Поглощенная доза

Количество энергии, переданной веществу ионизирующим излучением.

Поглощенная доза — это величина дозы, которая является мерой энергии , переданной веществу ионизирующим излучением на единицу массы . Поглощенная доза используется при расчете поглощения дозы в живой ткани как в радиационной защите (снижение вредных эффектов), так и в радиологии (потенциальные полезные эффекты, например, при лечении рака). Она также используется для прямого сравнения эффекта радиации на неживую материю, например, при закалке от радиации .

Единицей измерения в системе СИ является грей (Гр), который определяется как один джоуль энергии, поглощенной килограммом вещества. ^[1] Иногда также используется старая, не входящая в систему СГС единица — рад , в основном в США.

Детерминированные эффекты

Традиционно в радиационной защите немодифицированная поглощенная доза используется только для указания на непосредственные последствия для здоровья из-за высоких уровней острой дозы. Это тканевые эффекты, такие как острый лучевой синдром , которые также известны как детерминированные эффекты. Это эффекты, которые обязательно произойдут в течение короткого времени. Время между воздействием и рвотой может использоваться в качестве эвристики для количественной оценки дозы, когда более точные средства тестирования недоступны. ^[2]

Эффекты острого радиационного облучения

Лучевая терапия

Расчет дозы

Поглощенная доза равна мощности радиационного воздействия (ионы или Кл /кг) пучка излучения, умноженной на энергию ионизации ионизируемой среды.

Например, энергия ионизации сухого воздуха при температуре 20 °C и  давлении 101,325 кПа равна33,97 ± 0,05 Дж/Кл . ^[4] (33,97 эВ на ионную пару) Таким образом, экспозиция2,58 × 10−4 Кл ^/  кг (1 рентген ) даст поглощенную дозу8,76 × 10−3 ^Дж  /кг (0,00876 Гр или 0,876 рад) в сухом воздухе при этих условиях.

Если поглощенная доза неравномерна или она воздействует только на часть тела или объекта, поглощенную дозу, репрезентативную для всего объекта, можно рассчитать, взяв средневзвешенное по массе значение поглощенных доз в каждой точке.

Точнее, ^[5]

$${\displaystyle {\overline {D_{T}}}={\frac {\displaystyle \int _{T}D(x,y,z)\,\rho (x,y,z)\,dV}{\displaystyle \int _{T}\rho (x,y,z)\,dV}}}$$

Где

• ${\displaystyle {\overline {D_{T}}}}$ - это усредненная по массе поглощенная доза всего объекта ; ${\displaystyle T}$
• ${\displaystyle T}$ представляет ли интерес предмет;
• ${\displaystyle D(x,y,z)}$ плотность поглощенной дозы (поглощенная доза на единицу объема) как функция местоположения;
• ${\displaystyle \rho (x,y,z)}$плотность (масса на единицу объема) как функция местоположения;
• ${\displaystyle V}$это объем.

Стохастический риск - перевод в эквивалентную дозу

Величины доз внешнего облучения, используемые в радиационной защите и дозиметрии

График, показывающий соотношение величин «защитной дозы» в единицах СИ

Для стохастического радиационного риска, определяемого как вероятность возникновения рака и генетических эффектов, возникающих в течение длительного времени, необходимо учитывать тип радиации и чувствительность облученных тканей, что требует использования модифицирующих факторов для получения фактора риска в зивертах . Один зиверт несет с собой 5,5% вероятности развития рака в конечном итоге на основе линейной беспороговой модели . ^{[6] [7]} Этот расчет начинается с поглощенной дозы.

Для представления стохастического риска используются величины дозы эквивалентная доза H _T и эффективная доза E , а для их расчета из поглощенной дозы используются соответствующие дозовые факторы и коэффициенты. ^[8] Величины эквивалентной и эффективной дозы выражаются в единицах зиверт или бэр , что подразумевает, что биологические эффекты были приняты во внимание. Вывод стохастического риска соответствует рекомендациям Международного комитета по радиационной защите (МКРЗ) и Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям (МКЕИ). Разработанная ими согласованная система величин радиологической защиты показана на прилагаемой диаграмме.

Для облучения всего тела гамма-лучами или рентгеновскими лучами модифицирующие коэффициенты численно равны 1, что означает, что в этом случае доза в греях равна дозе в зивертах.

