторы работали в опасной зоне посменно: те, кто набрал максимально допустимую дозу радиации, уезжали, а на их место приезжали другие. Основная часть работ была выполнена в 1986—1987 годах, в них приняли участие примерно 240 000 человек. Общее количество ликвидаторов (включая последующие годы) составило около 600 000. Гринпис и Международная организация « Врачи против ядерной войны » утверждают, что в результате аварии только среди ликвидаторов умерли десятки тысяч человек, в Европе зафиксировано 10 000 случаев уродств у новорождённых, 10 000 случаев рака щитовидной железы и ожидается ещё 50 000. А вот табличка для переводов зивертов в рентгены/бэры и наоборот. И напоследок, ещё вот такая брошюрка полезная о радиации в качестве ликбеза: http://www.antigreen.org/lib/koshelev/index.html

Воздействие различных доз облучения на человеческий организм

Источник

Как перевести грей в рентген

Моя паранойя наконец вышла на новый уровень. В неравной борьбе я таки победил Жабу, отсчитал 532 американских бумажки из своих сбережений и стал счастливым обладателем прибора с интригующим названием «дозиметр-радиометр». Ознакомиться с техническими характеристиками и описанием прибора вы можете на сайте изготовителя.

Притащил добычу домой, включил. Работает! Попискивает, цифирьки какие-то мне показывает. Радости моей не было предела — теперь я чувствовал себя матёрым сталкером, держащим руку на пульсе радиационного фона. Но через пару часов первая волна эйфории прошла, поскольку понять результаты показаний я не мог… Прибор исправно пищал, обозначая каждый запеленгированый гамма-фотон. Я даже попервах удивился, что они так часто пролетают! Пытался взглядом найти тот предмет, который в моей комнате так фонил. Обошёл квартиру, тыкая дозиметром в каждый угол… Пока не понял, что это и есть то самое «фоновое излучение». Понял, что пришла пора почитать инструкцию…

Инструкция по эксплуатации оказалась толщиной в сантиметр! Я добросовестно проштудировал её от корки до корки, но почувствовал себя ещё тупее, чем до чтения. Страницы изобировали цифрами и «заклинаниями» на подобие «микрозиверт/час».

Я понял, что пока я не изучу хотя бы азы науки измерения ионизирующего излучения, дозиметр в моих руках так и останется безумно дорогим реквизитом для игры в Сталкера. Перелопачивая в сети горы информации о интересующей меня теме, я видел очень много этих же и других подобных заклинаний, но чем дальше искал — тем больше стал запутываться в дебрях этих единиц измерений. Но когда я уже начал было терять интерес к моим изысканиям, я нашёл в сети вот эту статью. Там в доступной и понятной форме описаны те самые азы. Статья настолько мне понравилась, что я сперва подумал скопипастить её сюда. Но решил всё-таки сперва распечатать на бумаге, поработать над текстом, и аж тогда своими словами поделиться с вами тем, что сам понял.

Итак, насколько мне удалось узнать, вся эта путаница с таким количеством единиц измерений связана с тем, что некоторые из них устарели и были заменены новыми. Но поскольку большое количество измерительных приборов отградуировано под устаревшие единицы, они порой используются наравне с новыми. По этому, порой бывает трудно переводить постсоветские рентгены, бэры и рады, знакомые нам по плакатам ГО, в новомодные зиверты и грэи. Поскольку в дозиметрах всё чаще встречаются системные единицы измерения, будем отталкиваться от них.

Попробую выдать вам результаты деятельности моего закипающего мозга. Доза бывает экспозиционная (такая, которая рассчитана из степени ионизации воздуха изотопом) и поглощённая (которая являет собой величину энергии, которую поглотило вещество от излучения). Экспозиционную дозу меряли рентгенами (несистемная единица) и кулонами на килограм (системная). Но дозиметрия работает фактически со значениями поглощённой дозы, поскольку для нас более важно влияние излучённой энергии на вещество, а не просто количество излучённой энергии.

Поглощённую дозу меряют в грэях. «Советский» аналог грэя — рад. Таким образом:

1 грэй (русс.-Гр; англ.-Gy) = 100 рад

Грэями обозначают дозу, поглощённую произвольным веществом. Для биологического вещества надо дополнительно учитывать два фактора: эквивалентность влияния и эфективность его. Эквивалентность указывает на разную вредность разных типов излучения (альфа-частицы в двадцать раз вреднее гамма-фотонов). Эфективность подразумевает разную степень восприимчивости разных тканей организма к ионизирующему излучению (клетки спинного мозга намного более чувствительны к радиации, чем клетки печени).

Поглощённую эквивалентную эфективную дозу измеряют в зивертах. Устаревший аналог зиверта — бэр (биологический эквивалент рентгена). Их соотношение:

1 зиверт (русс.-Зв; англ.-Sv) = 100 бэр (англ.-rem)

Фактически, если имеется ввиду влияние только гамма- или рентгеновского излучения (их коефициент эквивалентности равен единице) на человека, то можно с некоторой погрешностью сказать:

1 Гр = 1 Зв = 100 бэр = 100 рад

*Эта погрешность составляет 15-20% и обусловлена тем, что экспозиционная доза 1 рентген соответствует поглощённой дозе в воздухе около 0,85 рад.

Есть ещё одна муть. Она называется мощностью поглощённой дозы. Она показывает текущую дозу, делённую на единицу времени.

В следующей статье попробую рассказать уже более интересные вещи. Речь пойдёт о дозах, их предельных показателях и последствиях их превышения.

Источник

Радиация: единицы измерения

При почти каждом разговоре о радиоактивности с неспециалистом оказывается, что собеседник имеет в той или иной степени смутное представление о единицах измерения. Вот и когда я опубликовал статью о радиохимической лаборатории, один из читателей пожаловался мне в личку, что у него от множества единиц, встречающихся в книгах и статьях о радиоактивности — рентгены, бэры, рэмы, рады, греи, зиверты, кюри, беккерели и даже грамм-эквиваленты радия — голова идет кругом и попросил об этом написать. Исполняю его просьбу.

Да, на КДПВ — супруги Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри.

Немного истории

В 1895 году Вильгельм Конрад Рентген открыл излучение, обладавшее удивительными свойствами: действуя, подобно свету, на фотопластинки, и возбуждая свечение люминесцентных экранов, оно с легкостью проникало через непрозрачные преграды. Прошло совсем немного времени, как оказалось, что источником подобного излучения является не только работающая трубка Крукса, как в опытах Рентгена, но и вещества, содержащие уран, которые, к тому же, испускают это излучение непрерывно, неизменно и без какого-либо подвода энергии извне. За этим последовала буквально лавина открытий. Открытие радия, полония, а затем целого букета новых радиоактивных элементов, установление связи радиоактивного распада с превращением одного элемента в другой, первые осуществленные ядерные реакции… В общем, удивительно простой опыт Беккереля с урановой солью на завернутой в черную бумаге фотопластинке буквально распечатал «горшочек-не-вари» новых знаний. Разговор об этих открытиях — это тема другой статьи (и не одной), а сейчас я просто скажу, что уже тогда, в первые месяцы и годы этого «радиевого бума» нельзя было обойтись без измерений.

Первым измерительным прибором для определения интенсивности ионизирующей радиации стал обыкновенный электроскоп или электрометр, который разряжался под действием излучения, и скорость этого разряда была пропорциональна его интенсивности. А первым эталоном стала…

Ампула с миллиграммом радия, как мера радиоактивности

Эта ампула стала не только первым эталоном для градуировки электрометров и ионизационных камер — это была мера количества радиоактивности. Удивительным свойством радия оказалось исключительное постоянство его излучения: его интенсивность зависела только от количества радия. Поэтому, взяв однажды навеску в 1 мг радия и запаяв его в платиновую ампулу, стало возможным больше никогда радий не взвешивать. Сравнив интенсивность гамма-излучения от эталонной ампулы и образца, помещенного в ампулу с такой же толщиной стенки, можно было с высокой точностью определить количество радия в нем. Так что ампулы с радием заняли свое законное место в палатах мер и весов рядом с эталонами метра, килограмма и сферическими конями.

Строго говоря, источником гамма-излучения является не радий. И именно с этим связано то, что эталоном была именно запаянная ампула. Дело в том, что радий-226 не излучает гамма-лучи при распаде. Он испускает альфа-частицу, превращаясь в радон-222, который тогда называли эманацией радия. Последний, будучи также альфа-активным, затем претерпевает ряд распадов с испусканием альфа- и бета-частиц, некоторые из которых сопровождаются гамма-излучением. Из запаянной ампулы радону деваться некуда, и между радием и его радиоактивными продуктами распада устанавливается вековое равновесие: сколько радона (и каждого последующего члена радиоактивного ряда) образовалось, столько и распадается.

