СВЯЗЬ МЕЖДУ ВЕЛИЧИНАМИ.

Связи между величинами, характеризующими поле излучения (плотность потока єнергии φ или частиц φ_N) и величинами, характеризующими взаимодействие излучения со средой (доза, мощность дозы) можно установить, введя понятие массового коэффициента передачи энергии μ_nm. Его можно определить как долю энергии излучения, переданную веществу при прохождении защиты единичной массовой толщины (1 г/см² или 1 кг/м²). В том случае, если на защиту падает излучение с плотностью потока энергии φ, произведение φ · μ_nm даст энергию, переданную единице массы вещества в единицу времени, что есть ничто иное как мощность поглощенной дозы:

 

P = φ · μ_nm (23)

 

P = φ_γ · E_γ · μ_nm (24)

 

 

Чтобы перейти к мощности экспозиционной дозы, которая равна заряду, образованному гамма-излучением в единице массы воздуха за единицу времени, необходимо энергию, рассчитанную по формуле (24) разделить на среднюю энергию образования одной пары ионов в воздухе . и умножить на заряд одного иона, равный заряду электрона qe. При этом необходимо использовать массовый коэффициент передачи энергии для воздуха.

 

P₀ = φ_γ · E_γ · μ_nm (25)

 

Зная связь между плотностью потока гамма-излучения и мощностью экспозиционной дозы, можно рассчитать последнюю от точечного источника известной активности.

Зная активность А и число фотонов на 1 акт распада n_i , получаем, что в единицу времени источник испускает n_i · A фотонов в угле 4π .

Чтобы получить плотность потока на расстоянии R от источника, необходимо разделить общее число частиц на площадь сферы радиуса R:

 

φ_γ = (26)

 

Подставив полученное значение φ_γ в формулу (25) получаем

 

P_O = (27)

 

Сведем величины, определяемые по справочным данным для данного радионуклида в один коэффициент K_γ – гамма постоянную:

 

Kγ = (28)

 

В итоге получаем расчетную формулу

 

P_O = Kγ (29)

 

При расчете во внесистемных единицах, величины имеют следующие размерности: Р_О – Р/ч; А – мКи; R – см; Kγ – (Р · см²)/(мКи · ч);

в системе СИ: Р_О – А/кг; А – Бк; R – м; Kγ – (А · м²)/(кг · Бк).

Соотношение между единицами гамма-постоянной

 

1 (A · м²)/(кг · Бк) = 5,157 · 10¹⁸ (Р · см²)/(ч · мКи)

 

Формула (29) имеет очень большое значение в дозиметрии (как, например, формула закона Ома в электротехнике и электронике) и поэтому должна быть запомнена наизусть. Значения Kγ для каждого радионуклида находится в справочнике. Для примера приведем их значения для нуклидов, используемых в качестве контрольных источников дозиметрических приборов:

для ⁶⁰Со Kγ = 13 (Р · см²)/(ч · мКи);

для ¹³⁷С Kγ = 3,1 (Р · см²)/(ч · мКи).

Приведенные соотношения между единицами активности и мощности дозы позволили для гамма-излучателей ввести такие единицы активности как керма-эквивалент и радиевый гамма-эквивалент.

Керма-эквивалент это такое количество радиоактивного вещества, которое на расстоянии 1 м создает мощность кермы в воздухе 1нГр/c. Единица измерения керма-эквивалента 1нГрּм²/с.

Используя соотношение, по которому в воздухе 1Гр=88Р, можно записать 1нГрּм²/с=0,316 мРּм²/час

Таким образом керма-эквивалент 1нГрּм²/с создает на расстоянии 1 м мощность экспозиционной дозы 0,316 мР/час.

В качестве единицы радиевого гамма-эквивалента используется такое количество активности, которая создает ту же мощность дозы гамма-излучения, что и 1 мг радия. Поскольку, гамма-постоянная радия 8,4 (Рּсм²)/(часּмKu), то 1 мг-экв радия создает на расстоянии 1 м мощность дозы 8,4 Р/час.

Переход от активности вещества А в мKu к активности в мг-экв радия М осуществляется по формуле:

(30)

Соотношение единиц керма-эквивалента с радиевым гамма-эквивалентом

1 мг-экв Ra = 2,66ּ10⁴ нГрּм²/с

Следует отметить также, что переход от экспозиционной дозы к эквивалентной дозе и затем к эффективной дозе гамма-излучения при внешнем облучении достаточно труден, т.к. на этот переход влияет то обстоятельство, что жизненно-важные органы при внешнем облучении экранируются другими частями тела. Это степень экранирования зависит как от энергии излучения, так и его геометрии – с какой стороны облучается организм – спереди, сзади, сбоку или изотропно. В настоящее время НРБУ-97 рекомендуют использовать переход 1Р=0,64 сЗв, однако это приводит к занижению учитываемых доз и, очевидно, предстоит разработка соответствующих инструкций для таких переходов.

В заключение лекции необходимо еще раз вернуться к вопросу – почему для измерения доз ионизирующего излучения используются пять различных величин и соответственно, десять единиц измерения. К ним, соответственно, добавляется шесть единиц измерения.

Причина сложившейся ситуации в том, что различные физические величины описывают различные проявления ионизирующих излучений и служит для различных целей.

Обобщающим критерием для оценки опасности излучений для человека служит эффективная эквивалентная доза и ее мощность дозы. Именно она используется при нормировании облучения Нормами радиационной безопасности Украины (НРБУ-97). По этим нормам предел дозы для персонала атомных станций и учреждений, работающих с источниками ионизирующих излучений составляет 20 мЗв/год. Для всего населения – 1 мЗв/год. Эквивалентная доза используется для оценки воздействия излучения на отдельные органы. Оба этих понятия используются при нормальной радиационной обстановки и при небольших авариях, когда дозы не превышают пяти допустимых годовых пределов дозы. Кроме того поглощенная доза используется для оценки воздействия излучения на вещество, а экспозиционная доза – для объективной оценки поля гамма-излучения.

Таким образом в отсутствии крупных ядерных аварий для оцеки радиационной обстановки можно рекомендовать единицу дозы – мЗв, единицу мощности дозы мкЗв/час, единицу активности – Беккерель (или внесистемные бэр, бэр/час и мKu).

В приложениях к данной лекции даны соотношения, которые могут быть полезны для ориентирования в данной проблеме.

 

 

Рекомендуемая литература.

1. Нормы радиационной безопасности Украины (НРБУ-97).
2. В. И. Иванов Курс дозиметрии. М., Энергоатомиздат, 1988.
3. И. В. Савченко Теоретические основы дозиметрии. ВМФ, 1985.
4. В. П. Машкович Защита от ионизирующих излучений. М., Энергоатомиздат, 1982.

 

 

Приложение № 1