Лекція № 10. Розрахунок доз від зовнішнього іонізуючого випромінювання
Для визначення дози або потужності дози в будь-якій точці можна використовувати або дозиметричне обладнання, або розрахункові методи. Звичайно, спеціалісту простіше і надійніше проникнути на певну територію самому і поміряти фактичний рівень радіації на місці. Але не завжди є можливість для такого підходу. Наприклад, при рівні радіації перевищують гранично допустимі для людини або при проектуванні робочих місць, де тільки ще будуть використовуватися джерела випромінювання. У даних випадках необхідне знання ситуації без безпосередніх вимірювань.
Як правило, для розрахунку дози, створюваної деяким джерелом, необхідне знання такої інформації:
1. Радіоізотопний склад джерела. Знаючи радіоізотопний склад, ми зможемо визначити види випромінювання і їх енергію. При цьому слід знати характеристики випромінювань:
-
Вид випромінювання
|
Пробіг у повітрі
|
Пробіг в біо. тканини
|
Питома іонізація, пар іонів / см шляху
|
α
|
<0,1 м
|
n∙10-4 см
|
100-250 тыс.
|
β
|
<25 м
|
<1 см
|
50-100
|
γ
|
100-150 м
|
-
|
n
|
2. Кількість кожного радіоізотопу (або м (г), або (Бк)).
3. Геометрія джерела (точковий, лінійний, площинний, об'ємний і т.д.).
Точкове джерело
Співвідношення між активністю радіоактивних препаратів та дозою, створюваної їх гамма-випромінюванням. Для встановлення співвідношення між активністю радіоактивного препарату і експозиційної дозою, створюваної ним, використовують гамма-постійну Kγ. Гамма-постійна для певного ізотопу визначає потужність експозиційної дози (Р / ч), створювану 1 мг ізотопу на відстані 1 см. Для кожного ізотопу гамма-постійна своя.
Для точкового джерела з активністю А (мKu) доза випромінювання Х (Р), що створюється за час т (ч), на відстані R (см) виражається формулою:
Відповідно потужність експозиційної дози:
Як видно з формул рівень радіації зменшується обернено пропорційно квадрату відстані від джерела.
Співвідношення між експозиційної дозою та поглиненої дозою. Оскільки при одній і тій же енергії гамма-квантів і часток в 1 г біологічної тканини, різної за хімічним складом, поглинається різнa кількість енергії, поглинену в тканинах дозу міряють в радах розрахунковим шляхом за формулою:
Dпогл=Х·fk
fk - перехідний коефіцієнт, значення якого залежить від енергії випромінювання і від роду поглинаючої тканини (атомного номера і щільності).
Якщо в повітрі доза випромінювання в 1 Р енергетично еквівалентна 88 ерг / г, то поглинена енергія для цього середовища складе 88:100 = 0,88 рад. Таким чином, для повітря поглинена доза, рівна 0,88 радий, відповідає експозиційної дозі в 1 Р. Перехідний коефіцієнт зазвичай визначають дослідним шляхом. Для води і м'яких тканин коефіцієнт fтк округлено прийнятий за одиницю (фактично він становить 0,93). Отже, поглинена доза в радах чисельно майже дорівнює відповіднsій експозиційній дозі в рентгенах. Для кісткової тканини коефіцієнт fк = 2 ... 5.
Співвідношення між поглинутою дозою та ефективною дозою. У нормах радіаційної безпеки (НРБ-99) всі основні межі доз для персоналу та населення наведені в Зівертах. Відповідно і всі наші обчислення повинні бути приведені до одиниць виміру ефективної дози. Для ефективної дози 1 мкЗв = 100 мкР.
Користуючись НРБ-99 можна спростити процес обчислення, обійшовши процес перетворення доз з однієї в іншу. У нормах вже наведені значення ефективної дози, що припадає на одиничний гамма-квант (або частку), з певною енергією. Наприклад, при опроміненні персоналу гамма-квантами значення доз і допустимої щільності потоку наведені у таблиці 0.1. Цих двох параметрів достатньо для визначення повної дози опромінення.
