Эквивалентная доза — это величина дозы H, представляющая стохастические эффекты для здоровья от низких уровней ионизирующего излучения на организм человека, которые представляют вероятность возникновения рака, вызванного радиацией , и генетических повреждений. Она выводится из физической величины поглощенной дозы , но также учитывает биологическую эффективность излучения, которая зависит от типа излучения и энергии. В системе единиц СИ единицей измерения является зиверт (Зв).
Для учета стохастического риска для здоровья проводятся расчеты по преобразованию физической величины поглощенной дозы в эквивалентную дозу, детали которой зависят от типа излучения. Для приложений в области радиационной защиты и оценки дозиметрии Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) и Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (МКРИ) опубликовали рекомендации и данные о том, как рассчитать эквивалентную дозу из поглощенной дозы.
Эквивалентная доза обозначена МКРЗ как «предельное количество»; для указания пределов воздействия, чтобы гарантировать, что «возникновение стохастических последствий для здоровья будет ниже неприемлемых уровней и что реакции тканей будут предотвращены». [1] [2] [3] Это расчетное значение, поскольку эквивалентная доза не может быть измерена на практике, и цель расчета — получить значение эквивалентной дозы для сравнения с наблюдаемыми последствиями для здоровья. [4]
Эквивалентная доза H T рассчитывается с использованием средней поглощенной дозы, накопленной в ткани или органе тела T, умноженной на весовой коэффициент излучения W R, который зависит от типа и энергии излучения R.
Весовой коэффициент излучения отражает относительную биологическую эффективность излучения и изменяет поглощенную дозу с учетом различных биологических эффектов различных типов и энергий излучения.
МКРЗ присвоила весовые коэффициенты радиации определенным типам радиации в зависимости от их относительной биологической эффективности , которые показаны в прилагаемой таблице. [5]
Расчет эквивалентной дозы по поглощенной дозе;
где
Так, например, поглощенная доза альфа-частиц в 1 Гр приведет к эквивалентной дозе в 20 Зв, а эквивалентная доза радиации, как предполагается, имеет тот же биологический эффект, что и равное количество поглощенной дозы гамма-лучей, которому присвоен весовой коэффициент 1.
Чтобы получить эквивалентную дозу для смеси типов и энергий излучения, берется сумма по всем типам доз энергии излучения. [6] При этом учитывается вклад различного биологического эффекта различных типов излучения.
Концепция эквивалентной дозы была разработана в 1950-х годах. [7] В своих рекомендациях 1990 года МКРЗ пересмотрела определения некоторых величин радиационной защиты и дала новые названия для пересмотренных величин. [8] Некоторые регулирующие органы, в частности Международный комитет мер и весов (МКМВ) и Комиссия по ядерному регулированию США , продолжают использовать старую терминологию коэффициентов качества и эквивалента дозы, хотя основные расчеты изменились. [9]
На 3-м Международном симпозиуме МКРЗ по системе радиологической защиты в октябре 2015 года целевая группа 79 МКРЗ представила доклад на тему «Использование эффективной дозы в качестве величины радиологической защиты, связанной с риском».
Это включало предложение прекратить использование эквивалентной дозы как отдельной защитной величины. Это позволило бы избежать путаницы между эквивалентной дозой, эффективной дозой и эквивалентной дозой, а также использовать поглощенную дозу в Гр как более подходящую величину для ограничения детерминированных эффектов на хрусталик глаза, кожу, руки и ноги. [10]
Эти предложения должны будут пройти следующие этапы:
Единицей измерения эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт , определяемый как один джоуль на кг . [11] В Соединенных Штатах по-прежнему широко используется эквивалент рентгена человек (бэр), равный 0,01 зиверта, хотя регулирующие и консультативные органы поощряют переход на зиверт. [12]
Эквивалентная доза H T используется для оценки стохастического риска для здоровья из-за внешних полей излучения, которые проникают равномерно через все тело . Однако она требует дополнительных поправок, когда поле применяется только к части(ям) тела или неравномерно, чтобы измерить общий стохастический риск для здоровья организма. Для этого необходимо использовать дополнительную величину дозы, называемую эффективной дозой , чтобы учесть различную чувствительность различных органов и тканей к радиации.
В то время как эквивалентная доза используется для стохастических эффектов внешнего облучения, аналогичный подход используется для внутренней или ожидаемой дозы . МКРЗ определяет эквивалентную величину дозы для индивидуальной ожидаемой дозы, которая используется для измерения эффекта вдыхаемых или проглатываемых радиоактивных материалов. Ожидаемая доза от внутреннего источника представляет тот же эффективный риск, что и такое же количество эквивалентной дозы, примененной равномерно ко всему телу от внешнего источника.
Ожидаемая эквивалентная доза , H T ( t ) — это временной интеграл мощности эквивалентной дозы в конкретной ткани или органе, которую получит человек после поступления радиоактивного материала в организм условного человека, где s — время интегрирования в годах. [13] Это относится конкретно к дозе в конкретной ткани или органе, аналогично внешней эквивалентной дозе.
МКРЗ утверждает: «Радионуклиды, инкорпорированные в организм человека, облучают ткани в течение периодов времени, определяемых их физическим периодом полураспада и их биологическим удержанием в организме. Таким образом, они могут вызывать дозы облучения тканей организма в течение многих месяцев или лет после поступления. Необходимость регулирования воздействия радионуклидов и накопления дозы облучения в течение длительных периодов времени привела к определению величин ожидаемой дозы». [14]
Между эквивалентной дозой и эквивалентной дозой нет путаницы . На самом деле, это одни и те же концепции. Хотя определение CIPM гласит, что линейная функция передачи энергии ICRU используется при расчете биологического эффекта, в 1990 году [15] МКРЗ разработала «защитные» величины дозы, названные эффективной и эквивалентной дозой, которые рассчитываются с помощью более сложных вычислительных моделей и отличаются отсутствием фразы « эквивалент дозы» в своем названии.
До 1990 года МКРЗ использовала термин «эквивалент дозы» для обозначения поглощенной дозы в точке, умноженной на фактор качества в этой точке, где фактор качества был функцией линейной передачи энергии (ЛПЭ). В настоящее время определение МКРЗ «эквивалентной дозы» представляет собой среднюю дозу на орган или ткань, а вместо факторов качества используются весовые коэффициенты излучения.
Фраза «эквивалент дозы» используется только для тех случаев, когда для расчета используется Q, и следующие значения определены как таковые МКРЕ и МКРЗ:
В США существуют и другие дозовые величины с другими названиями, которые не являются частью системы величин МКРЗ. [16]
Международный комитет мер и весов (CIPM) и Комиссия по ядерному регулированию США продолжают использовать старую терминологию коэффициентов качества и эквивалента дозы. Коэффициенты качества NRC не зависят от линейной передачи энергии, хотя и не всегда равны весовым коэффициентам излучения МКРЗ. [9] Определение NRC эквивалента дозы — это «произведение поглощенной дозы в ткани, коэффициента качества и всех других необходимых модифицирующих факторов в интересующем месте». Однако из их определения эффективного эквивалента дозы очевидно, что «все другие необходимые модифицирующие факторы» исключают весовой коэффициент ткани. [17] Весовые коэффициенты излучения для нейтронов также различаются между NRC США и МКРЗ — см. прилагаемую диаграмму.
Кумулятивная эквивалентная доза внешнего облучения всего тела обычно сообщается работникам атомной энергетики в регулярных дозиметрических отчетах.
В США обычно сообщают о трех различных эквивалентных дозах:
