Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 219
Скачиваний: 0
зительно равную 1 рад. Для более точного определения погло щенной дозы в радах по результатам измерений экспозицион ной дозы в рентгенах следует пользоваться таблицей коэффи
циентов /СэквДля ионизирующих излучений других видов термины «экс
позиционная доза» и «рентген» неприменимы. В этих случаях либо непосредственно измеряют поглощенную дозу в радах (если располагают соответствующим дозиметром), либо изме ряют поток частиц-— число частиц, проходящих через единицу площади сечения элементарной сферы, — и определяют погло щенную дозу по соотношению
D [рад] = |
Кжв / [частица]см2], |
где К'жв — эмпирический |
коэффициент эквивалентности — ха |
рактеристическая величина для данной среды, для данного вида излучения и его энергии.
В радиобиологии часто возникает задача осуществить, пере ход от физической дозиметрии к биологической, так как в конеч ном итоге необходимо контролировать биологическое действие излучения на человека или живые организмы. Следует сразу отметить, что эта задача очень сложная и до конца не разре-; шенная. Сложность ее заключается в том, что на разные клетки, ткани, органы, физиологические функции различные виды и дозы излучений действуют неодинаково. Количество радиобиологи ческих эффектов составляет бесконечное множество, а сами радиобиологические эффекты являются сложными функциями количества (дозы) и качества (вида и энергии) излучения. Привести все это бесконечное разнообразие зависимостей к какому-либо стандартному радиобиологическому эффекту практически невозможно. Поэтому в настоящее время прибе гают к довольно грубому и условному способу стандартизации количественной оценки биологического действия излучений.
Прежде всего предполагается, что главным физическим фак тором, предопределяющим величину любого радиобиологиче ского эффекта, является величина линейной передачи энергии (см. § 2 гл. 1) ионизирующих частиц. Чем больше эта величина, тем больше ожидаемый радиобиологический эффект.
Далее вводится понятие образцового излучения. В качестве образцового взято рентгеновское излучение с граничной энер гией 200 кэв, создающего вторичные электроны со средней линейной передачей энергии (ЛПЭ) в воде 3,5 кэв/мкм. При этом предполагается, что именно вода, которая составляет основ ную массу клеток живых организмов, может имитировать веще ство клетки при поглощении энергии излучения.
Другие виды излучения с различной энергией имеют другие значения средней ЛПЭ.
Предполагается, что радиобиологическая разнокачественность излучений может быть приближенно сведена к различиям
139
их средних ЛПЭ. Поэтому введем особый коэффициент, который носит название коэффициента качества излучения. Он опреде ляется как отношение средних линейных передач энергии для данного и образцового излучений
Кк = ± - , |
(5.2) |
где Li, L0— средняя ЛПЭ для данного и образцового |
излуче |
ний соответственно. |
|
Это допущение по крайней мере справедливо для ’первичной стадии биологического действия излучения, так как первичное
|
|
|
действие пропорционально созда |
|||||||
|
|
|
ваемой в ткани ионизации и свя |
|||||||
|
|
|
занной с этим процессом погло |
|||||||
|
|
|
щения энергии излучения. |
что |
||||||
|
|
|
Далее |
|
предполагается, |
|||||
|
|
|
между поглощенной дозой D и |
|||||||
|
|
|
радиобиологическим эффектом 6 |
|||||||
|
|
|
имеется |
прямая |
пропорциональ |
|||||
|
|
|
ная |
зависимость |
(весьма услов |
|||||
|
|
|
ное упрощающее допущение). |
|||||||
|
|
|
Допустим, |
что |
зависимость |
8 |
||||
|
|
|
от D для образцового и данного |
|||||||
|
|
|
вида |
излучений |
|
изображается |
||||
|
|
|
графически двумя прямыми, по |
|||||||
|
|
|
казанными на рис. 5.1. Пусть |
|||||||
|
|
|
имеется |
некоторая |
поглощенная |
|||||
ги ч е ск о го |
эф ф ек та |
о т п о гл о щ е н н о й доза данного вида |
излучения D{. |
|||||||
д о з ы д л я о б р а з ц о в о г о ( / ) и д а н |
Этой |
дозе |
соответствует опреде |
|||||||
н о го |
(2 ) ви д а |
и зл учен и я . |
||||||||
ленный радиобиологический |
эф |
|||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
фект |
Si, |
вызванный данным |
ви |
дом излучения. Той же дозе Du но образцового излучения, соответствует другой радиобиологический эффект 80 . По ука занному графику можно установить, что тот же радиобиологи ческий эффект Si вызывается дозой образцового излучения, равной D0.
Исходя из подобия треугольников, можно определить, что между указанными дозами и радиобиологическими эффектами
имеется следующая зависимость: |
|
|
Pi _ _£о_ |
(5.3) |
|
£0 |
Si |
’ |
откуда |
|
|
£0 |
Di |
(5.4) |
' |
Теперь введем еще ряд новых понятий.