Таблиця 0.2. Значення ефективної дози і середньорічні допустимі щільності потоку моно енергетичних фотонів для осіб з персоналу при зовнішньому опроміненні всього тіла.
Енергія фотонів, МеВ
|
Ефективна доза на одиничний флюенсу,
10-10 Зв • см2
|
Середньорічна допустима щільність потоку, см-2 • с-1
|
Норма в повітрі на одиничний флюенс, 10-12 Гр/см2
|
*ИЗО
|
**ПЗ
|
*ИЗО
|
**ПЗ
|
1,0-2
|
0,0201
|
0,0485
|
1,63+05
|
6,77+04
|
7,43
|
1,5-2
|
0,0384
|
0,125
|
8,73+04
|
2,62+04
|
3,12
|
2,0-2
|
0,0608
|
0,205
|
5,41+04
|
1,62+04
|
1,68
|
3,0-2
|
0,103
|
0,300
|
3,24+04
|
1,08+04
|
0,721
|
4,0-2
|
0,140
|
0,338
|
2,31+04
|
9,65+03
|
0,429
|
5,0-2
|
0,165
|
0,357
|
1,99+04
|
9,12+03
|
0,323
|
6,0-2
|
0,186
|
0,378
|
1,77+04
|
8,63+03
|
0,289
|
8,0-2
|
0,230
|
0,440
|
1,42+04
|
7,44+03
|
0,307
|
1,0-1
|
0,278
|
0,517
|
1,18+04
|
6,33+03
|
0,371
|
1,5-1
|
0,419
|
0,752
|
7,79+03
|
4,33+03
|
0,599
|
2,0-1
|
0,581
|
1,00
|
5,61+03
|
3,28+03
|
0,856
|
3,0-1
|
0,916
|
1,51
|
3,54+03
|
2,17+03
|
1,38
|
4,0-1
|
1,26
|
2,00
|
2,59+03
|
1,63+03
|
1,89
|
5,0-1
|
1,61
|
2,47
|
2,02+03
|
1,32+03
|
2,38
|
6,0-1
|
1,94
|
2,91
|
1,69+03
|
1,12+03
|
2,84
|
8,0-1
|
2,59
|
3,73
|
1,26+03
|
8,73+02
|
3,69
|
1,0
|
3,21
|
4,48
|
1,01+03
|
7,33+02
|
4,47
|
2,0
|
5,84
|
7,49
|
5,63+02
|
4,38+02
|
7,55
|
4,0
|
9,97
|
12,0
|
3,28+02
|
2,73+02
|
12,1
|
6,0
|
13,6
|
16,0
|
2,38+02
|
2,05+02
|
16,1
|
8,0
|
17,3
|
19,9
|
1,89+02
|
1,64+02
|
20,1
|
10,0
|
20,8
|
23,8
|
1,56+02
|
1,38+02
|
24,0
|
* ІЗО - ізотропне (2π) поле випромінювання.
** ПЗ - опромінення паралельним пучком в передньо-задній геометрії.
У НРБ-99 використовується такий параметр, як доза на одиницю флюенсу (Зв • см2). Одиниця флюенсу - 1 частка на 1 см2.
Флюенс частинок Ф - відношення dN / dα, де dN кількість частинок, що падають на сферу з площею поперечного перерізу dα
Ф = dN/dα, м -2
Щільність потоку частинок n - відношення dN / (dα dt.), Де dN - кількість частинок, що падають на сферу з площею поперечного перерізу dα за інтервал часу dt:
n = dN/(dα dt), м -2 .с-1
Розрахунок ефективної (еквівалентної) дози здійснюється за формулою:
 , [Зв/год]
φ - щільність потоку фотонів, [фот / (см2 • с).]
T - час опромінення, с / рік.
Поділіться з Вашими друзьями: |