При сравнении радиоактивности других открытых впоследствии элементов с радием стали применять такую единицу, как миллиграмм-эквивалент радия, равный количеству радиоактивного вещества, который дает такую же интенсивность гамма-излучения, как и миллиграмм радия на том же расстоянии.

Миллиграмм-эквивалент радия, как единица радиоактивности, имеет тот очевидный недостаток, что гамма-излучение, вообще говоря, является своего рода побочным эффектом радиоактивного распада. Во-многих случаях оно либо отсутствует, либо возникает не в каждом акте распада. Поэтому от сравнения по интенсивности гамма-излучению перешли к понятию активности, как мере количества актов распада в препарате в единицу времени. Эталоном осталась все та же ампула с радием, и отсюда появилась единица кюри, определяемая, как активность радиоактивного вещества, в котором в единицу времени распадается столько же атомов (а именно, штук), сколько распадается атомов радия-226 в одном его грамме.

Единица кюри в настоящее время считается устаревшей, как и все внесистемные единицы. В системе СИ ее заменяет беккерель — это активность препарата, в котором в среднем происходит один распад в секунду. Таким образом, 1 Ки = Бк.

Электрометр и экспозиционная доза

Первым устройством для измерения интенсивности радиоактивного излучения, как я говорил, стал электрометр, который разряжался под действием лучей радия. Он стал предтечей ионизационной камеры — камеры с двумя противоположно заряженными электродами, которая позволяла определить количество ионов, образовавшихся в воздухе, заполнявшем камеру. Эти ионы в электрическом поле внутри ионизационной камеры начинают движение к электродам и, достигнув их, разряжают их. По величине уменьшения заряда электродов можно определить число пар ионов, которые образовались в воздухе под действием излучения. А измерив ток, протекающий через камеру в цепи внешнего источника напряжения, можно определить количество ионных пар, рождающихся в камере в единицу времени, пропорциональное интенсивности излучения.

Величина, которую таким образом измеряют, была названа экспозиционной дозой радиоактивного излучения. И единицей ее измерения стал рентген. При экспозиционной дозе в 1 рентген в одном кубическом сантиметре сухого воздуха образуется одна единица СГСЭ ( Кл) заряда каждого из ионов, что соответствует пар ионов. Кстати, наш эталонный 1 мг радия в платиновой ампуле на расстоянии 1 см в течение часа создает экспозиционную дозу в 8,4 рентгена (обычно в таком случае говорят о мощности экспозиционной дозы 8,4 Р/ч).

В системе СИ нет специальной единицы экспозиционной дозы и применяется единица кулон на килограмм. 1 Кл/кг = 3875.97 Р. Однако в настоящее время данная единица используется крайне редко из-за отказа от самого понятия экспозиционной дозы. Причина этого отказа в том, что эта достаточно легко измеряемая величина малопригодна для практического применения. Нас обычно интересует не то, сколько ионов образовалось в воздухе, а то действие, которое произвело облучение на вещество или живую ткань.

Поглощенная доза

Вполне очевидной является идея считать мерой воздействия радиоактивного излучения на вещество поглощенную в этом веществе энергию. Это и есть поглощенная доза, мерой которой является энергия излучения, поглощенная единицей массы вещества. Единицей измерения поглощенной дозы в СИ является грей: 1 Гр = 1 Дж/кг. Раньше применялась другая единица — рад. 1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Гр. При экспозиционной дозе 1 Р поглощенная доза в воздухе равна 0,88 рад. В большинстве случаев эти 0,88 округляют до единицы, приравнивая рад к рентгену (хотя по сути это разные физические величины), а грей (и зиверт, о котором ниже) к 100 рентгенам.

А вот доза в различных веществах при одной и той же экспозиционной дозе будет различной в зависимости от вида и энергии излучения и свойств поглотителя. Именно по этой причине сейчас от понятия экспозиционной дозы отказались. На практике гораздо более корректным является измерение не экспозиционной дозы, а взять детектор, средний атомный номер которого равен среднему атомному номеру биологической ткани (в таком случае говорят о тканеэквивалентном детекторе) и измерять поглощенную дозу в нем. Тогда с определенной степенью точности можно полагать, что поглощенная доза в детекторе будет равна поглощенной дозе в биологической ткани.

Всякие разные дозы

Но оказывается, разные виды радиоактивных излучений действуют на живую ткань неодинаково. Альфа-излучение, протоны и нейтроны при одинаковой поглощенной дозе наносят ей гораздо больший вред, чем гамма-излучение и бета-частицы. В связи с этим наряду с поглощенной дозой возникает еще один вид дозы — эквивалентная доза. Она равна дозе гамма-излучения, которая вызывает такой же биологический эффект, как и доза данного излучения.
Единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт. Старой единицей эквивалентной дозы является биологический эквивалент рентгена или бэр, по-английски REM (порой в переводной литературе и у рентгенологов можно встретить единицу «рэм» — это тот же бэр). 1 Зв = 100 бэр.

