РАДИАЦИЯ (термины и определения)

Радиоактивный распад — это процессе самопроизвольного превращения неустойчивых ядер в другие ядра (в конечном итоге, стабильные).

Рис. 3. Радиоактивный распад урана-238

Радиация — излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн. При превращениях (распадах) радиоактивных ядер возникают различные виды излучения: альфа-, бета-, гамма-излучение, рентгеновское излучение, нейтроны, тяжелые ионы. При взаимодействии с веществом энергия излучения передается атомам и молекулам, превращая их в заряженные частицы — ионы. В результате ионизации разрываются химические связи молекул, составляющих живые организмы, и тем самым вызываются биологически важные (соматические и генетические) изменения. Процесс радиоактивного распада происходит с постоянной относительной скоростью, присущей данному виду радиоактивных ядер (радионуклидов). Время, за которое распадается в среднем половина имеющихся радионуклидов, называется ПЕРИОДОМ ПОЛУРАСПАДА (T1/2). Хотя все радионуклиды нестабильны, одни из них более нестабильны, чем другие. Например, протактиний-234 распадается почти моментально (T1/2=1,17 минуты), а уран-238 — очень медленно (4,47 млрд. лет). На рис. 3 представлен радиоактивный распад ядер урана-238. Количество распадающихся радионуклидов в веществе определяют термином АКТИВНОСТЬ. Единицы измерения активности радиоактивных веществ — кюри (Ки) и беккерель (Бк). Численному значению активности 1 Ки приблизительно соответствует активность 1 г радия в равновесии с продуктами его распада. За масштаб единицы 1 Бк принят 1 распад в секунду. Между единицами активности существует взаимосвязь: 1 Ки = 37 млрд. Бк, 1 Бк=1 расп./с.

Понятие активности ничего не говорит о виде радиоактивного излучения или о величине его энергии, а указывает лишь число атомов, распадающихся в секунду. Более того, одинаковая активность различных радиоактивных веществ не подразумевает одну и ту же степень поражения биологических тканей. Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Количественную характеристику излучения, обычно называемую ДОЗОЙ, измеряют в величинах энергии, поглощенной тканями организма.

ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА — количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого вещества. Единицы измерения поглощенной дозы — грей (Гр) и рад. 1 рад=100 эрг/г, 1 Гр=1 Дж/кг, 1 Гр=100 рад. Существует также количественная характеристика поля ионизирующего излучения, основанная на величине ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении. Единицей измерения является рентген (Р). Доза 1 Р соответствует примерно 1 млрд. пар ионов в 1 см3 воздуха. Доза 1 Р накапливается за 1 ч на расстоянии 1 м от источника радия массой 1 г, т. е. активностью примерно 1 Ки.

В последнее время в соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) основными дозиметрическими величинами поглощенной и эквивалентной дозы являются Грей и Зиверт, соответственно. В данной публикации мы воспользуемся специальными единицами рад и бэр, которые ранее широко использовались, более привычны и часто применяются на практике в настоящее время.

Отдельные виды излучений отличаются друг от друга различной способностью повреждать ткани организма. Равные поглощенные дозы не обязательно должны вызывать одинаковые биологические эффекты. Обычно при одинаковой величине поглощенной дозы рентгеновские лучи, гамма- и бета-излучение вызывают меньшие повреждения по сравнению с потоками ионов. Нейтронное излучение занимает промежуточное положение. Поэтому при одной и той же поглощенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Для количественной оценки этого влияния вводится "переводной" коэффициент ОТНОСИТЕЛЬНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ОБЭ) или КОЭФФИЦИЕНТ КАЧЕСТВА (КК) излучения.

ОБЭ или КК какого-либо излучения — численный коэффициент, который устанавливает некий эквивалент между различными видами излучений и равен отношению поглощенной дозы эталонного излучения (принято рентгеновское излучение с энергией 180—250 кэВ), вызывающей определенный радиобиологический эффект, к дозе рассматриваемого излучения, вызывающей тот же биологический эффект. Поэтому мерой биологического воздействия каждого вида радиационного облучения служит ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА, которая определяется как поглощенная доза, умноженная на коэффициент качества. Коэффициент качества ионизирующего излучения равен 1 для рентгеновского, бета- и -гамма-излучения, 3—10 — для протонов и быстрых нейтронов, 20 — для альфа-частиц. Единицами измерения эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада) и зиверт (Зв). 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского, гамма- и бета излучения), 1 Зв = 100 бэр, 1 бэр = 10 мЗв. 1 бэр = 103 мбэр = 106 мкбэр.

Рис. 4. Показаны органы человека и коэффициенты их радиационного риска
(12% красный костный мозг, 3% кости, 15% молочная железа, 12% легкие,
25% гонады, 6% прочие)

Рис. 4. Коэффициенты радиационного риска для разных органов человека при равномерном облучении (1,00 — организм в целом).

Органы и ткани человека имеют разную чувствительность к облучению. Наиболее уязвимы красный костный мозг, гонады, легкие. Менее восприимчивы печень, щитовидная железа, мышцы и другие внутренние органы. Например, при одинаковой дозе облучения возникновение заболевания легких более вероятно, чем щитовидной железы, а облучение гонад опасно из-за возможности генетических повреждений. (Рис. 4). Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами, так называемыми коэффициентами радиационного риска для различных органов и тканей. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав их по всем органам и тканям, получим ЭФФЕКТИВНУЮ ЭКВИВАЛЕНТНУЮ ДОЗУ, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах или бэрах. Эти понятия описывают индивидуальные дозы облучения. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, получают КОЛЛЕКТИВНУЮ ЭФФЕКТИВНУЮ ЭКВИВАЛЕНТНУЮ ДОЗУ, которая измеряется в человеко-бэрах (чел-бэр) или человеко-зивертах (чел-Зв).

Рис. 5. Нарисована полутабличка с иллюстрациями - источник-активность-кюри,
поле-эксп.доза-рентген, облучение: неживых - погл.доза-грей/рад, живых -
эквив.доза-зиверт/бэр

Рис. 5. Связь понятий поля, дозы, радиобиологического эффекта и единиц их измерений

Поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и останутся радиоактивными и в отдаленном будущем, существует еще одно определение.

Ожидаемая (полная) коллективная эффективная эквивалентная доза — это коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования.

На рис. 5 проиллюстрирована связь понятий поля, дозы и радиобиологического эффекта и единиц их измерения.