Радиоактивность. Понятия. Соотношение единиц измерения

Радиоактивность. Понятия. Соотношение единиц измерения.

Понятия и определения

Радиоактивность - неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения - радиацией.

Источниками ионизирующего излучения в быту могут быть материалы стен из бетона в связи с загрязнением сырья идущего на их изготовления, красный кирпич, гранит и природный облицовочный камень. Эти материалы часто имеют высокое содержание природных радионуклидов. Кроме того, источником радиации могут быть любые покрытия и поверхности, на которые радиоактивные частицы могли быть нанесены искусственно.

Воздействие радиации на человека называют облучением. Причиной воздействия является передача энергии излучения клеткам организма. Облучение вызывает нарушение обмена веществ, лейкоз и злокачественные опухоли, изменение структуры клеток, лучевое бесплодие, лучевую катаракту, лучевой ожог, лучевую болезнь.

Последствия облучения сильнее сказываются на делящихся клетках, в связи с чем для детей облучение гораздо опаснее, чем для взрослых.

По современным нормам максимально допустимым уровнем радиации в помещении является превышение над уровнем фона на открытой местности не более чем на 0,20 мкЗв/ч (200 нЗв/ч). Если мощность эффективной дозы гамма-излучения в помещениях превышает мощность дозы на открытой местности более чем на 200 нЗв/ч, то необходимо проведение защитных мероприятий.

Откуда взялось такое мнение? Ну, во-первых, сейчас ни для кого не секрет, что существует естественный радиационный фон и это такая же составная и неотъемлемая часть природы, как воздух, вода и солнечный свет. Жить без него нельзя. Вернее, можно, но мыши, изолированные от всякого фонового воздействия, чувствуют себя гораздо хуже своих вольных собратьев. То есть для организма воздействие естественного радиационного фона – это что-то вроде «халявной» энергетической подпитки. Кратковременное и однократное увеличение фона стимулирует многие процессы отвечающие за функционирование иммунитета и обновление клеток. Еще есть версия, что в далекой древности фон был многократно выше и, за счет мутагенного воздействия, образовалось множество разных тварей земных. Потом фон резко упал и за последние десять тысяч лет ни одного нового зайца или березы у Матушки Природы создать не получилось. Примерно так.

Есть у этой теории и ярые противники и их гораздо больше, чем сторонников. Противники эти придерживаются концепции линейного беспорогового эффекта радиации (ЛБЭ), согласно которой безвредных доз нет, вредны любые, но по-разному. Есть лимит установленный природой, а все, что свыше – уже лишнее, а значит – вредное. Разработал концепцию шведский физик Зиверт, он же придумал эффективную эквивалентную дозу, за что и был увековечен в качестве ее единицы.

Откуда берется радиационный фон? Прежде всего, общий фон надо разделять на естественный природный и неестественный техногенный. Техногенный, понятно, фабрики, заводы, Чернобыль, и телевизор в каждом доме. Плюс ежегодная флюорография.

В свою очередь, источниками радиации определяющими природный фон являются, как это не банально звучит – небо и земля. Из космоса на нас летят все мыслимые и не мыслимые виды излучения, способные испепелить на своем пути все живое. Однако, фильтруясь через атмосферу (особенно через многострадальный озоновый слой), на землю попадает, то что попадает и никакого воздействия мы не чувствуем. От земли навстречу неустанно поднимается газ радон, продукт распада радиоактивных элементов. Элементы эти в разных количествах есть под всей поверхностью земли и радон выделяется везде и постоянно – и в Антарктиде под пингвинами, и в Африке под пигмеями, и прямо сейчас у нас из подвала. Поэтому в душных подвальных помещениях радиационный фон всегда выше, чем на чердаке.

Поскольку радиация не пахнет, ее присутствие приходится определять и измерять с помощью разнообразной дозиметрической аппаратуры. Некоторые индивидуумы иногда заявляют, что чувствуют изменения в своем организме даже при малейшем и кратковременном изменении радиационного фона, например, после ортопантомографии. Можно с уверенностью сказать, что это никакая не сверхчувствительность, а просто истерика или вранье. В Хирасиме – там, конечно да, все резко почувствовали, а тут – не тот случай.

