Основы радиационной биофизики - Кудряшов Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Z = e/m. (1-2)
Стохастическая величина — удельная переданная энергия — может значительно отклоняться от нестохастической величины — поглощенной дозы (D). Предел Z при приближении массы к нулю есть D:
D = lim Z. (1-3)
m->-0
Альтернативным определением величины поглощенной дозы D может рассматриваться соотношение
D = 4*-, (1-4)
ат
где ds — ожидаемая (нестохастическая) величина переданной
энергии, т. е. средняя энергия, переданная ионизирующим излу-
чением веществу в элементе объема, a dm — масса вещества в этом объеме.
Специальной единицей поглощенной дозы является грэй (Гр). 1 Гр = 1 Дж-кг-1.
Мощность поглощенной дозы D' — частное от деления dD на dt, где dD — приращение поглощенной дозы за интервал времени dt\
D' = (1-5)
at
Специальной единицей мощности поглощенной дозы служит частное от деления грэя на единицу времени (Гр-с-1, Гр*ч-1).
Объективные методы количественной оценки поглощенной энергии ионизирующих излучений разрабатываются специальной областью измерительной техники — дозиметрией ионизирующих излучений Существуют различные методы дозиметрии.
Метод ионизационной камеры. Локальную поглощенную энергию можно измерить с помощью ионизационной «амеры на основании принципа Брегга—Грэя. Если среда пересекается пучком фотонов и в ней имеется небольшая полость, размеры которой достаточно малы по сравнению с пробегом возникающих электронов, то. ионизация, происходящая в такой полости, связана с энергией, по-
* Подробнее о методах дозиметрии см.: Практикум по общей биофизике,,
вып. 5 Под ред. Б. Н. Тарусова. М., Высшая школа, 1961.
Теория и методы микродозиметрии описаиы в кн.: Иванов В. И., Л ы с -ц о в В. Н. Основы микр од о з име т р ни. М., Ато|миздт, 1970.
тлощенной в окружающем полость веществе, соотношением
~Г~~ = Sm(oN, (1-6)
Д т '
ЬЕ
оде —------• энергия, поглощенная единицеи массы вещества;
А /71
N — число пар ионов, образованных в единице массы полости; <*> — средняя энергия, затрачиваемая на образование одной пары ионов в газе, которым заполнена полость. Величина Sm носит название массовой тормозной способности и зависит Qt энергии из-.лучения, характера среды и газа, которым заполнена полость.
Калориметрический метод. Основан на измерейии количества тепла, создаваемого поглощенной дозой излучения.
Сцинтилляционный метод. Световой выход ряда веществ (сцинтилляторов) линейно зависит от поглощенной дозы в достаточно широком диапазоне доз. Такие вещества в сочетании с фотоэлектронным умножителем используют в качестве дозиметров. В каждом случае стараются максимально приблизить химический состав вещества-поглотителя и сцинтиллятора, т. е. сделать его «ткане-.эквивалентным».
Химические методы. Любую радиационно-химическую реакцию, .выход которой зависит от дозы ионизирующего излучения, можно .использовать для определения поглощенной дозы. Необходимо, чтобы такая реакция не зависела от мощности дозы, от плотности ионизации и могла происходить в системах, по составу близких к биологическим тканям. Тип выбираемой реакции определяется диапазоном измеряемых доз. Так, дозы более 106 Гр определяют по ^окрашиванию кристаллов и стекол, дозы от 104 до 105 Гр — по реакциям в жидкой фазе, дозы менее 104 Гр — по обесцвечиванию ряда красителей. Один из наиболее распространенных химических дозиметров — «дозиметр Фрике», действие которого основано на измерении количества ионов Fe3+, образовавшихся в результате облучения водных растворов двухвалентного железа.
Пользуясь количественными методами дозиметрии, можно установить зависимость между величиной поглощенной энергии и степенью биологического действия излучения, например определить минимальную поглощенную дозу, вызывающую гибель различных видов млекопитающих. Установлено, что поглощение 10 Гр ионизирующей радиации достаточно для возникновения острой формы лучевой болезни и последующей гибели большинства млекопитающих и в том числе человека. Согласно определению доза в 1 Гр соответствует поглощению 1 Дж энергии 1 кг ткани. Следовательно, смертельная для млекопитающих доза ионизирующей радиации (10 Гр) приводит ,к поглощению одним граммом ткани Ю5 эрг энергии излучения. Удивительно, что столь незначительная порция энергии вызывает фатальные последствия для организма. Если такое же количество энергии сообщить ткани не в виде потока ионизирующих частиц, а квантами теплового (инфракрасного) излуче-
ния, то регистрируемым результатом воздействия будет незначительное повышение температуры тела — всего на 0,002°. Вряд ли такое повышение температуры тела хоть как-то скажется на состоянии организма. Этот «энергетический парадокс» указывает на глубокое несоответствие между количеством энергии, оставляемой в тканях ионизирующим излучением, и теми биологическими последствиями, .к которым приводит облучение.