Для того, чтобы перевести поглощенную дозу в эквивалентную, нужно поглощенную дозу умножить на так называемый коэффициент качества. Этот коэффициент для фотонов, электронов и мюонов равен единице, для альфа-частиц принят равным 20, для протонов по разным данным — от 2 до 5, а для нейтронов сильно зависит от энергии, достигая 20 в интервале энергий от 100 кэВ до 2 МэВ (см. рисунок).

Помимо эквивалентной, рассматривают еще и эффективную дозу. Она учитывает не только разную степень вредности излучения, но и разную степень вредности облучения той или иной части тела или органа при облучении не всего тела, а его части. Каждой ткани и органу приписывают взвешивающие коэффициенты таким образом, чтобы сумма равнялась единице. При равномерном облучении всего тела эффективная доза равна эквивалентной. Измеряется она в тех же единицах, что эквивалентная.

На этом я и остановлюсь: не буду запутывать вас и рассказывать, что такое керма, амбиентный эквивалент дозы и еще многие штуки.

А как это все измеряют?

Чтобы измерить экспозиционную дозу, как я и говорил, нужно взять некоторый объем воздуха, собрать образовавшиеся в нем ионы и определить их количество, что с успехом решается с помощью ионизационной камеры. Именно на основе ионизационных камер сделана большая часть накопительных дозиметров «карандашного» типа.

А чтобы измерить поглощенную дозу, придется измерить количество энергии, выделившееся в веществе. И вот тут кроется главная сложность. Напрямую эту энергию измерить очень сложно, так как в большинстве случаев она очень мала. Один грей (а это серьезная доза, уже вызывающая лучевую болезнь) — это всего лишь джоуль на килограмм. Если мы попытаемся измерить эту дозу, например, калориметрически — по изменению температуры, то, например, алюминий нагреется всего лишь чуть больше, чем на тысячную градуса.

Поэтому все методы измерения поглощенной дозы или ее мощности косвенные. Они заключаются в том, что мы наблюдаем некий процесс, вызываемый облучением и требующий затраты энергии и предполагаем, что «выход» этого процесса будет линейно зависеть от энергетического вклада поглощенного излучения в него.

Первичным актом взаимодействия ионизирующего излучения с веществом почти всегда является, собственно, ионизация. Квант гамма-излучения или иная частица, испускаемая радиоактивным веществом, как правило, имеет энергию, значительно превышающую энергию, необходимую для того, чтобы вырвать электрон из атома. Поэтому одним актом ионизации дело не заканчивается. По всей траектории следования частицы в веществе порождаются свободные электроны и положительно заряженные ионы, энергии которых обычно сами превышают энергию ионизации, что приводит к развитию целого каскада процессов образования свободных электронов и ионов, до тех пор, пока их энергия не окажется сравнимой с энергией химической связи, с первыми энергиями ионизации и т.д. И уже эти электроны и ионы непосредственно осуществляют то воздействие на вещество, которое характерно для ионизирующих лучей: возбуждают люминесценцию, инициируют химические реакции, разрушают биологические структуры, становятся носителями электрического тока. И их количество и суммарная энергия пропорциональны поглощенной дозе (строго говоря — за вычетом энергии электронов, вылетевших за пределы вещества), при этом они уже «ничего не знают» о том, что их породило.
Исторически одним из первых дозиметров стала обычная фотопленка, завернутая в светонепроницаемый материал. Степень ее почернения после проявления примерно так же зависит от поглощенной дозы, как и от экспозиции обычным видимым светом: имеется область линейной зависимости, ограниченная загибом в области малых доз и насыщением (с последующей соляризацией — падением плотности) в области больших доз. Пленка является дешевым и довольно чувствительным, но не очень надежным дозиметром, так как небольшие отклонения в режимах обработки могут давать заметные погрешности определения дозы. Фотопленка является одним из первых представителей семейства химических дозиметров, в которых величина дозы определяется по количеству образованного или израсходованного в ходе реакции вещества: окрашенного, парамагнитного или обладающего другим легко измеримым свойством. Это может быть раствор в ампуле, темнеющий или окрашивающийся под действием радиации (например, из-за окисления железа (II) до железа (III) с последующим образованием ярко окрашенного в красный цвет роданида), стекло или кристалл, в которых образуются так называемые радиационные дефекты, поглощающие свет. Химические дозиметры позволяют определять дозу облучения с высокой точностью и в очень широких пределах — от тех, которые не нанесут человеку особого вреда до тех, которые убьют его в одну минуту. Но, как правило, они не позволяют измерить мощность дозы.