Для измерения мощности излучения и полученной дозы существует много разных единиц, но население наше между собой эти единицы, как правило, не различает и все, что связано с излучением меряют в «рентгенах». Рентгены у нас излучают, получают, их хватают, они летают, образуются и накапливаются. Сразу следует сказать, что рентген сейчас считается единицей внесистемной и вместо него официально используется «Кулон на килограмм» – Кл/кг. Однако Кулон, из-за некруглости своей, единица очень неудобная и поэтому, для разного рода расчетов до сих пор допускается использование единицы рентгена. В общем, рентген – это такое количество излучения, при воздействии которого в 1 кубическом сантиметре воздуха образуется 2,08х109 пар ионов. И все. Остальное – не рентген.

В рентгенах измеряют количество генерированного излучения или экспозиционную дозу. То есть, это количество энергии, которое, можно сказать, в вашу сторону вылетело, и должно упасть, если ничем не предохраняться. То, что упало и осталось в организме, называется поглощенной дозой и измеряется в Греях. Грей – это 1 джоуль энергии на 1 кг живого веса. По старому 1 Гр равен 100 рад (Radiation Absorbed Dose) и получается он при воздействии экспозиционной дозы в 100 рентген. Однако, рад, как и бэр (биологический эквивалент рентгена) – тоже единицы внесистемные и сейчас не используются. Вместо них используется Зиверт. Что такое Зиверт? Вот если на Вас (не дай Бог, конечно!) упал 1 Грей лучистой энергии, то, проникая во внутрь ткани, луч ослабляется за счет тканевого поглощения. В результате, грубо говоря, от целого упавшего на кожу джоуля на килограмм, с учетом коэффициента тканевого ослабления, остается 0,85. Но уже внутри, в тканях – это и есть Зиверт. Доза, измеряемая в Зивертах, называется эквивалентной, то есть соответствующей определенному виду излучения (α, β, γ, X-R). Однако, для рентгеновского излучения поглощенная и эквивалентная дозы считаются равными. Поступившая в ткани энергия проделывает определенную работу и способна вызвать в организме какой-либо эффект. Для оценки возможных эффектов, как скорых, так и вероятных отдаленных (стохастических) используют понятие – эффективная эквивалентная доза. Определяется она из расчета воздействия на весь организм путем нахождения среднего числа от эквивалентных доз, полученных 12-тью самыми проблемными местами организма. Этими «местами» являются: половые железы, молочные и щитовидная железы, красный костный мозг, легкие, надпочечники, поверхность ближайшей костной ткани и еще 5 наиболее подверженных воздействию участков при данном виде исследования. В нашем случае это язык, глаз, слюнные железы, хрусталик и гипофиз.

Так что же, все-таки такое 1 Зиверт? Это такая эффективная эквивалентная доза, которая получается при поглощенной дозе в 1 Грей. А что такое 1 Грей – много или мало? Если поставить 100 нормальных здоровых мужиков и каждому одномоментно раздать по Грею, то велика вероятность того, что половина из них заболеет лучевой болезнью. Иначе говоря, поглощенная доза в 1 Гр в 50% случаев вызывает развитие лучевой болезни в различных ее проявлениях. Излечение при такой дозе происходит самопроизвольно. Абсолютно смертельная доза для человека – 6 Гр. Поэтому Грей, или то же самое Зиверт – это очень большая доза. Если не участвовать в ликвидации радиационных катастроф, не подвергаться лучевой терапии по поводу опухоли и не пытаться создать в сарае атомную бомбу – такую дозу вряд ли можно где-то просто так получить. Поэтому более широкое применение находят меньшие единицы.

Разделив 1 Зиверт на 1000 мы получаем милизиверт. То есть 1 мЗв – это одна тысячная Зиверта. Опять же, сколько это – 1 милизиверт?

Если убрать техногенный фон и забраться в самый экологически чистый район, где не делают флюорографию, не смердят кочегарки и не добывают уран – естественный фон там будет примерно 0,5-1,0 милизиверт в год (1 мЗв). Предельно допустимой для жизнедеятельности человека величиной фона считается 5 мЗв в год. Если брать планету в целом, то средний естественный фон составляет 2 мЗв. Однако, «средняя температура по больнице» – совсем не означает, что во всех палатах одинаково прохладно. В Чернобльской зоне, в одном из многочисленных Боливийских Сан-Паулу и кое-где на юге Африки фон перехлестывает все мыслимые границы и – ничего, люди живут. Короче – 1 милизиверт в год – это такая доза, которая считается абсолютно безопасной при добавлении ее к среднему естественному фону, и именно столько отпущено нам на год для проведения рентгенографии, согласно САНПИНу и НРБ. Но, милизиверт, опять же, величина достаточно крупная. Например, обычная пленочная флюорография обеспечивает дозу около 0,5-0,8 милизиверта. Поэтому, делим милизиверт еще на тысячу. Получаем – микрозиверт.