Развитие концепции поглощенной дозы и серого

Использование раннего рентгеновского аппарата с трубкой Крукса в 1896 году. Один человек рассматривает свою руку с помощью флюороскопа , чтобы оптимизировать излучение трубки, другой держит голову близко к трубке. Никаких мер предосторожности не принимается.

Памятник мученикам-радиологам, воздвигнутый в 1936 году в больнице Св. Георга в Гамбурге, новые имена были добавлены в 1959 году.

Вильгельм Рентген впервые открыл рентгеновские лучи 8 ноября 1895 года, и их применение в медицинской диагностике быстро распространилось, особенно при диагностике переломов костей и обнаружении инородных тел, где они стали революционным усовершенствованием по сравнению с предыдущими методами.

Из-за широкого использования рентгеновских лучей и растущего осознания опасности ионизирующего излучения, стандарты измерений стали необходимы для интенсивности излучения, и разные страны разработали свои собственные, но используя разные определения и методы. В конце концов, в целях содействия международной стандартизации, первый Международный конгресс радиологии (ICR), собравшийся в Лондоне в 1925 году, предложил создать отдельный орган для рассмотрения единиц измерения. Он был назван Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям , или ICRU, ^[a] и появился на Втором ICR в Стокгольме в 1928 году под председательством Манне Зигбана . ^{[9] [10] [b]}

Одним из самых ранних методов измерения интенсивности рентгеновских лучей было измерение их ионизирующего эффекта в воздухе с помощью заполненной воздухом ионной камеры . На первом заседании ICRU было предложено, что одна единица дозы рентгеновского излучения должна быть определена как количество рентгеновских лучей, которое произведет один esu заряда в одном кубическом сантиметре сухого воздуха при 0  °C и 1 стандартной атмосфере давления. Эта единица радиационного воздействия была названа рентгеном в честь Вильгельма Рентгена, который умер пятью годами ранее. На заседании ICRU 1937 года это определение было расширено для применения к гамма-излучению . ^[11] Этот подход, хотя и был большим шагом вперед в стандартизации, имел недостаток, заключающийся в том, что он не был прямой мерой поглощения излучения и, следовательно, эффекта ионизации в различных типах материи, включая ткани человека, и был измерением только эффекта рентгеновских лучей в определенных обстоятельствах; эффекта ионизации в сухом воздухе. ^[12]

В 1940 году Луи Гарольд Грей , изучавший влияние нейтронного повреждения на ткани человека, совместно с Уильямом Валентином Мейнордом и радиобиологом Джоном Ридом опубликовал статью, в которой была предложена новая единица измерения, названная «грамм-рентген» (символ: гр), и определенная как «количество нейтронного излучения, которое производит приращение энергии в единице объема ткани, равное приращению энергии, произведенному в единице объема воды одним рентгеном излучения». ^[13] Было обнаружено, что эта единица эквивалентна 88 эргам в воздухе, и сделала поглощенную дозу, как впоследствии стало известно, зависящей от взаимодействия излучения с облученным материалом, а не просто выражением воздействия или интенсивности излучения, которое представлял рентген. В 1953 году МКРЕ рекомендовал рад , равный 100 эрг/г, в качестве новой единицы измерения поглощенного излучения. Рад был выражен в когерентных единицах СГС . ^[11]

В конце 1950-х годов CGPM пригласила ICRU присоединиться к другим научным организациям для работы над разработкой Международной системы единиц (СИ). ^[14] Было решено определить единицу поглощенной радиации в СИ как энергию, отданную на единицу массы, как было определено в рад, но в единицах MKS это будет Дж/кг. Это было подтверждено в 1975 году 15-й CGPM, и единица была названа «грей» в честь Луиса Гарольда Грея, который умер в 1965 году. Грей был равен 100 рад, единице СГС.

Другие применения

Поглощенная доза также используется для управления облучением и измерения воздействия ионизирующего излучения на неживую материю в ряде областей.

живучесть компонентов

Поглощенная доза используется для оценки живучести устройств, таких как электронные компоненты, в условиях ионизирующего излучения.

Радиационное упрочнение

Измерение поглощенной дозы неживой материи имеет решающее значение в процессе радиационной защиты , которая повышает устойчивость электронных устройств к воздействию радиации.

Облучение пищевых продуктов

Поглощенная доза — это физическая величина дозы, используемая для обеспечения того, чтобы облученная пища получила правильную дозу для обеспечения эффективности. В зависимости от применения используются различные дозы, которые могут достигать 70 кГр.