Относительной биологической эффективностью (ОБЭ) назы вается число, которое показывает, во сколько раз радиобиологи
ческий эффект данного вида излучения больше радиобиологи ческого эффекта образцового излучения при одной и той же заданной поглощенной дозе. Предполагается, что условной мерой ОБЭ данного вида излучения, т. е. отношение <§,/<§ о, может служить коэффициент качества излучения:
= |
(5-5) |
«<?о
Эквивалентной дозой называется такая поглощенная доза образцового излучения, которая вызывает тот же радиобиоло гический эффект, что и поглощенная доза данного вида излу чения. Доза D0 в формуле (5.4) как раз и имеет смысл экви валентной дозы данного вида излучения. Таким образом, из со отношений (5.4) и (5.5) получаем
Я 9кв = /> 0 = а д . |
( 5 ' 6 ) |
В качестве единицы измерения эквивалентной дозы прини мается биологический эквивалент рада (бэр).
1 бэр — поглощенная доза любого вида излучения, которая вызывает такой же биологический эффект, как и 1 рад образ
цового излучения. Поэтому формулу (5.6) |
можно записать |
в виде |
|
Яэкв \бэР\ = В Д [рад]. |
(5.7) |
Эта формула, как видно, и позволяет осуществлять переход от физической к биологической дозиметрии.
Измеряется сначала физическая поглощенная доза в радах, и затем по формуле (5.7) рассчитывается биологическая, экви
валентная доза в бэрах.
Если биологический объект подвергается смешанному облу чению, то
Da |
П |
(5.8) |
.{D h |
т. е. производится суммирование всех эквивалентных доз каж дого вида излучения, входящего в состав смешанного.
При оценке действия излучения произвольного состава на человека также пользуются термином «эквивалентная доза», которая определяется выражением
(5-9)
( = i
где Kp,i — коэффициент, учитывающий влияние неоднородности распределения радиоактивных изотопов, инкорпорированных в различные органы и ткани, на их биологическую (в основном канцерогенную) эффективность.
141
В табл. 5.1 приведены приближенные значения коэффициен тов качества для различных видов излучения. Более точные коэффициенты качества приводятся в справочной литературе по дозиметрии. На практике при грубой оценке эквивалентной дозы хронического облучения человека пользуются значениями
коэффициентов |
качества |
излучения, |
приведенными в табл. 5.2. |
|||
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5.1 |
|
К оэф ф и ц и ен т к а ч е ст в а |
и зл уч ен и я |
дл я р а зл и ч н ы х в и д ов |
||||
|
и зл учен ий |
(п р и б л и ж е н н ы е |
зн а ч е н и я ) |
' |
||
|
Излучения |
|
|
Средняя ЛПЭ, |
Коэффициент |
|
|
|
|
|
в воде, |
качества |
|
|
|
|
|
|
кэв/мкм |
|
Ф отон ы , |
эл ек тр он ы и |
п ози трон ы |
|
< 3 , 5 |
1 |
|
Т я ж ел ы е |
и они зирую щ ие |
частицы |
|
< 3 , 5 |
1 |
|
|
|
|
|
|
3 , 5 — 7 ,0 |
1— 2 |
|
|
|
|
|
7 ,0 — 23 |
2— 5 |
|
|
|
|
|
2 3 — 53 |
5— 10 |
|
|
|
|
|
53 — 175 |
10— 20 |
Доза излучения в общем случае является функцией коорди |
||||||
нат пространства и времени D = f(x, |
у, |
2, t). Для данной точки |
пространства доза D есть в общем случае функция времени. Введем понятие мощности дозы излучения в данной точке
пространства в данный момент времени: |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Р = — , |
|
|
|
(5.10) |
||
|
|
|
|
d t |
|
|
|
|
|
т. е. мощность дозы |
излучения, |
есть |
производная |
дозы |
по |
||||
времени. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
5.2 |
||
К оэф ф и ц и ен т к а ч е ст в а |
р а зл и ч н ы х |
в и д о в |
и о н и з и р у ю щ и х |
и зл учен и й |
|
||||
|
|
при х р о н и ч е ск о м об л у ч ен и и |
в с е г о тел а |
|
|
|
|||
Излучение |
Коэффи |
|
Излучение |
|
Коэффи |
||||
циент ка |
|
|
циент ка |
||||||
|
|
|
чества |
|
|
|
|
чества |
|
Р ен тген овск ое |
|
1 |
Н ей троны |
теп л овы е |
|
3 |
|
||
Гамма |
|
|
1 |
Н ейтроны |
с эн ер ги ей 5 |
кэв |
2 ,5 |
|
|
Э лектроны |
и |
позитроны |
1 |
|
|
20 кэв |
5 |
|
|
Б ета |
|
|
1 |
|
|
100 кэв |
8 |
|
|
А л ьф а ( £ < 1 0 |
М эе ) |
10 |
|
|
5 0 0 |
кэв |
10 |
|
|
П ротон ы ( £ < 1 0 М эе ) |
10 |
|
|
1 |
М э е |
1 0 ,5 |
|
||
Т я ж ел ы е |
ядра |
отдачи |
20 |
|
|
5 |
М эе |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
М э е |
6 ,5 |
|
142