Микрозиверт – 1 мкЗв – это одна тысячная милизиверта или одна миллионная Зиверта. То есть, пленочная флюорограмма равна 500-800 мкЗв, а цифровая 60 мкЗв. Компьютерная томограма черепа, сделанная на пошаговом томографе обеспечивает 1000-15000 мкЗв, на современном спиральном – 400-500 мкЗв, а на челюстно-лицевом томографе с плоскостным сенсором, типа PICASSO или ACCUITOMO – 45-60 мкЗв. Почувствуйте разницу.

Ну, и, наконец, где можно получить дозу в 1 мкЗв? Если открыть «Taschenatlas der Zahnarztlichen Radiologie» Фридриха Паслера и Хайке Виссер, больше известную у нас в русском переводе как «Рентгенодиагностика в практике стоматолога», то где-то в середине книги можно найти информацию, что серия из 20 внутриротовых снимков, выполненных с помощью визиографа и современного рентгенодиагностического аппарата с круглым тубусом, обеспечивают эффективную эквивалентную дозу 21,7 мкЗв. Данные официально опубликованы в Германии в 2000 г. То есть, по немецким расчетам, один внутриротовой снимок зуба как раз и соответствует примерно одному микрозиверту.

Теперь - сводная информация о единицах измерения, связанных с радиоактивностью.

Зиверт

Зиверт (Зв) - единица эквивалентной и эффективной эквивалентной доз в системе СИ. 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой произведение величины поглощённой дозы в Грэях (в биологической ткани) на коэффициент W будет равно 1 Дж/кг. Иными словами, это такая поглощённая доза, при которой в 1 кг вещества выделяется энергия в 1 Дж. В общем случае: 1 Зв = 1 Гр*W = 1 Дж/кг*W = 100 рад*W = 100 бэр

При W=1 (для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов) 1 Зв соответствует поглощённой дозе в 1 Гр: 1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 100 бэр.

Пример. Если в каком-либо месте зафиксирован фон (от гамма-излучения) в 25 мкР/час, то за 1 час пребывания в этом месте человек получит эквивалентную дозу (ЭД) в 0,25 мкЗв. За неделю соответственно: ЭД = 25 мкР/час * 168 час = 4200 мкбэр = 0,042 мЗв, а за год: ЭД = 25 мкР/час* 8760 час = 219000 мкбэр = 2,19 мЗв. Но если такая же поглощённая доза будет создана α-излучением (например, при внутреннем облучении), то с учётом коэффициента качества (20) эквивалентная доза за 1 час составит: ЭД = 25 мкР/час * 20 * 1 час = 5 мкЗв, т.е. она будет эквивалентна поглощённой дозе от рентгеновского, гамма-, бета-излучений, в 500 мкрад (5 мкГр).

Беккерель (Бк, Bq)

Единица активности нуклида в радиоактивном источнике (в системе СИ). Один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида.

Грей (Гр, Gy)

Единица поглощенной дозы в системе СИ. Представляет собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма. 1 Гр = 1Дж/кг

внесистемные единицы радиокативности

Кюри (Ки, Cu)

Единица активности изотопа.

1 Ки = 3.7*1010Бк
1 Бк = 1 распада/с
1 Бк=2.7*10-11Ки

рад (рад, rad)

Единица поглощенной дозы излучения D.

1 рад = 0,01 = Гр10-2 Гр
1 Гр=1 Дж/кг

бэр (бэр, rem)

Единица эквивалентной дозы H

1 бэр = 0,01 Зв
1 Зв=100 бэр

Рентген (Р, R), Кулон на килограмм (Кл/кг, C/kg)

Экспозиционная доза, X

1 Р=2.58*10-4 Кл/кг (C/kg)
1 Кл/кг=3.88*103 Р

Рад-грамм (рад*г, rad*g), Грей-кг (Гр*кг, Gy*kg)

Интегральная доза излучения

1 рад*г=10-5 Гр*кг
1 Гр*кг=105 рад*г