Величины, связанные с радиацией

В следующей таблице приведены величины излучения в единицах СИ и вне системы СИ:

Хотя Комиссия по ядерному регулированию США разрешает использовать единицы кюри , рад и бэр наряду с единицами СИ ^[15] , директивы Европейского союза о европейских единицах измерения требуют, чтобы их использование в «целях общественного здравоохранения...» было прекращено к 31 декабря 1985 года. ^[16]

Смотрите также

• Керма (физика)
• Средняя доза облучения желез
• Категория:Единицы измерения дозы радиации

Примечания

1. Первоначально известный как Международный комитет рентгеновских подразделений.
2. Принимающая страна назначила председателя первых заседаний ICRU.

Ссылки

1. МКРЗ 2007, глоссарий.
2. "Радиационное воздействие и загрязнение - Травмы; Отравления". Merck Manuals Professional Edition . Получено 20 мая 2023 г.
3. "Радиационное воздействие и загрязнение - Травмы; Отравления - Профессиональное издание руководств Merck". Профессиональное издание руководств Merck . Получено 06.09.2017 .
4. Бутильон, М; Перрош-Ру, А. М. (1987-02-01). «Переоценка значения W для электронов в сухом воздухе». Физика в медицине и биологии . 32 (2): 213–219. Bibcode :1987PMB....32..213B. doi :10.1088/0031-9155/32/2/005. ISSN  0031-9155. S2CID  250751778.
5. МКРЗ 2007, стр. 1.
6. "Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 года". Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2. Получено 17 мая 2012 г.
7. МКРЗ утверждает: «В диапазоне низких доз, ниже примерно 100 мЗв, научно обоснованно предположить, что заболеваемость раком или наследственными эффектами будет расти прямо пропорционально увеличению эквивалентной дозы в соответствующих органах и тканях». Публикация МКРЗ 103, параграф 64
8. МКРЗ 2007, параграфы 104 и 105.
9. Siegbahn, Manne; et al. (октябрь 1929 г.). «Рекомендации Международного комитета рентгеновских аппаратов» (PDF) . Радиология . 13 (4): 372–3. doi :10.1148/13.4.372. S2CID  74656044 . Получено 20 мая 2012 г. .
10. "О МКРУ - История". Международная комиссия по радиационным единицам и мерам . Получено 2012-05-20 .
11. Guill, JH; Moteff, John (июнь 1960 г.). «Дозиметрия в Европе и СССР». Third Pacific Area Meeting Papers — Materials in Nuclear Applications . Симпозиум по радиационным эффектам и дозиметрии — Third Pacific Area Meeting Американского общества по испытанию материалов, октябрь 1959 г., Сан-Франциско, 12–16 октября 1959 г. Техническая публикация Американского общества. Том 276. ASTM International. стр. 64. LCCN  60014734. Получено 15.05.2012 .
12. Lovell, S (1979). "4: Дозиметрические величины и единицы". Введение в радиационную дозиметрию . Cambridge University Press. стр. 52–64. ISBN 0-521-22436-5. Получено 15.05.2012 .
13. Гупта, С. В. (2009-11-19). "Луи Гарольд Грей". Единицы измерения: прошлое, настоящее и будущее: Международная система единиц . Springer. стр. 144. ISBN 978-3-642-00737-8. Получено 14.05.2012 .
14. "CCU: Консультативный комитет по единицам". Международное бюро мер и весов (BIPM) . Получено 18.05.2012 .
15. 10 CFR 20.1004. Комиссия по ядерному регулированию США. 2009.
16. Совет Европейских Сообществ (1979-12-21). "Директива Совета 80/181/EEC от 20 декабря 1979 года о сближении законов государств-членов, касающихся единиц измерения, и об отмене Директивы 71/354/EEC" . Получено 19 мая 2012 года .

Литература

• МКРЗ (2007). «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 года». Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). ISBN 978-0-7020-3048-2. Получено 17 мая 2012 г.

Внешние ссылки

• Константы удельной дозы гамма-излучения для нуклидов, важных для дозиметрии и радиологической оценки, Лори М. Унгер и Д. К. Трубей, Национальная лаборатория Оук-Ридж, май 1982 г. — содержит константы дозы гамма-излучения (в тканях) приблизительно для 500 радионуклидов.