От поглощённой энергии к дозе
Меняй энергию, массу условной ткани и вид излучения. Сравни Гр и Зв.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Средняя доза условной ткани и её эквивалентная доза. Эффективная доза и индивидуальный риск не вычисляются. Это учебный пересчёт, не медицинский дозиметр.
Передача энергии веществу
Ионизирующее излучение способно создавать ионы, непосредственно или через вторичные частицы. Заряженные частицы взаимодействуют с веществом иначе, чем фотоны и нейтроны. Результат зависит от энергии, вида излучения и материала.
Биологическое действие связано с передачей энергии тканям и последующими физическими и химическими процессами. Активность источника сама по себе не показывает, сколько энергии поглощено конкретным человеком. Внешнее облучение и попадание радиоактивного вещества внутрь требуют разного анализа.
Источник
Испускает излучение
Распространение
Зависит от расстояния и среды
Поглощение
Энергия передаётся веществу
Последствия
Зависят от дозы и условий
Для оценки воздействия нужно перейти от характеристик источника к энергии, переданной ткани.
Можно ли по числу распадов за секунду сразу назвать дозу человеку?
Нет. Неизвестны энергия излучения, доля попадания и поглощения, масса и вид облучаемой ткани.
Поглощённая доза
Поглощённая доза D = Eпогл/m — энергия, переданная единице массы. Единица грей: 1 Гр = 1 Дж/кг. Если 1 кг вещества поглотил 2 мкДж, D = 2 мкГр. В числителе должна быть именно поглощённая энергия, а не вся энергия источника.
Мощность дозы — доза за единицу времени. Одинаковая итоговая доза может поступить за разные интервалы; это различие существенно при оценке воздействия. Расчёт средней дозы предполагает явно выбранную массу, по которой выполняют усреднение.
Поглощённая доза
D = Eпогл/m
Грей
1 Гр = 1 Дж/кг
Средняя мощность дозы
D/Δt
Грей измеряет энергию, поглощённую единицей массы.
Вещество массой 0,5 кг поглотило 1 мкДж. Какова средняя доза?
D = 1 мкДж / 0,5 кг = 2 мкГр.
Счётчик Гейгера
Прибор регистрирует события взаимодействия излучения. Для перехода к дозе нужны калибровка и сведения о спектре и условиях измерения.
Boffy b · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Следы частиц в камере Вильсона
Камера Вильсона делает видимыми следы ионизации: капли образуются вдоль путей заряженных частиц. Саму частицу обычным глазом здесь не видят.
Own work · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Эквивалентная и эффективная дозы
Для радиационной защиты учитывают вид излучения: эквивалентная доза в органе HT = ΣwRDT,R. Весовой коэффициент для фотонов и электронов равен 1, для альфа-частиц — 20 в принятой системе радиационной защиты. Для нейтронов он зависит от энергии.
Эффективная доза Eэфф = ΣwTHT дополнительно учитывает разные органы и ткани. Обе величины измеряют в зивертах, но они не тождественны и не являются индивидуальным прогнозом заболевания. Коэффициенты — регламентированные весовые показатели, а не универсальный множитель всякого биологического эффекта.
| Величина | Единица | Что характеризует |
|---|---|---|
| Активность | Бк | Частоту ядерных превращений |
| Поглощённая доза | Гр | Поглощённую энергию на массу |
| Эквивалентная доза | Зв | Дозу органа с учётом вида излучения |
| Эффективная доза | Зв | Взвешенную сумму по тканям |
Одинаковая единица зиверт не делает эквивалентную и эффективную дозы одной величиной.
Можно ли считать дозу одного органа автоматически эффективной дозой всего тела?
Нет. Нужно учитывать тканевые коэффициенты и дозы остальных органов.
Модель и разумная интерпретация
Модель рассчитывает среднюю поглощённую и эквивалентную дозу условной ткани из заданных Eпогл и m. Она не оценивает индивидуальный риск и не определяет необходимость медицинских действий. Для фотонов 2 мкГр соответствуют 2 мкЗв эквивалентной дозы ткани; для альфа-частиц при той же поглощённой дозе — 40 мкЗв.
В практической защите сокращают ненужное время воздействия, увеличивают подходящее расстояние, применяют рассчитанное экранирование и предотвращают загрязнение. Простая зависимость 1/r² применима к точечному источнику без существенного поглощения, а не ко всем ситуациям.
Указать массу и энергию
Использовать Eпогл, а не энергию источника
Вычислить D
Дж/кг
Учесть вид излучения
HT = wR D для одной компоненты
Учебный пересчёт доз не заменяет измерение реального облучения и оценку его условий.
Почему свинец нельзя объявить универсальным лучшим экраном от любого излучения?
Взаимодействия фотонов, нейтронов и заряженных частиц различаются; материал и толщину выбирают под конкретный спектр и условия.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 11 класс», § 43. Тема и содержание сверены с файлом «11 класс. Физика — § 43. Ионизирующее излучение. Элементы дозиметрии.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.
Дополнительная проверка: МАГАТЭ: излучение, дозы и защита.