Люминесценция позволяет регистрировать даже акт поглощения единственной частицы или гамма-кванта, который приводит к возникновению в материале детектора короткой световой вспышки — сцинтилляции. На этом принципе основано действие сцинтилляционных детекторов, которые позволяют измерять даже очень слабые потоки радиации, в десятки и сотни раз более слабые, чем естественный радиационный фон. Сцинтилляционный датчик излучения в отличие от химических детекторов позволяет определять мощность поглощенной детектором дозы в реальном времени. Разумеется, для того, чтобы получить величину дозы, или мощности дозы, нужно не просто сосчитать число импульсов, а просуммировать, проинтегрировать испущенный сцинтиллятором свет.

Особой разновидностью таких детекторов являются так называемые термолюминесцентные детекторы. В них используется люминесцентный материал, который, вместо того, чтобы отмечать вспышкой света каждую частицу, сохраняет образованные ею свободные заряды в виде длительно существующих заряженных дефектов решетки. При нагревании эти дефекты «залечиваются», а освободившиеся электроны и дырки рекомбинируют, передавая энергию центрам люминесценции. И проинтегрировав световой импульс, возникающий при нагревании термолюминофора, мы определим накопленную им дозу.

Наконец, мы можем «поймать» не вторичные эффекты, вызванные ионизацией, а сами ионы — совсем как в ионизационной камере, только эта камера заполняется не газом, а полупроводником — германием, кремнием, теллуридом кадмия, наконец — алмазом. Средний ток через детектор будет пропорционален мощности поглощенной им дозы.

А что же всем известный счетчик Гейгера? А он не измеряет дозу. Он может только среагировать импульсом на пролет через него частицы, не разбираясь ни в том, что в него влетело, ни какую энергию оно имело. То есть он может измерить такую характеристику потока частиц, как флюенс: сколько частиц пролетело через заданную площадь. Точно так же будет работать сцинтилляционный или полупроводниковый детектор, если мы будем только фиксировать факт появления импульса, игнорируя его амплитуду.

Доза в разных материалах и ход с жесткостью

В параграфе про поглощенную дозу я упомянул вскользь, что в одном и том же потоке излучения доза, поглощенная разными материалами, будет разной и будет зависеть от энергии квантов и свойств вещества. В случае гамма-излучения его поглощение определяется единственной характеристикой материала — средним (или эффективным) атомным номером . Гамма-излучение передает веществам с одинаковым одну и ту же энергию при прохождении слоя с одинаковой массой на единицу площади. Так, материал, имеющий такой же валовой атомный состав, как живая ткань, будет при любых энергиях поглощать гамма-кванты так же, как живая ткань, и таким образом, поглощенная доза в детекторе, сделанном из этого материала будет равна поглощенной дозе в человеческом теле. А если мы сделаем детектор из йодида цезия (один из наиболее часто используемых сцинтилляторов), то мы сможем откалибровать его для какой-нибудь одной энергии, а при других энергиях он будет врать. Такое изменение показаний дозиметрического прибора в зависимости от энергии излучения носит название «хода с жесткостью» или энергетической зависимости дозовой чувствительности детектора.

На рисунке (из «Нового справочника химика и технолога», т. 11, стр. 111) приведены энергетические зависимости дозовой чувствительности детекторов, изготовленных на основе разных сцинтилляторов. Слева сравниваются антрацен (более «легкий» по среднему атомному весу, чем живая ткань) и йодистый натрий (значительно более «тяжелый», чем последняя). Видно, что в определенном диапазоне энергий детектор на основе йодида натрия завышает величину дозы в 10 раз! А на правом графике показано то, что взяв смесь органических сцинтилляторов — более «легкого» и более «тяжелого», чем живая ткань, можно практически полностью устранить «ход с жесткостью».

Другим способом устранения «хода с жесткостью» является подбор фильтров, поглощающих излучение в области, где чувствительность детектора избыточна.

Заключение

В заключение приведу небольшую табличку, где сведены основные рассмотренные в статье величины.

А для более полного ознакомления с темой рекомендую лекции профессора Игоря Николаевича Бекмана, МГУ

Источник