Л.В. Мисун, И.Н. Мисун, В.М. Грищук
Инженерная экология в АПК
пособие / под ред. проф. Л.В. Мисуна. – Мн.: БГАТУ, 2007. – 302с.
Предыдущая |
Содержание статьи:
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 |
Предыдущая |