ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 11 класс · § 43
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 43. Ионизирующее излучение и дозиметрия

Чем отличаются беккерель, грей и зиверт?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Чем отличаются беккерель, грей и зиверт?

Наблюдаем и объясняем

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.

2 мкДж
1 кг

Средняя доза условной ткани и её эквивалентная доза. Эффективная доза и индивидуальный риск не вычисляются. Это учебный пересчёт, не медицинский дозиметр.

01

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.

02

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.

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.

03

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.

Эквивалентная и эффективная дозы: сравнение
ВеличинаЕдиницаЧто характеризует
АктивностьБкЧастоту ядерных превращений
Поглощённая дозаГрПоглощённую энергию на массу
Эквивалентная дозаЗвДозу органа с учётом вида излучения
Эффективная дозаЗвВзвешенную 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.

04

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.

Соберём главное

Шесть выводов

01Для оценки воздействия нужно перейти от характеристик источника к энергии, переданной ткани.
02Грей измеряет энергию, поглощённую единицей массы.
03Одинаковая единица зиверт не делает эквивалентную и эффективную дозы одной величиной.
04Учебный пересчёт доз не заменяет измерение реального облучения и оценку его условий.
05Поглощённая доза зависит от энергии, действительно переданной веществу.
06Применение дозовых коэффициентов требует ясного указания ткани, излучения и цели оценки.
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.

1. Поглощённая доза определяется…
2. 1 грей равен…
3. 2 мкДж поглощены 1 кг ткани. Доза…
4. 1 мкДж поглощён 0,5 кг. Доза…
5. Эквивалентная доза ткани для одной компоненты…
6. Для фотонов используемый wR…
7. Для альфа-частиц в модели wR…
8. При альфа-дозе 2 мкГр эквивалентная доза ткани…
9. Эффективная доза отличается тем, что…
10. Что измеряет беккерель?

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.

↑

Загрузка прогресса…