С. Операционные величины.

Дозиметрический прибор призван моделировать воздействие радиационного поля на определенный орган или ткань человека. Поэтому определение операционных величин основано на понятии «эквивалент дозы» (dose equivalent). Последний, в отличие от «эквивалентной дозы в органе или ткани», относится к точке внутри облучаемого объекта. При этом для учета вида излучения применяют коэффициент качества излучения к. Коэффициент качества - это такая характеристика излучения, которая имеет одно и то же значение для различных видов ионизирующих излучений, если при одинаковых условиях облучения данного объекта и одинаковой дозе наблюдается один и тот же радиационный эффект. В качестве образцового излучения принимают у-излучение с верхней границей 200 кэВ (к = 1), но обычно полагают к = 1 для у-квантов любых энергий. Следовательно, эквивалент дозы H = kD, где D - доза, поглощенная в органе или ткани. Значение к для рентгеновского, у- и /2-излучений равно 1, для быстрых нейтронов к = 10, для а-частиц 20 и т. д. в соответствии с табл. 1.

Поскольку эквивалентная доза изменяется с глубиной, чтобы стандартизировать ее, ввели понятие амбиентного эквивалента дозы H*(d). По определению амбиентный эквивалент дозы - это эквивалентная доза, которая была бы создана соответствующим направленным однородным полем ионизирующего излучения в шаре МКРЕ (Международный комитет по радиационным единицам) на глубине по радиусу, параллельному направлению излучения. Единицей эквивалентной дозы служит зыверт (Зв), численно равный дозе, при которой произведение поглощенной в биологическом эквиваленте ткани дозы на коэффициент качества ионизирующего излучения к равно 1 Дж/кг. В качестве базы сравнения при оценке эквивалентной дозы используют дозу рентгеновского или у-излучения, поглощенную в биологическом эквиваленте ткани (БЭТ) стандартного состава: 76,2 % кислорода, 11,1 % углерода, 10,1 % водорода, 2,6 % азота. Значение к для рентгеновского, у- и Д-излучений равно 1, для быстрых нейтронов к = 10, для а-частиц 20 и т. д. Следовательно, эквивалентная доза является биофизической величиной и значение дозы не может быть непосредственно измерено, а только смоделировано.

На рис. 7.2 приведена зависимость отношения амбиентного эквивалента дозы Н к экспозиционной дозе X от энергии у-излучения. Из этого рисунка видно, что для энергий менее 200 кэВ это различие может быть значительным.

Рис. 7.2. Зависимость отношения амбиентного эквивалента дозы Нк экспозиционной дозе X от энергии у-излучения Е

В радиоэкологии загрязненность территорий естественными или техногенными радионуклидами характеризуют также их содержаниями в исследуемой среде. Значения содержаний выражают либо в единицах массовых долей, либо в единицах удельных активностей.

Для интегральной характеристики степени воздействия ионизирующего излучения естественных радионуклидов используют величину удельная эффективная активность, А_эфф, которую выражают в единицах Бк/кг и подсчитывают по формуле

или

где ^4 (Ra), А (Th) и А (К) - удельные активности ²²⁶Ra, ^2j2Th и ⁴⁰К, Бк/кг;

Л АА А А Л/

Я и, Яти ~ массовые доли U и ““Th в 10 °, а q_K- массовая доля калия в

процентах. Формулу (7.5) легко получить из (7.4), если использовать следующие значения эквивалентов массовых долей удельных активно- стей урана, тория и калия: а и = 12,35 Бк/кг ““’Ra, а_Ть ~ 4,06 Бк/кг Th, «_к = 313 Бк/кг ⁴⁰К. Значением А_эф_ф, в частности, характеризуют степень пригодности строительных материалов для нужд гражданского и промышленного строительства.

По существу, если естественные радионуклиды распределены равномерно в большой массе радиоактивного материала, то значение А_Эфф пропорционально мощности дозы, создаваемой этим материалом, поскольку коэффициенты в (7.4) подобраны из расчета, чтобы значение мощности экспозиционной дозы на высоте 1 м от поверхности полупространства с равномерно распределенными в нем EPH, X, было пропорционально значению Д_Эфф. В этом нетрудно убедиться, если записать формулу (7.5) в виде

и воспользоваться средними значениями эквивалентов массовых долей урана, тория и калия по мощности экспозиционной дозы, которые соответственно равны 0,65 мкР/ч на 1О^⁴ % равновесного урана, 0,29 мкР/ч на 10^% равновесного тория, 1,5 мкР/ч на 1% природного калия. При этом для вычисления X имеем:

Из сопоставления (7.6) и (7.7) видно, что с учетом погрешности определения эквивалентов массовых долей ЕРН по мощности дозы

Для оценки воздействия на организм радона и его продуктов распада в качестве операционной используют величину эквивалентная равновесная объемная активность радона - ЭРОА. Это связано со следующими обстоятельствами.

Как было отмечено ранее, среди короткоживущих продуктов распада ²²²Rn (RaA, RaB, RaC и RaC’), есть как «-излучатели (RaA, RaC’), так и ss- и ^-излучатели (RaB и RaC). Образовавшиеся продукты распада радона легко адсорбируются различными поверхностями или аэрозольными частицами, но небольшая их часть (10-20 %) всегда находится в воздухе в виде элементарных ионов или свободных весьма подвижных атомов. Средняя продолжительность жизни свободных атомов определяется концентрацией и дисперсностью аэрозольных частиц и колеблется от 9 до 45 с. При этом в свободном виде могут существовать в основном атомы ЯаА, на долю которых приходится до 90 % общего количества свободных атомов или ионов, и лишь небольшая часть (примерно 10 %) атомов ЯаВ. Вследствие этих причин, между концентрацией (объемной активностью) Яп в воздухе и его короткоживущими продуктами распада практически всегда наблюдается нарушение радиоактивного равновесия, которое следует учитывать при оценке дозовой нагрузки от внутреннего облучения. Поскольку же внутреннее облучение и соответственно поглощенная доза зависят главным образом от поглощенной энергии «-излучения, источниками которого являются короткоживущие продукты распада ~Яп, то для ее оценки следует знать поступление в органы дыхания ЯаА, ЯаВ, ЯаС и ЯаС Однако в раздельном их определении нет необходимости, если оценку загрязнения воздушной среды выражать в единицах «скрытой энергии» «-излучения, понимая под этим суммарную энергию «-излучения, которая выделилась бы при полном распаде всех содержащихся в данный момент в данном объеме воздуха атомов продуктов распада “ Яп - вплоть до ЯаЭ. При этом не имеет значения нарушение равновесия между ЯаА, ЯаВ, ЯаС и ЯаС’.

Можно показать, что ЭРОА радона А_Кп

где А_А, А_виАс~ объемные активности ЯаА, ЯаВ и ЯаС.

Отношение ЭРОА радона к его равновесной (по отношению к ²²⁶Яа) активности Р называют коэффициентом равновесия между радоном и его короткоживущими продуктами распада. По данным многочисленных наблюдений типичное значение коэффициента Е на высоте 1 м над поверхностью земли можно считать Г = 0,8, а для помещений значение Б снижается до 0,5 и более.

Аналогично ЭРОА торона А_Тп равна

где А в и Ас - объемные активности ТйВ и ТйС.